Poluarea: arderea umedă la Beijing pentru a lupta împotriva SMOG, NOx și CO

Distribuiți acest articol cu ​​prietenii dvs.:

Problema Beijingului: reducerea emisiilor de NOx (oxizi de azot) din cazane pentru sănătatea publică. Au fost introduse limite stricte privind emisiile de NOx de la cazane pentru a combate smogul de la Beijing. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau și Lu Liu încearcă să folosească combustie umedă, subiect evocat pentru o lungă perioadă de timp pe Econologie.com, în special prin lucrările lui Rémi Guillet care își publică ideile și funcționează în mod regulat.

Beijingul suferă de poluare și caută soluții

Creșterea industrială foarte rapidă a Chinei a condus la niveluri semnificative de poluare a aerului, care are, desigur, efecte asupra sănătatea chinezilor, în marile orașe în special și de mulți ani! Cauzele sunt traficul rutier, industria cărbunelui și încălzirea clădirilor. Municipalitatea din Beijing dorește să îmbunătățească calitatea aerului și se află în fruntea luptei împotriva poluării aerului. Ea depune eforturi mari pentru a aborda acest lucru, inclusiv interzicerea noilor instalații de cărbune, limitarea traficului și aplicarea de noi tehnologii pentru îmbunătățirea arderii și reducerea în special a NOx. combustie umedă este una dintre aceste tehnici ale viitorului!

"Războiul pe Smog": Municipalitatea din Beijing a introdus o serie de măsuri de cercetare pentru combaterea poluării aerului:

Interzicerea cărbunelui pentru instalații noi
Reconstrucția progresivă și obligatorie a instalațiilor existente de cărbune
Restricții privind înregistrarea autoturismelor noi și traficul zilnic
Promovarea mobilității electrice
Promovarea taxiurilor alimentate cu gaz natural (metan) și transportul cu GPL (propan-butan)
Dezvoltarea carsharing-ului și ciclismului
Limitele stricte pentru NOx în cazanele noi și existente

Deoarece 1er Aprilie 2017, instalațiile trebuie să respecte limitele de NOx pentru cazanele noi și existente, care sunt chiar standarde superioare (!!) ale Uniunii Europene. Municipalitatea a instituit, de asemenea, stimulente pentru reducerea emisiilor de NOx de la cazanele pe gaz; prin urmare, cazanele 1 500 au fost schimbate în 2016.

Reducerea NOx în cazane este posibilă în injectarea apei sau a aburului în zona de flacără ; aceasta este ceea ce folosește și dorește să dezvolte Beijingul, folosind un sistem dezvoltat în Europa în timpul ultimilor ani, în special în ceea ce privește activitatea Rémi Guillet. Metodele post-tratament, de exemplu, reducerea catalitică selectivă SCR sau non-reducere catalitică selectivă - tratarea emisiilor de NOx după antrenament. Tehnicile de control al combustiei împiedică formarea de NOx.

Metodele post-tratare tind să fie mai scumpe și, în general, nu sunt folosite la cazane sub MWN 10.

Limitele stricte ale limitelor NOx pentru cazane

În conformitate cu Standardul privind emisiile poluanților atmosferici pentru cazane (DB11 / 139-2015), instalațiile noi și cărbune-gaz Limita NOx a 30mg / Nm3 , în timp ce instalațiile existente au o limită de 80mg / Nm3. Comparativ aici, în Europa, limita de NOx echivalentă stabilită de directiva europeană este 100 mg NOx / Nm3... este 3 ori mai mult decât în ​​China!

Pe lângă limitele legale stricte, Beijingul a pus în aplicare un program de stimulare economică pentru a reduce NOx pentru cazanele existente pe gaz. Proiectele de renovare sunt recompensate în funcție de cantitatea de NOx pe care o economisesc. Cazanele pe gaz 1 500 au fost modificate la 2016. În 2017, Beijing a modificat echivalentul 7 GW al puterii termice cumulate a cazanului pe gaz, sau aproximativ puterea termică a reactoarelor nucleare 2!

formarea NOx variază aproape exponențial cu temperatura flăcării. Principala metodă de control al NOx este de a reduce temperatura flăcării. Acest lucru se poate face în mai multe moduri:

Provocarea pentru ingineri este de a reduce temperatura flacării, menținând stabilitatea flăcării și eficiența cazanului. De asemenea, securitatea este critică, mai ales când vine vorba de EGR, datorită riscul de explozie a monoxidului de carbon (CO) potențialul prezent în eșapament!

