EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Rauchgaseintritt |
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Rauchgasaustritt |
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3 |
NH3-Eintritt |
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Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel
Bauteil 86 dient zur Simulation einer Entstickungsanlage (SCR). Hierbei wird mit Hilfe von Ammoniak (NH3) oder eines ammoniakhaltigen Gemisches der Anteil der Stickoxide (NO, NO2) im Rauchgas reduziert. Der Umfang dieser Reduktion wird mit Hilfe von drei Kennlinien festgelegt.
Die erste Kennlinie CRNO1 beschreibt, wie sich der Anteil der verbleibenden Stickoxide (NOX2/NOX1) in Abhängigkeit vom Rauchgasmassenstrom ändert. Diese Kennlinie ist auf den Nennmassenstrom bezogen, der in der Auslegungsrechung ermittelt wird.
Die zweite Kennlinie CRNO3 beschreibt, wie sich der Anteil der verbleibenden Stickoxide bei Erhöhung der Ammoniakzufuhr ändert. Der Bezugspunkt dieser Kennlinie ist die stöchiometrisch minimale Ammoniakmenge M3MIN, die zur gewünschten Umsetzung benötigt wird (also nicht der Nennmassenstrom!). Diese Kennlinie braucht nur für Werte > 1 definiert werden. Achtung: Bei dieser Kennlinie müssen die y-Werte den gesamten möglichen Bereich abdecken, da das Programm hier den x-Wert zu einem gegebenen y sucht. Insbesondere sollte sie für kleine M3/M3MIN asymptotisch ins Unendliche gehen.
Die dritte Kennlinie CRNO3 beschreibt den Einfluss der Temperatur auf den Anteil der verbleibenden Stickoxide. Diese Kennlinie ist nicht normiert, d.h. es sind direkt die Temperaturen einzutragen.
Im Auslegungsfall sind die Austrittskonzentrationen von NOx und NH3 mit NOXN und NH3N vorzugeben. Die benötigte Ammoniakmenge M3 wird dann berechnet.
In Teillast gibt es für die Berechnung zwei Möglichkeiten, die über den Schalter FSPEC umgeschaltet werden:
In jedem Fall vorzugeben sind die Eintrittswerte des Rauchgases (Massenstrom, Druck, Temperatur sowie die Stoffzusammensetzung) auf Leitung 1. Auf Leitung 3 muss in der Zusammensetzung NH3 eingetragen werden, außerdem sind Druck und Temperatur vorzugeben. Die Eigenschaften des austretenden Rauchgases (Leitung 2) werden vom Programm berechnet.
Druckverlustbegrenzung:
Da der Druckverlust quadratisch mit dem Massenstrom ansteigt, können sich bei Überschreitung des Nennmassenstroms schnell deutlich zu hohe Druckverluste ergeben, die dann Phasenübergänge und Konvergenzprobleme verursachen. Aus diesem Grunde wurden Druckverlustbegrenzungen eingebaut.
(Siehe: Modelleinstellungen -> Simulation -> Berechnung)
Das Bauteil betrachtet folgende Reaktionen, die im Katalysator bei 300 - 400 °C in Anwesenheit von Sauerstoff stattfinden:
4 NO + O2 + 4 NH3 --> 4 N2 + 6 H2O
2 NO2 + O2 + 4 NH3 ---> 3 N2 + 6 H2O
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FCON |
Schalter für die Interpretation der Konzentrationsangaben (NOXN, NOXT, NH3N, NH3MAX) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: Molanteil bei Referenz-Sauerstoffgehalt = 2: Normierte Massenanteil bei Referenz-Sauerstoffgehalt Der Unterschied zwischen FCON=1 und FCON=2 besteht darin, dass man bei FCON=2 so etwas wie eine "Dichte" für den Schadstoffanteil vorgeben muss, also Masse Schadstoff pro Volumen Rauchgas (daher auch die Einheit mg/Nm³). Wenn man diese Dichte durch die Dichte des reinen Schadstoffs teilt, kommt man auf den entsprechenden Molanteil. Bei der Implementierung wird auf diese Weise der Fall FCON=2 auf den Fall FCON=1 zurückgeführt, wobei eine feste Dichte von 0.759629 kg/m³ für NH3 und 2.05204 kg/m³ für NOx verwendet wird (unabhängig von NOSPL). |
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NOXN |
Austritts-NOX-Konzentration (nominal) Dieser Wert wird nur für die Auslegungsrechnung verwendet |
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FSPEC |
Schalter für Betriebsart Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 1: NOXT gegeben, M3 berechnet = 2: M3 von außen gegeben, NOX am Austritt berechnet |
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NOXT |
NOX-Soll-Konzentration (in Teillast) Dieser Wert wird nur in Teillastrechnungen verwendet |
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NH3N |
NH3-Konzentration am Austritt (nominal) Dieser Wert wird nur für die Auslegungsrechnung verwendet |
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NH3MAX |
Maximale NH3-Konzentration am Austritt Bei Überschreitung dieser Konzentration erfolgt eine Warnmeldung |
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TMIN |
Minimale Temperatur für NOX-Abscheidung |
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TMAX |
Maximale Temperatur für NOX-Abscheidung |
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DP12N |
Druckabfall im Rauchgas (nominal) |
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FMODE |
Berechnungsmodus Auslegung / Teillast =0: GLOBAL |
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RNON |
NOX-Reduktion NOX2/NOX1 (nominal) |
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RNO1N |
Nominalreduktion für Kennlinie 1 |
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RNO2N |
Nominalreduktion für Kennlinie 2 |
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RNO3N |
Nominalreduktion für Kennlinie 3 |
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NH3V |
Relativer NH3-Massenstrom M3N/M3min (nominal) |
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M1N |
Eintritts-Rauchgasmassenstrom (nominal) |
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M3N |
Ammoniak-Massenstrom (nominal) |
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V1N |
Spezifisches Volumen am Eintritt (nominal) |
Die blau markierten Identifikationswerte sind Referenzwerte für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich auf die in den Gleichungen verwendeten Werte.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
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RNO |
Berechneter Reduktionskoeffizient |
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RNOXO2 |
auf Referenz-O2-Konzentration umgerechnete NOX-Konzentration am Austritt, je nach FCON als Mol- oder normierter Massenanteil |
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RNH3O2 |
auf Referenz-O2-Konzentration umgerechnete NH3-Konzentration am Austritt, je nach FCON als Mol- oder normierter Massenanteil
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M3MIN |
Stöchiometrischer Mindestwert für die Ammoniak-Zufuhr (für die Reaktion erforderliche Menge, wenn alles Ammoniak reagieren und kein Rest-Ammoniak |
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M3M3MIN |
Verhältnis M3 zu M3MIN |
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LNH3 |
Absoluter NH3-Schlupf (NH3-Massenstrom am Abgasaustritt): |
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LRNH3 |
Relativer NH3-Schlupf (NH3-Massenstrom am Abgasaustritt bezogen auf die NH3-Zufuhr): Auch bei Verwendung von 2-Phasenfluid oder binärem-Gemisch an Anschluss 3. |
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RCRNO1 |
aus Kennlinie CRNO1 errechneter Wert |
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RCRNO2 |
aus Kennlinie CRNO2 errechneter Wert |
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RCRNO3 |
aus Kennlinie CRNO3 errechneter Wert |
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Kennlinie 1, CRNO1: Einfluss des Rauchgasmassenstroms auf die NOx-Reduktion (NOX2/NOX1 in Mol%) = f(M1/M1N) |
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X-Achse 1 M1/M1N 1. Punkt |
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Kennlinie 2, CRNO2: Einfluss des Ammoniakmassenstroms auf die NOx-Reduktion (NOX2/NOX1 in Mol%) = f(M3/M3MIN) |
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X-Achse 1 M3/M3MIN 1. Punkt |
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Kennlinie 3, CRNO3: Einfluss der Rauchgastemperatur auf die NOx-Reduktion (NOX2/NOX1 in Mol%) = f(T1) |
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X-Achse 1 T1 1. Punkt |
Alle Fälle |
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P2 = P1 DP12 (1) M2= M1 + M3 (3) H2 = ((H1+DH_REAK)*M1+(H3-DH_VERD)*M3)/M2 (2) DH_REAK: Reaktionswärme Reaktionen 1), 2) |
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Auslegungsfall (Simulationsschalter: GLOBAL = Auslegungsfall und FMODE = GLOBAL) |
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Druckabfall Energiebilanz
Massenbilanz Berechnung der Reduktion Eingang: Konzentrationen Strom 1 Berechnung:
Massenstrom 3 (minimal) gemäß Verhältnis VNH3=M3/M3MIN RNO = NOX(Strom 2)/NOX(Strom 1) (in mol%) RNO1N aus Kennlinie 1 mit M1/M1M = 1 RNO2N aus Kennlinie 2 mit VNH3 RNO3N aus Kennlinie 3 mit T1=T1N in Grenzen TMIN/TMAX
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Teillast (Simulationsschalter : GLOBAL = Teillast oder FMODE = Lokale Teillast) |
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Druckabfall
Energiebilanz DH_REAK: Reaktionswärme Reaktionen 1), 2) Massenbilanz
1) 4 NO + O2 + 4 NH3 = 4 N2 + 6 H2O Maximales Verhältnis VNH3MAX=M3/M3MIN RNO = NOX(Strom 2)/NOX(Strom 1) (in mol%) RNO1 aus Kennlinie 1 mit M1/M1M RNO3 aus Kennlinie 3 mit T1 in Grenzen TMIN/TMAX RNO2 = RNO2N*(RNO/RNON)/((RNO1/RNO1N)*(RNO3/RNO3N)) VNH3 aus Kennlinie 2 mit RNO2
RNO = NOX(Strom 2)/NOX(Strom 1) (in mol%) RNO1 aus Kennlinie 1 mit M1/M1M RNO3 aus Kennlinie 3 mit T1 in Grenzen TMIN/TMAX RNO2 = RNO2N*(RNO/RNON)/((RNO1/RNO1N)*(RNO3/RNO3N)) VNH3 aus Kennlinie 2 mit RNO2 IF RNO2 Konstant THEN ITERATION 1 ENDE ------------------------------------------------------------------------------ NOX = NOXT ITERATION 2 ANFANG Gleicher Algorithmus wie FSPEC = 1 aber mit ITERATION 2 ENDE ------------------------------------------------------------------------------- V1: Spezifisches Volumen Strom 1 DP12 = DP12N*(M1/M1N)**2*(V1/V1N)
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Form 1 |
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