Problem Pekinu: redukcja emisji NOx (tlenków azotu) z kotłów dla zdrowia publicznego. Surowe ograniczenia emisji NOx z kotłów zostały wprowadzone w celu zwalczania smogu w Pekinie. Dr Gregory Zdaniuk, Joël Moreau i Lu Liu omawiają zastosowanie mokre spalanie, temat wywołany przez długi czas na Econologie.com w szczególności poprzez prace Rémi Guillet kto publikuje swoje pomysły i działa regularnie.
Pekin cierpi z powodu zanieczyszczeń i szuka rozwiązań
Bardzo szybki rozwój przemysłu w Chinach doprowadził do znacznego poziomu zanieczyszczenia powietrza, co oczywiście ma wpływ zdrowie Chińczyków w dużych miastach a dokładniej i przez wiele lat! Przyczyny to ruch drogowy, przemysł węglowy i ogrzewanie budynków. Gmina Pekin chce poprawić jakość powietrza i jest liderem w walce z zanieczyszczeniem powietrza. Dokłada wszelkich starań, aby temu zaradzić, w szczególności poprzez zakazanie nowych instalacji opalanych węglem, ograniczenie ruchu i zastosowanie nowych technologii w celu poprawy spalania, a zwłaszcza redukcji NOx. Plik mokre spalanie to jedna z tych technik przyszłości!
„Wojna ze smogiem”: gmina Pekin wprowadziła szereg środków badawczych w celu zwalczania zanieczyszczenia powietrza:
Zakaz węgla dla nowych instalacji
Stopniowa i obowiązkowa renowacja istniejących obiektów węglowych
Ograniczenia dotyczące rejestracji nowych samochodów i codziennego ruchu
Promowanie mobilności elektrycznej
Promocja taksówek zasilanych gazem ziemnym (metanem) i transportem LPG (propan-butan)
Rozwój carsharingu i kolarstwa
Rygorystyczne granice dla NOx w nowych i istniejących kotłach gazowych
Od 1er kwietnia 2017, urządzenia muszą spełniać limity NOx dla nowych i istniejących kotłów gazowych, które są nawet wyższy (!!) do standardów Unii Europejskiej, Gmina wprowadziła również zachęty do redukcji emisji NOx z kotłów gazowych; dlatego kotły 1 500 zostały zmienione na 2016.
Redukcja NOx w kotłach jest możliwa w wtryskiwanie wody lub pary w obszar płomienia ; z tego korzysta i chce rozwijać Pekin, korzystając z systemu opracowanego w Europie w ciągu ostatnich 15 lat, w szczególności w oparciu o prace Rémi Guillet, Metody po traktowaniu, na przykład selektywna redukcja katalityczna SCR lub selektywna redukcja niekatalityczna - dotyczy wtórnych emisji NOx. Techniki kontroli spalania zapobiegają tworzeniu się NOx.
Metody obróbki końcowej są zwykle droższe i generalnie nie są stosowane w kotłach o mocy poniżej 10 MW.
Surowe limity NOx dla kotłów w Pekinie
Zgodnie z normą emisji zanieczyszczeń powietrza dla kotłów (DB11 / 139-2015), nowe urządzenia i węgiel na gaz Limit NOx dla 30mg / Nm3 , podczas gdy istniejące instalacje mają limit 80mg / Nm3. Dla porównania w Europie obowiązuje równoważny limit NOx określony w dyrektywie europejskiej 100 mg NOx / Nm3… To 3 razy więcej niż w Chinach!
Oprócz ścisłych ograniczeń prawnych, Pekin wdrożył program zachęt ekonomicznych w celu redukcji NOx w istniejących kotłach gazowych. Projekty renowacji są nagradzane na podstawie ilości zaoszczędzonych NOx. W 1 r. Zmodyfikowano 500 kotłów gazowych. W 2016 r. Pekin zmodyfikował odpowiednik 2017 GW skumulowanej mocy cieplnej kotła gazowego, czyli ok. moc cieplna reaktorów jądrowych 2!
