Problema Beijingului: reducerea emisiilor sale de NOx (oxizi de azot) de la cazane pentru sănătatea publică. Au fost introduse limite stricte privind emisiile de NOx de la cazane pentru a combate smogul la Beijing. Dr. Gregory Zdaniuk, Joël Moreau și Lu Liu discută despre utilizarea 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 dus la niveluri semnificative de poluare a aerului, ceea ce are, evident, un impact asupra sănătatea chinezilor, în marile orașe mai ales și de mulți ani! Cauzele sunt traficul rutier, industriile cărbunelui și încălzirea clădirilor. Municipalitatea din Beijing dorește să îmbunătățească calitatea aerului și se află în fruntea luptei împotriva poluării aerului. Face eforturi mari pentru a remedia acest lucru, în special prin interzicerea noilor instalații pe cărbune, prin limitarea traficului și prin aplicarea de noi tehnologii pentru a îmbunătăți arderea și a reduce în special NOx. combustie umedă este una dintre acele tehnici ale viitorului!
„Războiul împotriva smogului”: 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 înmatricularea mașinii noi și traficul zilnic
Promovarea mobilității electrice
Promovarea taxiurilor alimentate cu gaz natural (metan) și transportul cu GPL (propan-butan)
Dezvoltarea autoturismului 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 mai ridicat (!!) la standardele 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 injectând apă sau abur în zona flăcării ; acesta este ceea ce Beijing folosește și vrea să dezvolte, folosind un sistem dezvoltat în Europa în ultimii 15 ani, în special în ceea ce privește activitatea Rémi Guillet. Metodele post-tratament, de exemplu, reducerea catalitică selectivă SCR sau reducere selectivă necatalitică - abordează emisiile de NOx post-formare. Tehnicile de control al combustiei previn formarea de NOx.
Metodele de post-tratament tind să fie mai scumpe și, în general, nu sunt utilizate la cazanele cu o putere mai mică de 10 MW.
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... Asta este de 3 ori mai mult decât în China!
Pe lângă limitele legale stricte, Beijingul a implementat un program de stimulare economică pentru reducerea NOx pentru cazanele pe gaz existente. Proiectele de renovare sunt recompensate pe baza cantității de NOx pe care o economisesc. 1 de cazane pe gaz au fost modificate în 500. În 2016, Beijingul a modificat echivalentul a 2017 GW de putere termică cumulată 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:
- Îmbunătățirea distribuției flăcării pentru reducerea punctelor fierbinți
- Schimbați raportul aer / combustibil sau combustibil și reduceți excesul de aer
- Adăugarea recircularea recirculare a gazelor arse (EGR): ulei de cazan cu flacără albastră
- Amestecarea prin strat (HCCi)
- Injectați apă sau abur în timpul arderii
Prin urmare, provocarea inginerilor este de a reduce temperatura flăcării, menținând în același timp stabilitatea flăcării și eficiența cazanului. Siguranța este, de asemenea, esențială, mai ales atunci când vine vorba de EGR, datorită risc de explozie de monoxid de carbon (CO) potențial prezent în gazele de eșapament!
Sistemul de ardere umedă prin pompă de vapori de apă (PAVE)
Injecția de apă sau abur determină modificarea stoichiometriei (relația cantitativă dintre oxidant și oxidant) - și, prin urmare, a temperaturii flăcării adiabatice - a amestecului aer-combustibil. Adăugarea de apă „dispersează” și caloriile generate de combustie. Ambele fenomene determină o scădere a temperaturii de ardere - culoarea flăcării gazului, logic albastră, devine vizibil galben-portocalie. Dacă temperatura flăcării este suficient de redusă, NOx cu greu se va forma și performanța termică a cazanului va fi menținută.
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 de pompare a vaporilor de apă (WVP sau Pompa de abur cu 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 saturația umidității aerului de ardere cu recuperarea căldurii sensibile și latente a gazelor de ardere. Pentru a face acest lucru, două pulverizatoare sunt plasate în fluxul de aer: unul în orificiul de admisie a aerului proaspăt și celălalt între condensator și coș, așa cum se arată în figura 2. Toate componentele sunt fabricate din oțel inoxidabil și arzătorul este conceput pentru a trata aerul de ardere saturat cu umiditate. Geometria arzătorului cu injecție de apă nu are nimic de-a face cu cea a unui arzător tipic cu NOx scăzut (un singur perete dublu)
Deoarece punctul de rouă al gazelor de ardere care intră în condensator este, desigur, crescut (de la ~ 58 ° C în cazul arderii obișnuite la ~ 68 ° C în cazul arderii umede), mult mai multă căldură latentă este recuperată în condensator. Aceasta este comparată cu un cazan de condensare obișnuit care funcționează la aceeași temperatură a debitului și a returului apei. În plus, recuperarea suplimentară a căldurii care are loc în turnul de pulverizare a gazelor de eșapament răcește gazele de ardere la temperaturi mult mai scăzute comparativ cu un cazan obișnuit. Ca urmare, sistemul PAVE este mult mai eficient decât un cazan obișnuit cu condensare.
