Dori Kim;Sichan Geum;Nguyen Duc Hay;Ho Im;Ryanggyoon Kim;Gyubo Kim;Yeongdo Park;Kyeongwan Han;Sung Goon Park
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.22
no.3
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pp.21-28
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2024
The study investigates the application of Selective Catalytic Reduction (SCR) systems in steel manufacturing processes. To calculate the pressure drop occurring in the SCR system's catalytic plates under various operating conditions, we assumed a porous filter model. The pressure drop along the gas flow path is determined by theoretical calculations and computational simulations. The discrepancy in the data obtained from the both approach happens in the region of curved sections of SCR system where secondary flows occur. The pressure drop was calculated depending on different flow rate, by which a correlation between the pressure drop and the flow rate was made based on the simulation results. Inside the SCR system, boundary layer separation occurs before the SCR chamber, causing the flow to deviate in one direction. As a result, the flow uniformity decreases in the SCR chamber, which could lead to a decrease in the reaction performance on the catalytic plates. By installing baffles at the inlet region of the SCR chamber, the uniformity is enhanced by around 18.8% based on the standard deviation.
Selective catalytic reduction(SCR) catalysts are obtained from de-NOx system of thermoelectric power plant. A process was developed for valuable metals such as vanadium and tungsten recovery from spent SCR catalyst by using soda roasting followed by water leaching. Spent SCR catalyst having $V_2O_5$(1.23 mass %) and $WO_3$(7.73 mass %). For getting soluble metal forms of the targeted metals like vanadium and tungsten soda roasting process was implemented. In soda roasting process, sodium carbonate added 5 equivalent ratio at roasted temperature $850^{\circ}C$ with 120 min roasted time for $544{\mu}m$ particle size of spent SCR catalyst. After soda roasting process moved to water leaching for roasted spent catalyst. Before leaching process the roasted spent catalyst was grinded up to $-45{\mu}m$ size. The leaching time is 30 min at $40^{\circ}C$ temperature, 10 % pulp density. The final leaching efficiency obtained 46 % of vanadium and 92 % of tungsten from present process.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.1
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pp.121-127
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2023
In this study, the design conditions and CFD analysis results are compared and reviewed in SCR that can optimally reduce nitrogen compounds. To this end, it was analyzed and compared using CFD to see if the design criteria were satisfied for the shell and tube areas of the boiler. In the SCR system, the analysis area is the gas/air heat exchanger on the shell side, and eight tubes of the gas/air heat exchanger on the tube side. Through CFD analysis, the gas velocity distribution on the primary catalyst side of the SCR system was designed to be 2.4%, and the NH3/NOx molar ratio distribution was 3.7%, which satisfied the design criteria. In addition, the uniformity of the temperature distribution was confirmed and the required condition of 260℃ or higher was satisfied. The angle of the gas entering the catalyst met the design conditions at 2.9 degrees, and the pressure loss that occurred also satisfied the design requirements. Through this CFD analysis, it was confirmed that it was designed and operated by satisfying the design conditions required for each area.
Jeong Soo-Jin;Lee Sang Jin;Kim Woo-Seung;Lee Chun Beom
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.68-78
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2006
In the past few years, considerable efforts have been directed towards the further development of Urea-SCR(selective catalytic reduction) technique for diesel-driven vehicle. Although urea possesses considerable advantages over Ammonia$(NH_3)$ in terms of toxicity and handling, its necessary decomposition into Ammonia and carbon dioxide complicates the DeNOx process. Moreover, a mobile SCR system has only a short distance between engine exhaust and the catalyst entrance. Hence, this leads to not enough residence times of urea, and therefore evaporation and thermolysis cannot be completed at the catalyst entrance. This may cause high secondary emissions of Ammonia and isocyanic acid from the reducing agent and also leads to the fact that a considerable section of the catalyst may be misused for the purely thermal steps of water evaporation and thermolysis of urea. Hence the key factor to implementation of SCR technology on automobile is fast thermolysis, good mixing of Ammonia and gas, and reducing Ammonia slip. In this context, this study performs three-dimensional numerical simulation of urea injection of heavy-duty diesel engine under various injection pressure, injector locations and number of injector hole. This study employs Eulerian-Lagrangian approach to consider break-up, evaporation and heat and mass-transfer between droplet and exhaust gas with considering thermolysis and the turbulence dispersion effect of droplet. The SCR-monolith brick has been treated as porous medium. The effect of location and number of hole of urea injector on the uniformity of Ammonia concentration distribution and the amount of water at the entrance of SCR-monolith has been examined in detail under various injection pressures. The present results show useful guidelines for the optimum design of urea injector for reducing Ammonia slip and improving DeNOx performance.
