Forurening: våd forbrænding i Beijing for at bekæmpe SMOG, NOx og CO

Del denne artikel med dine venner:

Beijing's problem: at reducere sine emissioner af NOx (nitrogenoxider) fra kedler til folkesundhed. Strenge grænser for NOx-emissioner fra kedler blev indført for at bekæmpe smog i Beijing. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau og Lu Liu ser på brugen af våd forbrænding, emne fremkaldt i lang tid på Econologie.com især via værker af Rémi Guillet hvem udgiver sine ideer og arbejder regelmæssigt.

Beijing lider af forurening og søger løsninger

Kinas meget hurtige industrielle vækst har ført til betydelige niveauer af luftforurening, hvilket naturligvis påvirker sundhed i den kinesiske, i de store byer specielt og i mange år! Årsagerne er vejtrafik, kulindustrien og opvarmning af bygninger. Peking Kommune ønsker at forbedre luftkvaliteten og er i spidsen for kampen mod luftforurening. Det gør en stor indsats for at imødegå dette, herunder forbud mod nye kulinstallationer, begrænsning af trafik og anvendelse af ny teknologi til forbedring af forbrændingen og især reduktion af NOx. den våd forbrænding er en af ​​disse teknikker i fremtiden!

"Krig mod smog": Beijing kommune har indført en række forskningsforanstaltninger til bekæmpelse af luftforurening:

Et forbud mod kul til nye anlæg
Progressiv og obligatorisk renovering af eksisterende kulfaciliteter
Restriktioner for registrering af nye biler og om daglig trafik
Fremme af elektrisk mobilitet
Fremme af taxaer, der drives af naturgas (metan) og transport af LPG (propan-butan)
Udvikling af biler og cykling
Strenge grænser for NOx i nye og eksisterende gaskedler

Siden 1er April 2017 skal faciliteterne opfylde NOx grænser for nye og eksisterende gas kedler, som er lige højere (!!) standarder for Den Europæiske Union. Kommunen har også indført incitamenter til at reducere NOx-emissioner fra gaskedler; Derfor er 1 500 kedler blevet ændret til 2016.

Reduktionen af ​​NOx i kedler er mulig i sprøjter vand eller damp ind i flammesonen ; Det er det, der bruger og ønsker at udvikle Beijing, ved hjælp af et system udviklet i Europa under 15 sidste år især på arbejdet i Rémi Guillet. Efterbehandlingsmetoderne for eksempel selektiv katalytisk reduktion SCR eller selektiv ikke-katalytisk reduktion - behandle NOx-emissioner efter træning. Forbrændingskontrolteknikker forhindrer dannelsen af ​​NOx.

Efterbehandlingsteknikker tendens til at være dyrere og anvendes generelt ikke på kedler under 10 MW.

Peking strenge NOx grænser for kedler

I overensstemmelse med luftforureningsstandarderne for kedler (DB11 / 139-2015), nye anlæg og kul til gas NOx grænse for 30mg / Nm3 , mens eksisterende installationer har en grænse på 80mg / Nm3. Til sammenligning her i Europa er den tilsvarende NOx-grænse, der er fastsat i det europæiske direktiv 100 mg NOx / Nm3... det er 3 gange mere end i Kina!

Ud over de strenge lovmæssige grænser har Beijing indført et økonomisk incitamentsprogram for at reducere NOx for eksisterende gaskedler. Renoveringsprojekter belønnes i henhold til mængden af ​​NOx, de sparer. 1 500 gaskedler er blevet ændret til 2016. I 2017 har Beijing ændret 7 GW-ækvivalenten af ​​kumulativ gaskedel termisk effekt, eller omkring den termiske effekt af 2 atomreaktorer!

Dannelsen af ​​NOx varierer næsten eksponentielt med flammens temperatur. Den vigtigste metode til styring af NOx er at reducere flammens temperatur. Dette kan gøres på flere måder:

Udfordringen for ingeniører er at sænke flammetemperaturen og samtidig opretholde flamme stabilitet og kedel effektivitet. Sikkerhed er også kritisk, især når det kommer til EGR på grund af eksplosionsfare for kulilte (CO) potentiale i udstødningen!

Det våde forbrændingssystem ved vanddamppumpe (PAVE)

Injektionen af ​​vand eller damp forårsager modifikation af støkiometrien (det kvantitative forhold mellem oxidant og oxideret) - og derfor temperaturen af ​​den adiabatiske flamme - af luftbrændstofblandingen. Tilsætningen af ​​vand "spredes også" de kalorier, der genereres ved forbrændingen. Begge fænomener medfører et fald i forbrændingstemperaturen - farven på den logisk blå gasflamme bliver væsentligt orange-gul. Hvis flammens temperatur er tilstrækkeligt reduceret, vil NOx næsten ikke længere dannes, og kedlens termiske ydeevne bevares.

Flamme af gas brændende våd
Våd forbrænding (metan)
Flamme af tør forbrændingsgas
Tør forbrænding (metan)

Figur 1: Samme brænder, der virker i vådforbrændingstilstand (øverst) og tør forbrændingstilstand (bund)

Vanddamppumpesystemet (WVP, eller Vanddamppumpe, PAVE) er en metode til våd brænding af Ph.D Rémi Guillet udviklet og patenteret i 1979, fra CIEC-firmaet i Paris, og som har været en del af ENGIE-koncernen siden 2004. Den består af a Forvarmning og fugtmætning af forbrændingsluften med genopretning af fornuftige varme og latente forbrændingsgasser. For at gøre dette placeres to sprøjter i luftstrømmen: en i friskluftsindløbet og den anden mellem kondensatoren og skorstenen, som vist i figur 2. Alle komponenter er rustfrit stål, og brænderen er lavet til at håndtere forbrændingsluft mættet med fugt. Vandinjektionsbrænderens geometri har ikke noget at gøre med en typisk lav NOx-brænder (en enkelt dobbeltvæg)

Diagram af en anti-NOx våde forbrændingskedel
Diagram af en anti-NOx våde forbrændingskedel

Som dugpunkt den indkommende forbrændingsgas i kondensatoren er naturligvis forøget (~ 58 ° C i tilfælde af regelmæssig forbrænding ~ 68 ° C i tilfælde af en våd forbrænding) meget mere latent varme genvindes i kondensatoren. Dette sammenlignet med en almindelig kondenserende kedel, der arbejder ved samme start- og returvandstemperaturer. Desuden afkøles den yderligere varmegenvinding, der forekommer i udstødningssprøjtetårnet, røggasserne ved meget lavere temperaturer end en almindelig kedel. Som et resultat, systemet PAVE er meget mere effektiv end en almindelig kondenserende kedel.

Figur 3 sammenligner effektiviteten af ​​PAVE forbrændingssystemet med en regelmæssig kondenseringskedel baseret på kondensens returtemperatur. Det viser, at kondensdannelsen skiftes til en højere returtemperatur, hvilket gør PAVE-systemet til en ideel kandidat til eftermontering, hvor det ikke er nemt at reducere bygningens returtemperatur (konventionel radiator ved høje temperaturer). temperatur)

PAVE systemet er kendetegnet ved meget lave flamme temperaturer, så det er i stand til at opnå meget lav NOx produktion. Grænsen for 30mg / Nm3 nås let, så længe forbrændingsluften forvarmes til 60 ° C og indstilles til en optimal temperatur. På den anden side lav NOx og meget lav NOx "tør" brændere kan kun opnå sammenlignelige niveauer af NOx-emissioner ved at bruge en høj andel EGR og potentielt store forbrændingskamre.

I et konventionelt forbrændingssystem (med atmosfærisk luft) kan nedsættelse af flammetemperaturen under en bestemt temperatur føre til dannelse af CO, men det er ikke tilfældet for en PAVE-kedel, der forbrænder Naturgas derfor et brændstof, der forinden nemt har adgang til sin komplette forbrænding.

Endvidere er udførelsen af ​​PAVE-cyklen hverken tilbøjelig til at nedbringe forbrændingstemperaturen så lavt ved for meget vandgenvinding eller endog at reducere niveauet af O2 i oxidanten med samme midler: og risikoen for CO-dannelse fjernes først og fremmest af PAVE-cyklusen.

Nedsættelse af NOx-produktion og reduktion af risikoen for vandforurening ved skorstensudløbet (via en lavere fugtighed i røggassen) har følgende positive konsekvenser: mindre risiko for smog (som er ved forbrænding af naturgas resultatet af kombinationsplummet af vand + NOx) samtidig med de termiske præstationer af cyklussen, der er maksimale ...



Kinas første vanddamppumpe projekt af CIEC

I løbet af de sidste 15 år har virksomheden ICCS implementerede PAVE-systemet i flere europæiske lande, hovedsagelig i Frankrig, men også i Tyskland og Italien. Da NOx grænserne er mindre strenge i Europa, installeres systemet som energibesparende foranstaltning.

 

Sammenligning af anti-NOx våd og tør forbrænding
Figur 3: Effektivitet på PCI af en PAVE-kedel (WVP) og en regelmæssig kondenserende kedel afhængigt af returtemperaturen

I 2016 har Beijing United Gas Engineering og Technology opnået en kontrakt fra et universitet i Beijing for at forny sin kedel. Det indebar at ændre kulkedlen og installere et nyt gas system. Det blev besluttet at oprette PAVE-systemet i Kina for første gang.

Sprøjtetårn på skorstenssiden af ​​en PAVE-kedel

Systemet omfatter to 5,6 MW kondenserende gaskedler hver for at opvarme campus på omkring 160 000 m2 varmeflade. Systemet har været dimensioneret til 200000 m2 kapacitet i forventning om fremtidigt ekspansionsarbejde. Varmedistributionsnettet er designet til en strømnings- og returtemperatur på 70 ° C / 50 ° C. Alle terminalaggregater styres af trevejsventiler, hvilket giver returtemperaturvariablen. Kun en af ​​2-kedlen er udstyret for øjeblikket i PAVE, den anden kedel er udstyret med en standardbrænder med lav NOx-emission. Dette vil muliggøre sammenlignende test over tid.

Idriftsættelse blev fra marts 2017, idet NOx testet 23 mg / Nm3 (korrigeret 3,5% af O2), et godt stykke under grænsen på 30 mg / Nm3. Den samlede effektivitet af kedlen var 107% - ved en returtemperatur på 45 ° C og CO-emissionerne blev målt til 0 mg / Nm3!

En lys fremtid for kedler med damppumper ...

PAVE er en forbrændingsteknologi, der er i stand til at opnå ultra-lave NOx-emissioner og betydeligt højere udbytter (109% på PCI) og lavere vedligeholdelsesomkostninger end konventionelle kondenserende kedler. PAVE kan installeres på en eksisterende kedel uden væsentligt tab af kapacitet, mens typiske renoveringer af lav NOx brænderen kan reducere det væsentligt. På grund af et alvorligt smog problem er Beijing i spidsen for kampen mod luftforurening, og disse handlinger skal overholdes af politiske beslutningstagere verden over ...

Vi deltog i udviklingen af ​​denne artikel:

Dr. Gregory Zdaniuk, Senior Engineer, Engie China
Joël Moreau, vicegeneraldirektør for ICCS
Lu Liu, viceminister ved Buget

Oversættelse af Christophe Martz, ingeniør og redaktør i Econologie.com

Tekst fra denne kilde på engelsk


Lær mere:
- Den "våde forbrænding" forklaret af R.Guillet på fora
- Download sammendraget: Våd forbrænding og dens ydelse
- Våd forbrændingsanalyse, DHC software
- 1923 patent på befugtning af forbrændingsluft
- Syntese af Rémi Guillet

kommentarer Facebook

2 kommenterer "Forurening: Våd forbrænding i Beijing for at bekæmpe SMOG, NOx og CO"

  1. Der er et par løsninger til SMOG, NOx, CO2 og CO baseret på Maisotsenko Cycle teknologi. M-Cycle er i stand til at fugte luft op til 30-50%. Desuden genvinder M-Cycle lavtemperaturvarme ved 50 C med 98% effektivitet (rapport fra GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower fanger CO2 fra luft og elektricitet og drikkevand. Alle oplysninger er åbne og tilgængelige via Google-søgning

Skriv en kommentar

Din e-mail-adresse vil ikke blive offentliggjort. Påkrævede felter er markeret med *