Figura 3 compară eficiența sistemului de ardere PAVE și a unui cazan de condensare obișnuit, în funcție de temperatura de retur de condensare. Arată că debutul condensului este mutat la o temperatură de retur mai mare, făcând sistemul PAVE un candidat ideal pentru aplicații de modernizare, unde nu este ușor să reduceți temperatura de retur a clădirii (radiatoare convenționale la temperatura)
Sistemul PAVE este caracterizat de temperaturi de flacără foarte scăzute, deci este capabil să realizeze producții de NOx foarte scăzute. Limita de 30mg / Nm3 este ușor atinsă atât timp cât aerul de ardere este preîncălzit la 60 ° C și ajustat la o temperatură optimă. Pe de altă parte, Arzătoarele "uscate" cu NOx foarte scăzut și cu NOx foarte scăzut pot atinge niveluri comparabile de emisii de NOx folosind o proporție mare de EGR și, eventual, camere de ardere supradimensionate.
Într-un sistem convențional de ardere (cu aer atmosferic), reducerea temperaturii flăcării sub o anumită temperatură poate duce la formarea de CO, dar nu este cazul unui cazan PAVE care arde gazul natural, prin urmare, un combustibil care a priori accesează cu ușurință arderea sa completă.
În plus, performanțele ciclului PAVE nu sunt înclinate să scadă temperatura de ardere atât de scăzută prin prea multă reciclare a apei și nici măcar să reducă rata de O2 în oxidant prin aceleași mijloace: iar riscul formării de CO este a priori eliminat de ciclul PAVE.
Reducerea producției de NOx și reducerea riscului ca un panou de apă să părăsească coșul de fum (prin umiditate mai mică în vapori) au consecințele fericite: un risc mai mic de smog (care este în cazul arderii gazelor naturale rezultatul combinației de pană de apă + NOx) în același timp cu performanțele termice ale ciclului care sunt maxime ...
Primul proiect de pompă de vapori de apă în China de către 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 măsură de economisire a energiei.
În 2016, Beijing United Gas Engineering and Technology a primit un contract de la o universitate din Beijing pentru reînnoirea centralei sale de cazane. Aceasta a presupus schimbarea camerei de încălzire pe cărbune și instalarea unui nou sistem de gaz. S-a decis instalarea sistemului PAVE în China pentru prima dată.
Sistemul include două cazane pe gaz cu condensare de 5,6 MW fiecare pentru a încălzi campusul pe o suprafață de aproximativ 160 m000 de încălzire. Sistemul a fost dimensionat pentru o capacitate de 2 m200000, în așteptarea lucrărilor de extindere viitoare. Rețeaua de distribuție a căldurii este proiectată pentru o temperatură de tur și retur de 2 ° C / 70 ° C. Toate unitățile terminale sunt controlate de supape cu trei căi, ceea ce face ca temperatura de retur să fie variabilă. Doar unul dintre cele 50 cazane este echipat în prezent cu PAVE, al doilea cazan este echipat cu un arzător standard cu NOx redus. Acest lucru va permite efectuarea testelor comparative în timp.
Punerea în funcțiune a fost făcută în martie 2017, cu emisii de NOx testate la 23 mg / Nm3 (corectate la 3,5% O2), cu mult sub limita de 30 mg / Nm3. Eficiența generală a cazanului a fost de 107% - la o temperatură de retur de 45 ° C și emisiile de CO au fost măsurate la 0 mg / Nm3!
Un viitor luminos pentru cazanele cu pompă de abur ...
PAVE este o tehnologie de ardere capabilă să obțină emisii de NOx ultra-reduse și eficiențe considerabil ridicate (109% pe PCI) și costuri de întreținere mai mici decât cazanele cu condensare convenționale. PAVE poate fi instalat pe un cazan existent fără pierderi semnificative de capacitate, în timp ce adaptările tipice ale arzătorului cu NOx scăzut îl pot reduce semnificativ. Confruntat cu o problemă serioasă a smogului, Beijingul se află în fruntea luptei împotriva poluării aerului și aceste acțiuni ar trebui respectate de factorii de decizie din întreaga lume ...
Am participat la dezvoltarea acestui articol:
Dr. Gregory Zdaniuk, director senior 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 engleză
Pentru informații, un PAVE de 10 MW construit de CIEC este instalat la Universitatea Louvain din Belgia.
Acesta va fi pus în funcțiune în martie 2018.
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