Sistemul de ardere umedă prin pompă de vapori de apă (PAVE)

Injectarea apei sau a aburului determină modificarea stoechiometriei (relația cantitativă dintre oxidant și oxidată) - și, prin urmare, temperatura flacării adiabatice - a amestecului de aer-combustibil. Adăugarea apei "împrăștie" și caloriile generate de ardere. Ambele fenomene determină o scădere a temperaturii de combustie - culoarea flacării logice de albastru de gaz devine substanțial portocaliu-galben. În cazul în care temperatura flacării este suficient de redusă, NOx nu va mai forma și se va păstra performanța termică a cazanului.

Flacăra de ardere a gazelor umede
Combustia umedă (metan)
Flacăra de gaz de ardere uscat
Combustia uscată (metan)

Figura 1: Același arzător care funcționează în modul de combustie umedă (în partea de sus) și în modul de ardere uscată (în partea de jos)

Sistemul pompei de vapori de apă (WVP, sau Pompa de aburi de apă, PAVE) este o metodă de arderea umedă a doctorului Rémi Guillet dezvoltat și brevetat în 1979, al companiei CIEC din Paris și care a făcut parte din grupul ENGIE de la 2004. Se compune din: a Preîncălzirea și umiditatea saturării aerului de ardere cu recuperarea căldurii sensibile și a gazelor de ardere latente. Pentru a face acest lucru, sunt plasate două pulverizatoare în fluxul de aer: unul în orificiul de admisie a aerului proaspăt, iar celălalt între condensator și coș de fum, așa cum se arată în Figura 2. Toate componentele sunt din oțel inoxidabil, iar arzătorul este destinat manipulării aerului de ardere saturat cu umiditate. Geometria arzătorului de injecție a apei nu are nimic de-a face cu arzătorul tipic cu NOx scăzut (un singur perete dublu)

Diagrama cazanului cu combustie umedă anti-NOx
Diagrama cazanului cu combustie umedă anti-NOx

Deoarece punctul de rouă al gazelor de combustie care intră în condensator este, desigur, crescut (de la ~ 58 ° C în cazul unei arderi regulate la ~ 68 ° C în caz de ardere umedă) mult mai multă căldură latentă este recuperată în condensator. Acest lucru este comparat cu un cazan obișnuit de condensare care funcționează la aceleași temperaturi de pornire și retur a apei. În plus, recuperarea suplimentară de căldură care are loc în turnul de pulverizare a gazelor de eșapament răcește gazele de ardere la temperaturi mult mai scăzute decât un cazan obișnuit. Ca rezultat, sistemul PAVE este mult mai eficient decât un cazan obișnuit de condensare.

Figura 3 compară eficiența sistemului de combustie PAVE și un cazan regulat de condensare, în funcție de temperatura de retur a condensului. Acesta arată că începutul condensării este deplasată la o temperatură de retur mai mare, ceea ce face sistemul PAVE un candidat ideal pentru aplicațiile de reabilitare în cazul în care nu este ușor de a reduce temperatura de retur a clădirii (radiator convențional ridicat temperatură)

Sistemul PAVE este caracterizat de temperaturi foarte scăzute ale flăcării, astfel încât este capabil să obțină o producție de NOx foarte scăzută. Limita de 30mg / Nm3 este atinsă cu ușurință atât timp cât aerul de ardere este preîncălzit la 60 ° C și setat la o temperatură optimă. Pe de altă parte, arzătoare „uscat“ NOx redus și ultra NOx redus, nu se poate atinge niveluri comparabile de emisiilor de NOx prin utilizarea unui procent ridicat de EGR și potențial de ardere camere supradimensionate.

Într-un sistem convențional de ardere (cu aer atmosferic), reducerea temperaturii flăcării sub o anumită temperatură poate duce la formarea de CO, dar acest lucru nu este valabil pentru un cazan PAVE care arde gaz natural, de aceea un combustibil care accesează a priori cu ușurință arderea sa completă.

Mai mult decât atât, performanțele ciclului PAVE nu sunt înclinate să scadă temperatura de combustie atât de scăzută prin reciclarea prea multă a apei și nici să reducă viteza de oxidare O2 în oxidant prin aceleași mijloace: iar riscul de formare a CO este eliminat a priori prin ciclul PAVE.

