Kategoriler: Gemi Ders Notları

Seçici Katalitik İndirgeme SCR

Seçici Katalitik İndirgeme SCR yöntemi (Selective Catalytic Reduction) sistemi aslında egzost gazının içerisinde, atmosfere zararı dokunan NOx gazlarının çeşitli işlemlerle işlenip su ve nitrojene tekrar dönüştürülme işlemine verilen isimdir. İçten yanmalı makinelerin teknolojisi ile birleştirildiği zaman, ciddi oranda yakıt tasarrufu ve emisyonlarda gözle görülür bir azalma olduğu bilinmektedir.

Seçici Katalitik İndirgeme SCR Nedir?

Daha önceki Egzost Gazı Temizleme Sistemi ile ilgili yazımda da bahsettiğim üzere, dizel motorlardaki yanma işlemi sonunda ortaya çıkan atık içerisindeki NOx oranını düşürmek için, yeni yöntemler geliştirilmiştir. NOx oranını düşüren yöntemler;

  • EGC – Egzost Gazı Temizleme Sistemi (Exhaust Gas Cleaning)
  • SCR – Seçici Katalitik İndirgeme Yöntemi (Selective Catalytic Reduction)
  • Yanma mahaline su püskürtülmesi (Bu şekilde yanma sonucu oluşan ürünler değişecektir)
  • Sıkıştırma oranının arttırılması
  • Püskürtme zamanlamasının azaltılması

olarak listelenebilir.

Seçici Katalitik İndirgeme SCR Yöntemi

Egzost gazındaki NOx gazının emisyon oranının düşürülmesi için kullanılan bu yöntemin kullanımına gelirsek, ilk örneklerinin aslında avrupadaki ağır vasıta araçlarında görmekteyiz. Sistemin çalışma amacını özel bir katalizör aracılığıyla bir dizel motorun egzoz akımına bir sıvı-indirgeyici madde enjekte eden gelişmiş bir aktif emisyon kontrol teknolojisi sayesinde emisyonu düşürmek olarak özetlememiz mümkündür.

Bu egzoz gazı emisyon düşürme teknolojisi,% 80 oranında NOx azaltma kapasitesine sahiptir. SCR konsepti, özel bir katalizör ünitesi ile birlikte egzoz gazı akışına özel bir Üre-Su çözeltisinin enjekte edilmesi ile sağlanmaktadır.

SCR, bağımsız bir egzoz işleme sistemi olarak kabul edilir ve bu nedenle temel motor tasarımına veya yanma sürecine müdahale etmez.

Aşağıdaki işlem şeması, bir katalizör varlığında ürenin gelen egzoz gazında bulunan azot oksitlerle etkileşime girerek onu serbest nitrojene ve su buharına dönüştürdüğü SCR sisteminin daha iyi anlaşılmasını sağlar.

Denizcilik Çevre Koruma Komitesi (MEPC) IMO’da seçici katalitik indirgeme (SCR) sistemlerinin sertifikasyonu için “SCR Kılavuzu”, yani IMO Kararı MEPC.198 (62) olarak adlandırılan yönergeler yayınlamıştır.

Yapılandırmalarına göre, SCR’ler 2 Tipte Sınıflandırılabilir – Egzoz Gazı Manifoldu ve Turboşarj arasına veya Turboşarj ile Egzoz Gazı Kazanı arasına monte edilebilirler.

SCR Sistemi Çeşitleri

Sistemin devre üzerinde kullanımına göre yüksek basınçlı ve düşük basınçlı olmak üzere 2 farklı tipi bulunmaktadır.

Yüksek Basınçlı SCR

Katalitik reaktörün turbo charger’ın girişinde olduğu sistemlerdir. Yeterli bir egzost sıcaklığı arasında çalışması gerekmektedir. Bu değer 300-400 derece arasında olmalıdır. Özellikle iki zamanlı gemi dizel motorları için, bu değerlerin yakalanabileceği en uygun konum burasıdır.  Egzostların direk çıkışında olması olası karşı basınç sorunlarını akıllara getiriyor gibi görünse de , sistemin burada olmasının yanmaya etkisi ya çok az, ya da yoktur.

Düşük Basınçlı SCR

Bu sistemde de katalitik reaktör, türbin çıkışına yerleştirilmektedir. Reaktör içerisinde meydana gelecek reaksiyon için, reaktör içerisine girecek olan gazlın önceden ısıtılması, ön ısıtma işleminin uygulanması gerekebilir. (Her zaman için bu geçerli değildir ama olma durumu da elbette vardır) Bu ön ısıtma işlemi, bildiğiniz gibi belli bir oranda enerji kaybına neden olmaktadır.

SCR Sistemi Bileşenleri

Seçici Katalitik İndirgeme SCR sistemi aşağıda listelenmiş olan bileşenlerden meydana gelmiştir;

  • Dozajlama Ünitesi
  • Karıştırıcı / Buharlaştırıcı
  • SCR Reaktörü

Dozajlama Ünitesi

Dozajlama ünitesi, üre-su çözelti deposuna sahip kompakt bir harici dozlama sisteminden oluşur. Tank boyutu, tamamen geminin SCR sistemini kullanım sıklığına bağlı olarak değişkenlik gösterir. Yani emisyon bölgelerinde yapılan seferler ile, sistemin devreye alınması gibi. Üre Tankı kapasiteleri, ortalama olarak büyük motorlar için 4 ila 10 metreküp / MW arasında değişir.

Marine tip üre kullanımında genellikle% 32-% 40 konsantrasyona sahip suda çözülür. Üre, ortam sıcaklığında ve basıncında taşınması ve depolanması güvenli kabul edilen zehirli olmayan, kokusuz bir maddedir. Bununla birlikte, kristalleşmeyi önlemek için kış sıcaklıklarında özel dikkat ve takip gereklidir.

Dozajlama sistemi, SCR ve Motor kontrol ve izleme sistemi tarafından dozajlama talep sinyaline bağlı olarak üre karışımını sağlar.

Buharlaştırıcı / Karıştırıcı

Dozajlama sisteminden gelen üre tanecik boyutları ölçülür ve buharlaştırıcıya veya karıştırma ünitesine enjekte edilir. Enjekte edilen indirgeme ajanı (üre) buharlaşacak (pülvarize) ve gelen egzoz gazı ile karışacaktır.

Karıştırma ünitesi, motorun egzoz manifoldu ile uyumludur ve boruları, üre çözeltisi ile sıcak egzoz gazlarının iyi bir karışımını sağlamak için karmaşık akış hesaplamaları ve yoğun testlerden sonra tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Karıştırma ünitesi genellikle 2 ila 6 metre uzunluğunda ve 500 mm çapındadır, ancak boyut Motor boyutuna göre değişebilir. Dozajlama ünitesinden gelen enjeksiyon tüpleri buharlaştırıcıya alttan nüfuz eder, buharlaştırıcının üst kısmında egzoz gazındaki nitro oksitleri ve Geri Basınç sensörünü izlemek için NOx ölçüm sensörüne sahip bir elektronik muhafaza bulunur.

SCR Reaktörü

Egzoz gazındaki NOx’in nitrojene ve suya dönüştürülmesinin katalizör malzemenin varlığında gerçekleştiği yer burasıdır. SCR reaktörü, katalizör materyalinin kademeli olarak örneklerini içerir. Alt tabaka elemanları sınırlı sıcaklıklarda çalışır, egzoz gazı sıcaklığı çok yüksekse elemanlar tahrip olur.

Sıcaklık çok düşükse, SCR verimliliği düşer. Katalizör elementi, üre ve egzoz gazının nitrojen ve su buharına dönüştürülmesi reaksiyon sürecine yardımcı olan Vanadyum Pentoksit (V2O5) içerir. SCR reaktör hacmi genellikle 1.5-3 m3 / MW kurulu güçtür.

Seçici Katalitik İndirgeme SCR ve Yakıt Kalitesi

Sistemin temel amacı yanma neticesinde ortaya çıkan emisyonların azaltılması olduğundan dolayı, aslında SCR Teknolojisi ve Yakıt Kalitesi birinci derecede birbiri ile alakalıdır.

Akaryakıttaki sülfür içeriği ve buna bağlı olarak egzoz gazındaki SO2 konsantrasyonu, SCR sistemleri çalıştırılırken gözlemlenmesi gereken kritik bir parametredir. Üre sıcaklığı yakıttaki sülfür içeriğine göre kontrol edilecektir.

Düşük bir egzoz gazı sıcaklığının (manevra durumunda) varlığında yüksek bir kükürt içeriği, egzoz gazının yoğunlaşması korozyona ve katalizör substrat hasarına neden olabileceğinden, daha yüksek bir üre çözeltisi sıcaklığının enjekte edilmesini gerektirecektir. Yakıttaki daha az kükürt içeriği, daha düşük sıcaklıkta üre çözeltisinin enjekte edilmesini gerektirmektedir.

Düşük yüklü işlemler sırasında egzoz gazında kükürt varlığında su buharının yoğunlaşması katı amonyum bisülfat oluşumuna neden olabilir. Bu nedenle, egzoz giriş sıcaklığı, amonyum bisülfatın katalizör substrat elemanları üzerinde yoğunlaşmasını önlemek için yeterince yüksek tutulmalıdır.

Yoğuşma, NOx azaltma performansını ciddi şekilde etkileyecek ve tıkanmaya neden olarak reaktörde kurum oluşumuna bağlı geri basıncı artıracaktır. Bundan dolayı da sistemi bu tarz zafiyetlerden kurtarıp, operasyon anında faal şekilde çalışmasını sağlamak için aşağıdaki önleyici ek sistemler ile donatılmıştır;

Kurum Üfleme Ünitesi : Reaktör elemanlarının kirlenmesini önlemek için bir kurum üfleme sistemi kurulur. Kurum üfleme işlemi 7 bar basınçlı hava kullanılarak yapılır.

SCR Kontrol Sensörü Ünitesi : NOx sensörleri, SCR reaktörü ve turboşarjdan önce NOx konsantrasyonunu ölçer.
Reaktör odası ayrıca çıkış NOx sensörlerini ve çıkış sıcaklığı sensörlerini içerir. Değerler arasındaki farklar yükseldikçe tıkanma veya bloke başlangıcı var anlamına gelmektedir.

Havalandırma Tesisatı : Havalandırma sistemi, egzoz gazı birikimini ve reaktörde kurum oluşumunu önlemek için SCR baypas edildiğinde (yani motor Tier-II modunda çalışırken) SCR reaktörünü havalandırır. Reaktör, Tier II çalışması sırasında Temiz Hava ile havalandırılır.

Sistem Valfleri : Valf kapama, valf kısma, sistem by-pass etme gibi, reaktörün anlık sistem durumuna göre, ana makine operasyonuna zarar vermemek üzere SCR Sisteminin devreden çıkarılmasını veya kısmi olarak operasyonda kalmasını sağlayacak sistem valfleridir.

Seçici Katalitik Düşürücü SCR Sisteminin Artıları ve Eksileri

Artıları

  • Seviye III NOx uyumluluğu elde edilebilir.
  • Çoğu motor yükü (% 60-90) için çok verimli NOx giderimi
  • SCR’ler, 300’den fazla kurulumla geniş çapta büyüyen bir referans tabanına sahiptir

Eksileri

  • Oldukça yoğun yatırım gerektirir
  • Düşük motor yüklerinde sınırlı NOx giderimi
  • NOx Tier III emisyonları için diğer çözümlere kıyasla, üre kullanımı, sık sık yenilenmesi gerekebilecek üre tanklarının kurulumunu gerektirir (maliyetli bir mesele)
  • Sonuç fazla yakıt tüketimi (yaklaşık% 1)
  • ECA bölgelerinde ek Üre maliyeti.

Seçici Katalitik Düşürücü SCR Sistem Bakımı

  • NOx sensörlerinin değiştirilmesi – sensör ömrü yakl. 2000 saat
  • SCR reaktöründeki substrat katalizör elemanlarının değiştirilmesi (Kullanım ömrü – yaklaşık 1000 saat)
  • Katalizör elemanlarının ömrü büyük ölçüde yakıtın sülfür içeriğine bağlıdır. NOx Tier III uyumluluğu için NOx verimliliği yılda bir kez doğrulanacaktır.
  • NOx etkinliğinde azalma <% 70 ise, tüm katalizör unsurları üreticinin talimatlarına göre yenilenmelidir.
  • Kurum Üfleyici bir basınçlı hava şişesinden, kurum üfleyici diyafram valflerinden ve basınç anahtarlarından oluşur. Tüm basınç hortumları kontrol edilmeli ve diyafram valflerinin bakımı yapılmalıdır.
  • Dozlama Ünitesi bir üre çözelti tankı, sıvı filtreleri, dozaj pompaları, nozul tertibatları, akış ölçerler, valfler ve basınç anahtarlarından oluşur.
  • Haftalık bakım, filtrelerin temizlenmesini, aylık bakım ise enjektörlerin muayenesini içerir. Tüm bileşenlerin uygun şekilde incelenmesi ve çalışması her 6 ayda bir kontrol edilmelidir.

Bu yazının güncellendiği tarih Ağustos 29, 2020 08:53