Gemi dizel motorlarında kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinin tasarım ve performans açısından incelenmesi

Gemilerden kaynaklı NOX emisyonlarının azaltılması amacıyla Uluslararası Denizcilik Örgütü International Maritime Organization (IMO) tarafından kısıtlamalar getirilmiştir. Bu kısıtlamaların sağlanmasında kullanılan en etkili yöntemlerden biri de Seçici Katalitik İndirgeme–Selective Catalytic Reduction (SCR) sistemleridir. Bu çalışmada iki zamanlı ve dört zamanlı olmak üzere iki farklı gemi dizel motoru için SCR sistem tasarımı ve performans parametreleri sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal analiz çalışmaları sonlu hacimler yöntemi ile zamandan bağımsız olarak gerçekleştirilmiş ve sınır koşulları literatür verileri ile doğrulanmıştır. Modellenen sistem için SCR boyu, SCR sistem çapı, kullanılan katalizörün aktivasyon enerjisi ile karışım odası uzunluk ve konumunun en uygun değerlerinin belirlenmesi amacıyla %85 yük koşulunda parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen en uygun tasarım parametreleri olan 1200 mm SCR boyu, 760 mm SCR sistem çapı ve 4000 mm karışım odası uzunluğu için SCR sistem performansı değerlendirilmiştir. Farklı motor yükleri için IMO gerekliliklerini sağlayan Üre-Su Çözeltisi–Urea-Water Solution (UWS) miktarı ile bu miktarlar için NOX azaltma performansı ve amonyak kayma miktarı belirlenmiştir. Ayrıca herhangi bir NOX emisyon kısıtlamasına karşılık SCR Baypas Valfi-Reactor Baypass Valve (RBV) açıklığının sistem NOX, NH3 kayması ve basınç düşümü üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. SCR sistemi boyunca aynı akış hızı için farklı egzoz debisi ve farklı giriş NOX oranları için parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda her bir yük durumu için IMO Tier III sınırlamasını sağlayan UWS püskürtme miktarları sırasıyla 103 l/h, 91 l/h, 85 l/h, 62 l/h ve 38 l/h olarak belirlenmiştir. %20 RBV açıklık oranından büyük oranlarda hem NOX emisyonları hem de amonyak kayması üstel bir şekilde artmaktadır.