Scăderea producției de NOx și reducerea riscului de praf de apă la ieșirea coșului de fum (prin intermediul unei umidități mai scăzute în gazele de ardere) au consecințe fericite: un risc mai mic de smog (ceea ce este în cazul arderii de gaze naturale rezultatul amestecului de apă + NOx), în același timp cu performanțele termice ale ciclului care sunt maxime ...



Proiectul chinezesc de pompe de vapori de apă de la CIEC

În ultimii 15 ani, compania ICCS a implementat sistemul PAVE în mai multe țări europene, în principal în Franța, dar și în Germania și Italia. Limitele NOx fiind mai puțin stricte în Europa, sistemul fiind instalat ca măsuri de economisire a energiei.

 

Comparație combustie anti-NOx umedă și uscată
Figura 3: Eficiența pe PCI a cazanului PAVE (WVP) și a cazanului regulat de condensare, în funcție de temperatura de retur

În cadrul companiei 2016, Beijing United Engineering and Technology a obținut un contract de la o universitate din Beijing pentru a-și reînnoi cazanul. Aceasta presupunea schimbarea cazanului cu cărbune și instalarea unui nou sistem de gaze. Sa decis stabilirea sistemului PAVE în China pentru prima dată.

Turnul de pulverizare de pe partea de coș de fum a unui cazan PAVE

Sistemul include două cazane de condensare cu gaz 5,6 MW pentru a încălzi campusul pe o suprafață de încălzire 160 000 m2. Sistemul a fost dimensionat pentru capacitatea 200000 m2 în așteptarea lucrărilor viitoare de expansiune. Rețeaua de distribuție a căldurii este proiectată pentru o temperatură de curgere și retur 70 ° C / 50 ° C. Toate unitățile terminale sunt controlate de supape cu trei căi, ceea ce face variația temperaturii de retur. Numai unul din cazanul 2 este echipat pentru moment în PAVE, al doilea cazan este echipat cu un arzător standard cu emisii scăzute de NOx. Acest lucru va permite teste comparative în timp.

Punerea în funcțiune a fost încheiat în martie 2017, emisiile de NOx fiind testate 23 mg / Nm3 (3,5 corectat% din O2), cu mult sub limita de 30 mg / Nm3. Eficiența generală a cazanului a fost de 107% - o temperatură de retur 45 ° C și CO au fost măsurate 0 mg / Nm3!

Un viitor luminos pentru cazanele cu pompe de aburi ...

Pave este o tehnologie de ardere pentru a atinge NOx ultra redus și randamente semnificativ mai mari (109% pe PCI) și costuri de întreținere reduse pentru cazanele de condensare convenționale. PAVE poate fi instalat pe un cazan existent fără pierderi semnificative de capacitate, în timp ce renovările tipice ale arzătorului cu emisii reduse de NOx îl pot reduce semnificativ. Confruntat cu o problemă serioasă de smog, Beijingul se află în fruntea luptei împotriva poluării aerului, iar aceste acțiuni ar trebui să fie respectate de factorii de decizie din întreaga lume ...

Am participat la elaborarea acestui articol:

Dr. Grigore Zdaniuk, director senior de inginerie, Engie China
Joël Moreau, director adjunct al ICCS
Lu Liu, inginer șef adjunct la Buget

Traducerea prin Christophe Martz, inginer și director editorial al Econologie.com

Text din această sursă în limba engleză


Citește mai mult:
- "Combustia umeda" explicata de catre R.Guillet pe forum
- Descărcați rezumatul: Combustia umedă și performanțele sale
- Analiza arderii umede, software DHC
- Brevet 1923 privind umidificarea aerului de combustie
- Sinteza lui Rémi Guillet

Facebook Comentarii

Comentariile 2 privind "Poluarea: arderea umedă la Beijing pentru a lupta împotriva SMOG, NOx și CO"

  1. Pentru informare, o instalație XECUM MW PAVE construită de CIEC este instalată la Universitatea din Leuven, Belgia.
    Acesta va fi pus în funcțiune în martie 2018.

  2. Există câteva soluții pentru SMOG, NOx, CO2 și CO bazate pe tehnologia Maisotsenko Cycle. M-Cycle este capabil să hidrateze aerul până la 30-50%. În plus, M-Cycle recuperează căldura la temperatură scăzută la 50 C cu eficiență 98% (raport de GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower captează CO2 din aer și electricitate și apă potabilă. Toate informațiile sunt deschise și disponibile prin intermediul căutării Google

Lasă un comentariu

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate *