Configurazione con SCR e EGR di bassa pressione

Combinando la tecnica dell'SCR con l'EGR a bassa pressione e lambda costante, si conseguono risparmi nei consumi di urea variabili tra il 20 e il 57% circa (tabella 4.12).

Come si può notare nella figura 4.6 si ha una riduzione molto elevata dell’urea utilizzata già con un rapporto di EGR del 5%. Un risparmio maggiore si ha ovviamente per EGR rate superiore.

EGR rate = 5% NH3/NOx Caso A 1 6,39 0,181 0,0225 1,88 99,59% 20,96% Caso B 1 7,90 0,43 0,217 21,2 97,29% 21,39% Caso C 1 8,83 0,738 0,757 77,6 92,12% 20,90% Caso D 1 9,11 1,01 1,81 175 82,67% 20,47% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

EGR rate = 10% NH3/NOx Caso A 1 5,19 0,138 0,0156 1,29 99,72% 39,74% Caso B 1 6,29 0,323 0,171 16,7 97,87% 40,95% Caso C 1 7,05 0,556 0,68 69,5 92,94% 40,41% Caso D 1 7,56 0,787 1,74 167 83,47% 38,03% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

EGR rate = 15% NH3/NOx Caso A 1 4,09 0,102 0,01 0,828 99,82% 55,46% Caso B 1 4,80 0,232 0,121 11,7 98,51% 57,59% Caso C 1 5,43 0,401 0,557 56,4 94,27% 57,02% Caso D 1 6,01 0,586 1,58 150 85,15% 53,86% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

Tabella 4.12: Risultati delle simulazioni con configurazione SCR+EGR di bassa pressione e rapporto aria/combustibile costante.

Caso A 1 15,41 0,458 0,0259 2,16 99,66%

Caso B 1 19,13 1,1 0,234 22,9 97,55%

Caso C 1 21,17 1,87 0,792 81,2 92,55%

Caso D 1 21,57 2,54 1,76 170 83,81%

NH₃/NOx BSUC

[g/kWh] Flusso urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale

Per i casi con portata di combustibile costante si hanno risultati meno marcati (Tabella 4.13).

In questo caso il minor abbattimento effettuato dal sistema EGR si traduce in un risparmio inferiore del consumo di urea. Avendo scelto di non variare il rapporto NH3/NOx, la maggior quantità di NOx presente a monte del

catalizzatore fa sì che il sistema di controllo ne porti all’iniezione di una quantità maggiore, la quale aumenta di poco l’abbattimento percentuale degli NOx rispetto al caso precedente.

EGR rate = 5% NH3/NOx Caso E 1 9,75 0,267 0,00713 0,572 99,88% 18,35% Caso F 1 13,90 0,757 0,0911 8,8 98,88% 17,81% Caso G 1 17,00 1,45 0,452 46,9 95,24% 14,71% Caso H 1 18,43 2,14 1,38 138 86,34% 13,01% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

EGR rate = 10% NH3/NOx Caso E 1 7,41 0,203 0,00307 0,257 99,94% 37,92% Caso F 1 10,76 0,586 0,0497 5,05 99,36% 36,37% Caso G 1 13,60 1,16 0,309 33,6 96,59% 31,76% Caso H 1 15,50 1,8 1,16 122 87,92% 26,83% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00%

Caso A Caso B Caso C Caso D

EGR rate R id u zi o n e p e rc e n tu a le c o n su m o d i u re a

Figura 4.7: Risparmio sul consumo di urea per i casi con rapporto aria/combustibile costante.

EGR rate = 15% NH3/NOx Caso E 1 5,22 0,143 0,00117 0,103 99,98% 56,27% Caso F 1 7,59 0,413 0,0229 2,45 99,69% 55,16% Caso G 1 9,91 0,845 0,179 20,5 97,92% 50,29% Caso H 1 11,89 1,38 0,884 97,9 90,31% 43,90% BSUC

[g/kWh] Flusso Urea[g/s] [g/kWh]BSNOx [ppm]NOx AbbattimentoPercentuale Riduzione PercentualeConsumo di urea

Tabella 4.13: Risultati delle simulazioni con configurazione SCR+EGR di bassa pressione e quantità di combustibile iniettato costante.

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00%

Caso E Caso F Caso G Caso H

EGR rate R id u zi o n e p e rc e n tu a le c o n su m o d i u re a

Figura 4.8: Risparmio sul consumo di urea per i casi con quantità di combustibile iniettato costante.

5 Conclusioni

In questa tesi è stato valutato l’effetto di un sistema EGR su un motore diesel per applicazioni marine. In particolare è stata valutata la possibilità di un utilizzo combinato con un sistema SCR.

Dalle simulazioni svolte sono state riscontrate problematiche legate all’utilizzo di elevati rapporti di ricircolo di gas combusti. I casi indagati hanno infatti messo in luce una riduzione della potenza in uscita non trascurabile e un aumento delle emissioni di alcuni inquinanti, in particolare è risultato elevato l’incremento di CO allo scarico. Questi risultati mostrano che non è opportuno

aumentare molto la quantità di gas combusti da ricircolare, anche se dalla

letteratura è emerso che, attraverso una regolazione degli stessi più accurata rispetto a quella utilizzata in questo lavoro, è possibile ridurre gli effetti negativi. Nonostante questo, emerge che non è possibile utilizzare unicamente il sistema EGR per far rientrare il motore simulato all’interno delle restrizioni della normativa IMO.

Per raggiungere i limiti imposti dall’IMO tier III il sistema SCR è risultato sufficiente in tutti i casi presi in esame.

L’utilizzo del sistema EGR in combinazione con l’SCR ha fornito risultati positivi. In particolare, si è osservato una riduzione anche del 50% dell’urea necessaria per il processo e questo fa supporre che sia possibile ridurre le dimensioni del catalizzatore in seguito a una corretta messa a punto dei due sistemi utilizzati.

Ovviamente, si rendono necessarie analisi maggiormente dettagliate per confermare i risultati ottenuti.

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