Tworzenie NOx zmienia się prawie wykładniczo wraz z temperaturą płomienia. Główną metodą kontrolowania NOx jest obniżenie temperatury płomienia. Można to zrobić na kilka sposobów:
- Poprawiony rozkład płomienia w celu zmniejszenia gorących punktów
- Zmień stosunek powietrze / paliwo lub paliwo i zmniejsz nadmiar powietrza
- Dodawanie recyrkulacja spalin (EGR): kocioł olejowy z niebieskim płomieniem
- Spalanie warstwowe (HCCi)
- Podczas spalania wtryskiwać wodę lub parę
Wyzwaniem dla inżynierów jest więc obniżenie temperatury płomienia, przy jednoczesnym zachowaniu stabilności płomienia i sprawności kotła. Bezpieczeństwo jest również krytyczne, zwłaszcza jeśli chodzi o EGR, ze względu na ryzyko wybuchu tlenku węgla (CO) potencjał obecny w spalinach!
Mokry system spalania wg pompa pary wodnej (PAVE)
Wtryskiwanie wody lub pary powoduje zmianę stechiometrii (ilościowej zależności między utleniaczem i utleniaczem) - a tym samym temperatury adiabatycznego płomienia - mieszanki paliwowo-powietrznej. Dodanie wody również „rozprasza” kalorie wytwarzane podczas spalania. Oba zjawiska powodują spadek temperatury spalania - barwa płomienia gazowego logicznie niebieska staje się zauważalnie żółto-pomarańczowa. Jeśli temperatura płomienia zostanie wystarczająco obniżona, NOx prawie nie będzie powstawał, a sprawność cieplna kotła zostanie zachowana.
Rysunek 1: ten sam palnik pracuje w trybie spalania na mokro (na górze) i na suchym (na dole)
System pompy pary wodnej (WVP lub Wodna pompa parowa, PAVE) jest metodą mokre spalenie Ph.D Rémi Guillet opracowany i opatentowany w 1979, firmy CIEC z siedzibą w Paryżu, która jest częścią grupy ENGIE od 2004. Składa się z a podgrzewanie i nasycanie wilgocią powietrza do spalania z odzyskiem ciepła jawnego i utajonego spalin. W tym celu w strumieniu powietrza umieszcza się dwa rozpylacze: jeden na wlocie świeżego powietrza, a drugi między skraplaczem a kominem, jak pokazano na rysunku 2. Wszystkie elementy są wykonane ze stali nierdzewnej i Palnik przeznaczony jest do tłoczenia powietrza spalania nasyconego wilgocią. Geometria palnika z wtryskiem wody nie ma nic wspólnego z typowym palnikiem o niskiej emisji NOx (pojedyncza podwójna ściana)
Ponieważ punkt rosy gazów spalinowych wchodzących do skraplacza jest oczywiście podwyższony (z ~ 58 ° C w przypadku zwykłego spalania do ~ 68 ° C w przypadku spalania mokrego), znacznie więcej utajonego ciepła odzyskuje się w skraplaczu. Można to porównać ze zwykłym kotłem kondensacyjnym pracującym przy tych samych temperaturach wody na zasilaniu i powrocie. Dodatkowo dodatkowy odzysk ciepła, który występuje w wywiewnej wieży natryskowej, schładza spaliny do znacznie niższych temperatur w porównaniu do zwykłego kotła. W rezultacie system PAVE jest znacznie wydajniejszy niż zwykły kocioł kondensacyjny.
Rysunek 3 porównuje sprawność systemu spalania PAVE i zwykłego kotła kondensacyjnego w funkcji temperatury powrotu skraplania. Pokazuje, że początek kondensacji jest przesunięty na wyższą temperaturę powrotu, co sprawia, że system PAVE jest idealnym kandydatem do zastosowań modernizacyjnych, w których nie jest łatwo obniżyć temperaturę powrotu budynku (konwencjonalne grzejniki przy wysokich temperatura)
System PAVE charakteryzuje się bardzo niskimi temperaturami płomienia, dzięki czemu jest w stanie osiągnąć bardzo niską produkcję NOx. Granicę 30 mg / Nm3 można łatwo osiągnąć, o ile powietrze do spalania jest wstępnie podgrzane do 60 ° C i dostosowane do optymalnej temperatury. Z drugiej strony, „Suche” palniki o niskiej emisji NOx i bardzo niskich NOx mogą osiągnąć porównywalne poziomy emisji NOx jedynie dzięki zastosowaniu dużej części EGR i potencjalnie przewymiarowanych komór spalania.
W konwencjonalnym systemie spalania (z powietrzem atmosferycznym) obniżenie temperatury płomienia poniżej określonej temperatury może prowadzić do tworzenia się CO, ale nie dotyczy to kotła PAVE, który pali się gaz ziemny jest zatem paliwem, które a priori ma łatwy dostęp do całkowitego spalania.
Ponadto wydajność cyklu PAVE nie powoduje tak niskiego spadku temperatury spalania z powodu zbyt dużej ilości zawracanej wody, ani nawet do zmniejszenia szybkości O2 w utleniaczu w ten sam sposób: a ryzyko tworzenia się CO jest a priori eliminowane przez cykl PAVE.
Zmniejszenie produkcji NOx i zmniejszenie ryzyka wydostawania się smogu wody z komina (poprzez mniejszą wilgotność spalin) ma szczęśliwe konsekwencje: mniejsze ryzyko smogu (tak jest w przypadku spalania gazu ziemnego) wynik połączenia smugi wody + NOx) w tym samym czasie, co osiągi cieplne cyklu, które są maksymalne ...
Pierwszy projekt pompy wodnej w Chinach wykonany przez CIEC
W ciągu ostatnich 15 lat firma ICCS wdrożyło system PAVE w kilku krajach europejskich, głównie we Francji, ale także w Niemczech i we Włoszech. Ponieważ limity emisji NOx są w Europie mniej restrykcyjne, system jest instalowany jako środek oszczędzający energię.
W 2016 roku Beijing United Gas Engineering and Technology otrzymała od pekińskiego uniwersytetu kontrakt na odnowienie kotłowni. Polegał on na zmianie kotłowni węglowej i zainstalowaniu nowej instalacji gazowej. Podjęto decyzję o uruchomieniu systemu PAVE w Chinach po raz pierwszy.
W skład systemu wchodzą dwa kondensacyjne kotły gazowe o mocy 5,6 MW każdy do ogrzewania kampusu na około 160 000 m2 powierzchni grzewczej. System został zwymiarowany na 200000 2 m70 w oczekiwaniu na przyszłą rozbudowę. Sieć dystrybucji ciepła jest zaprojektowana dla temperatury zasilania i powrotu 50 ° C / 2 ° C. Wszystkie jednostki końcowe są sterowane zaworami trójdrogowymi, dzięki czemu temperatura powrotu jest zmienna. Tylko jeden z XNUMX kotłów jest obecnie wyposażony w PAVE, drugi kocioł jest wyposażony w standardowy palnik o niskiej emisji NOx. Umożliwi to przeprowadzenie testów porównawczych w czasie.
Uruchomienie przeprowadzono w marcu 2017 r., A emisje NOx zbadano na poziomie 23 mg / Nm3 (skorygowanym do 3,5% O2), znacznie poniżej limitu 30 mg / Nm3. Ogólna sprawność kotła wyniosła 107% - przy temperaturze powrotu 45 ° C, a emisja CO została zmierzona na poziomie 0 mg / Nm3!
Świetlana przyszłość kotłów z pompą parową ...
PAVE to technologia spalania umożliwiająca osiągnięcie bardzo niskiej emisji NOx i znacznie wysokich sprawności (109% na PCI) oraz niższych kosztów konserwacji niż w przypadku konwencjonalnych kotłów kondensacyjnych. PAVE można zainstalować na istniejącym kotle bez znaczącej utraty mocy, podczas gdy typowa modernizacja palnika o niskiej emisji NOx może ją znacznie zmniejszyć. W obliczu poważnego problemu ze smogiem Pekin stoi na czele walki z zanieczyszczeniem powietrza i działania te powinny być obserwowane przez decydentów na całym świecie ...
Braliśmy udział w opracowaniu tego artykułu:
Dr Gregory Zdaniuk, Senior Director of Engineering, Engie China
Joël Moreau, zastępca dyrektora generalnego ICCS
Lu Liu, zastępca głównego inżyniera w Buget
Tłumaczenie przez Christophe Martz, inżynier i redaktor naczelny Econologie.com
Tekst z tego źródła w języku angielskim
Dla informacji, PAVE o mocy 10 MW zbudowany przez CIEC jest instalowany na Uniwersytecie w Louvain w Belgii.
Zostanie oddany do użytku w marcu 2018.
Istnieje kilka rozwiązań dla SMOG, NOx, CO2 i CO opartych na technologii Maisotsenko Cycle. M-Cycle jest w stanie nawilżyć powietrze do 30-50%. Ponadto cykl M-Cycle odzyskuje ciepło o niskiej temperaturze w 50 C z efektywnością 98% (raport GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower przechwytuje CO2 z powietrza, elektryczności i wody pitnej. Wszystkie informacje są otwarte i dostępne za pośrednictwem wyszukiwarki Google