In this study, the spray atomization characteristics of urea injector used in SCR system for construction machinery was analyzed, and the uniformity index at the front of mixer and NOx conversion efficiency were evaluated through numerical analysis. Spray visualization and droplet size/velocity measurement were performed and the measured results were used to verify the spray analysis model to calculate the uniformity index in the exhaust gas after-treatment system. For the flow analysis, STAR-CCM, a three-dimensional CFD, was used and the uniformity index of the SCR system at the front of the mixer was calculated using the droplet dissociation model and the wall collision model. Finally, the DeNOx performance for the average condition of the NRTC driving mode was calculated to understand the NOx conversion efficiency reflecting the exhaust gas temperature. The simulation results show that the uniformity index at the front of mixer was calculated as 0.862 and DeNOx efficiency was 75.9%.
SCR(Selective Catalytic Reduction) is a major after-treatment solution to reduce NOx emission in recent diesel engines. In this study, a metal foam is applied as an alternative SCR substrate and tested in a commercial diesel engine to compared with a conventional ceramic SCR system. Basic engine test from ND-13 mode shows that a metal foam catalyst has lower NOx conversion efficiency than a ceramic catalyst especially over $350^{\circ}C$. A metal foam catalyst has characteristics of high exhaust gas pressure before a SCR catalyst and high heat transfer rate due to its material and structure. NOx conversion efficiency of a metal foam catalyst shows an increasing tendency along with the increase of exhaust gas temperature by $500^{\circ}C$. The effect of urea injection quantity variation is also remarkable only at high exhaust gas temperature.
SCR has been popularly approved as one of the most effective means for NOx emission control in heavy-duty and medium-duty vehicles currently. However, high urea dosing would lead to ammonia slip. And $NH_3$ sensor for vehicle emission applications has not been popularly used in real applications. This paper presents experimental studies on the diesel engine urea-SCR system by using a double NOx sensor system that is arranged in the downstream of the SCR catalyst based on ammonia cross-sensitivity. It was shown that the NOx conversion efficiency rised as $NH_3/NOx$ increases and the ammonia slip started from the $NH_3/NOx$ equal to 1.4. The increase of temperature caused high improvement of the SCR reaction rate while the space velocity had no obvious change. The ammonia slip was in advance as catalyst temperature or space velocity increase and the ammonia storage reduced as catalyst temperature or space velocity increase. The NOx real-time conversion efficiency rised as the ammonia accumulative storage increase and reached the maximum value gradually.
본 논문에서는 알칼리 금속 이온 교환된 Y-제올라이트를 합성하여 그 성분과 구조를 여러 가지 분석법을 이용하여 확인하였으며, NOx전환 반응에 대하여 비열 플라즈마 기술과 결합한 이들의 촉매 능력에 대한 시험을 하였다. 합성된 LiY NaY KY, CsY의 NOx환원에 대한 반응성을 $100^{\circ}C$에서 $350^{\circ}C$의 온도 범위에서 NOx미터로 측정하였다. $150^{\circ}C$에서 촉매의 초기 반응성은 LiY < KY < NaY < CsY의 순으로 증가하였다. CsY와 NaY의 반응성은 온도에 따라 증가하다가 $200^{\circ}C$에서 최대에 도달하였고 그 이상의 온도에서는 오히려 감소하였다. KY의 반응성은 $200^{\circ}C$까지는 같은 수준을 유지하다가 그 이상의 온도에서는 감소한 반면 LiY의 반응성은 온도가 올라감에 따라 계속 감소하였다. 알칼리 금속 계열 중에서 반응성이 가장 좋은 CsY촉매는 $170{\~}220^{\circ}C$의 온도범위에서 $80\%$의 NOx 전환율을 나타내었다.
The direct injection(DI) diesel engine has become a prime candidate for future transportation needs because of its high thermal efficiency. However, nitrogen oxides(NOx) increase in the local high temperature regions and particulate matter (PM) increases in the diffusion flame region within diesel combustion. Therefore, the demand for developing a suitable after treatment device has been increased. NOx absorbing catalysts are based on the concept of NOx storage and release making it possible to reduce NOx emission in net oxidizing gas conditions. This De-NOx system, called the LNT(Lean NOx Trap) catalyst, absorbs NOx in lean exhaust gas conditions and release it in rich conditions. This technology can give high NOx conversion efficiency, but the right amount of reducing agent should be supplied into the catalytic converter at the right time. In this research, a performance characteristics of LNT with a hydrogen enriched gas as a reductant was examined and strategies of controlling the injection and rich exhaust gas condition were studied. The NOx reduction efficiency is closely connected to the injection timing and duration of reductant. LNT can reduce NOx efficiently with only 1 % fuel penalty.
Diesel engine has many advantages such as high thermal efficiency, low fuel consumption and low emission of CO2. However, the diesel engine faced with strengthened emission regulation about NOx and PM. To suppress NOx emission, after-treatment systems such as Lean NOx Trap (LNT), Selective Catalytic Reduction (SCR) are considered as a more practical strategy. This paper investigated the performance of Lean NOx trap of the 4 stroke diesel engine which had a LNT catalyst. Characteristic of exhaust emission at NEDC mode was analyzed. From this result, the effect of nozzle attaching degree, injection quantity and gas flow change on NOx conversion performance was clarified.
A two-step fuel-rich/fuel-lean catalytic combustion seems to be one of the most effective methods to control simultaneously the NO generation and the hydrocarbon (HC) conversion from fuel-bound nitrogen. By controlling equivalent air ratio for maintaining fuel-rich and fuel-lean condition over each catalytic layer, space velocity, inlet temperature, and catalyst component, the HCand ammonia conversion efficiency higher than 95% could be achieved, with ammonia conversion to NO remaining below 5%. The experimental results wouldbe applied to the combustion of land fill gas and to gasified refuse-derived fuels as a method of minimizing NO generation.
A three-way catalyst system of a natural gas vehicle (NGV) has characteristics of higher fuel consumption and higher thermal load than a lean-bum catalyst system. To meet stringent emission standards in the future, NGV with the lean-bum engine may need a catalyst system to reduce the amounts of HC, CO and NOx emission, although natural gas system has low emission characteristics. We conducted experiments to evaluate the conversion efficiency of the NOx reduction catalyst for the lean-burn natural gas engine. The NOx reduction catalysts were prepared with the ${\gamma}-Al_{2}O_3$ washcoat including Ba based on Pt, Pd and Rh precious metal. In the experiments, effective parameters were space velocity, spike duration of the rich condition, and the temperature of flowing model gas. From the results of the experiments, we found that the temperature for maximum NOx reduction was around $450^{\circ}C$, and the space velocity for optimum NOx reduction was around $30,000\;h^{-1}$ And we developed an evaluation model of the NOx reduction catalyst to evaluate the conversion performance of each other catalysts.
최근 미세먼지 등 대기오염물질 배출에 대한 전국민적 우려로 정부는 대기오염물질 배출규제 강화정책을 내놓고 있다. 국내 석탄화력발전소는 대기환경설비 성능개선에 박차를 가하고 있으며, 이 논문에는 500 MW급 표준석탄화력 탈질설비에 촉매단을 추가하는 성능개선사례를 다루고 있으며, 촉매단 추가 전·후 성능시험시험과 NOx제거효율에 따른 탈질설비 핵심성능 인자의 변화를 살펴보았다. 연구결과 촉매단 추가 전·후 탈질설비 효율은 80%에서 88%로 상승했고, 핵심성능인자인 미반응 암모니아, SO2/SO3 전환율은 설계보증치를 만족하였으나, 차압의 경우 설계보증치를 초과하였다. 동시에, NOx 제거효율에 따른 핵심성능인자 변화는, 미반응 암모니아 농도, 차압 항목은 NOx 제거효율이 증가에 따라 같이 증가하는 양상을 보여 관리 및 개선이 필요하다는 결과를 얻을 수 있었다.
In upcoming Post Stage-V and Tier 5 regulations of construction machineries, nitrogen oxide (NOx) emissions are strictly limited in cold start conditions. In response to this, a method of improving NOx conversion efficiency has been applied by installing an electric heating catalyst (EHC) in front of conventional urea-SCR systems so that the evaporation and thermal decomposition of urea-water solution can be promoted in cold start conditions. In this strategy, the evaporation and thermal decomposition of urea-water solution and corresponding NOx conversion efficiency are governed by temperature conditions inside the EHC. Therefore, characterizing the temperature distribution in the EHC under various operating conditions is crucial for the optimized operation and control of the EHC in Urea-SCR systems. In this study, a 1-D modeling analysis was performed to predict the heater surface temperature distribution in EHC under various operating conditions. The reliability of prediction results was verified by comparing them with measurement results obtained using an infrared (IR) camera. Based on 1-D analysis results, the effects of various EHC operation parameters on the heater surface temperature distribution were analyzed and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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