Kim, Se Hun;Ko, Jin Seok;Ko, Jae Yu;Cho, Young Jun;Lee, Dong Ryu
Journal of ILASS-Korea
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v.24
no.4
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pp.178-184
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2019
Diesel engines have the advantages of higher thermal efficiency and lower CO2 emissions than gasoline engines, but have the disadvantages that particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) emissions are greater than those of gasoline engines. In particular, nitrogen oxides (NOx) emitted from diesel engines generates secondary ultrafine dust (PM2.5) through photochemical reactions in the atmosphere, which is fatal to humans. In order to reduce nitrogen oxides (NOx), pre-treatment systems such as EGR, post-treatment systems such as LNT and Urea SCR have been actively studied. The Urea SCR consists of an injection device injecting urea agent and a catalytic device for reducing nitrogen oxides (NOx). The nitrogen oxide (NOx) reduction performance varies greatly depending on the urea uniformity in the exhaust pipe. In this study, spray characteristics according to the spray hole structure were confirmed, and the influence of spray uniformity on spray characteristics was studied through engine evaluation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.2
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pp.70-77
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2012
The selective catalytic reduction(SCR) system used to reduce NOx in diesel engines requires an NO/$NO_2$ ratio of about 1 in exhaust emissions to realize the fast SCR mode at temperatures lower than $300^{\circ}C$. This study investigated the characteristics of a plasma system as a pre-active apparatus for the fast SCR reaction mode of an SCR system. Plasma was generated by the pulse corona discharge(PCD) method with a four-channel wire-cylinder reactor. This study showed that plasma was easily generated in the exhaust gas by the PCD system, and the peak voltage of the normal state condition for plasma generation was generally 12 kV. The PCD system easily converted NO into $NO_2$ at lower temperatures and the NO/$NO_2$ conversion ratio increased with the discharge current for plasma generation. But the PCD system could not convert NO into $NO_2$ at higher engine speeds and higher engine loads due to the lack of oxygen in exhaust gas. The PCD system also activated the diesel oxidation catalysts(DOC) system to reduce CO emissions.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.9
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pp.862-869
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2010
Numerical analysis was done to evaluate the gas flow distribution in small scale SCR system which has $2.4{\times}2.4{\times}3.1\;m^3$ in volume and 25,300 Sm3/hr in flue gas flow capacity. Various types of baffles proposed for controlling the flow uniformity were evaluated by the CFD analysis to find the optimal geometry of the baffle in the SCR system. By installing baffles in the SCR system, the RMS (%) value was raised up to 6.2% compared with the baffle-uninstalled state. The effect of baffle thicknesses on the RMS (%) value was not shown within 0 and 8 mm in thickness, but the RMS (%) value was raised by 2.5% in 10 mm of baffles thickness, which causes the unstability in flow. By comparison between the shape of baffles, it is known that the lattice type baffle has better performance in controlling the flow uniformity than the circular truncated cone type baffle or mixer type baffle. RMS (%) values have more that 10% difference according to the shape of baffle type.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.397-407
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2017
In this study, a SCR system is employed to selectively reduce $NO_X$, which is a major cause of environmental pollution and issues in diesel engines. In particular, this paper focuses on the combination of feedforward injection strategies, depending on the NO/$NO_X$ ratio, and feedback injection control, using $NH_3$ coverage ratio, based on a SCR model. A 2.2 L passenger diesel engine, which is equipped with a diesel oxidation catalyst (DOC) and a diesel particle filter (DPF), was used in the experiments. The developed control algorithm is implemented on a real-time computer with injection control algorithm. By analyzing the $NO_X$ emission measurement, the performance of the proposed injection control algorithm is verified.
Park, Seungwon;Lee, Seangwock;Cho, Yongseok;Kang, Yeonsik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.269-275
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2017
$NO_X$ reducing technique such as LNT, LNC, and selective catalytic reduction (SCR) have been developed and applied, especially on heavy-duty vehicles. However, it is expected that $NO_X$ reduction techniques will also be applied to diesel passenger vehicles. The urea-SCR system is receiving attention as the most effective $NO_X$ reduction technology without a fuel penalty. Thus, many advanced countries are developing this technology. The urea-SCR system sprays an aqueous urea solution that separates $NO_X$ into $N_2$ and $H_2O$, which are harmless and emitted into the atmosphere. The urea injected in front of the SCR catalyst should be changed to 100% $NH_3$, which is required for $NO_X$ reduction in the SCR system to maximize the reduction efficiency. The purpose of this study was to determine the basic data for the urea-SCR system to maximize the $NO_X$ reduction efficiency by understanding the $NO_X$ reduction characteristics in a real passenger vehicle to comply with the post EURO-6 emission regulation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.3
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pp.302-309
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2016
Urea-SCR system is currently regarded as promising NOx reduction technology for diesel engines. SCR system has to achieve maximal NOx conversion in combination with minimal $NH_3$ slip. In this study, model based open loop control for urea injection was developed and assessed in the European Transient Cycle (ETC) for heavy duty diesel engine. On the basis of the transient modeling, the kinetic parameters of the $NH_3$ adsorption and desorption are calibrated with the experimental results performed over the zeolite based catalyst. $NH_3$ storage or surface coverage of SCR catalyst can not be measured directly and has to be calculated, which is taken into account as a control parameter in this model. In order to reduce $NH_3$ slip while maintaining NOx reduction, $NH_3$ storage control algorithm was applied to correct the basic urea quantity. If the actual $NH_3$ surface coverage is higher than the maximal $NH_3$ surface coverage, the urea injection quantity is significantly reduced in the ETC cycle. By applying this logic, the resulting $NH_3$ slip peak can be avoided effectively. With optimizing the kinetic parameters based on standard SCR reaction, it suggests that a simplified, less accurate model can be effective to evaluate the capability of model based control in the ETC cycle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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