Forurensning: våt forbrenning i Beijing for å kjempe mot SMOG, NOx og CO

Del denne artikkelen med vennene dine:

Beijings problem: å redusere utslippene av NOx (nitrogenoksider) fra kjeler for folkehelsen. Strenge grenser for NOx-utslipp fra kjeler ble introdusert for å bekjempe smog i Beijing. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau og Lu Liu ser på bruken av fuktig forbrenning, emnet fremkallet lenge på Econologie.com spesielt via verkene av Rémi Guillet hvem publiserer sine ideer og jobber jevnlig.

Beijing lider av forurensning og søker løsninger

Kinas meget raske industrielle vekst har ført til betydelige nivåer av luftforurensning, som selvsagt påvirker Helsen til kineserne, i de store byene spesielt og i mange år! Årsakene er veitrafikk, kullindustrien og oppvarming av bygninger. Beijing kommune ønsker å forbedre luftkvaliteten og er i forkant med kampen mot luftforurensning. Det gjør en stor innsats for å takle dette, blant annet å forby nye kullinstallasjoner, begrense trafikk og bruke ny teknologi for å forbedre forbrenningen og redusere NOx spesielt. den fuktig forbrenning er en av disse teknikkene i fremtiden!

"Krig mot smog": Beijing kommune har innført en rekke forskningsforanstaltninger for å bekjempe luftforurensning:

Et forbud mot kull for nye installasjoner
Progressiv og obligatorisk renovering av eksisterende kullanlegg
Begrensninger på registrering av nye biler og på daglig trafikk
Fremme av elektrisk mobilitet
Fremme av drosjer drevet av naturgass (metan) og transport av LPG (propan-butan)
Utvikling av kjøretøy og sykling
Strenge grenser for NOx i nye og eksisterende gasskjeler

Siden 1er April 2017 må anleggene oppfylle NOx-grenser for nye og eksisterende gasskjeler, som er jevne høyere (!) standarder for EU. Kommunen har også satt opp tilskudd for å redusere NOx-utslipp fra gasskjeler; Derfor har 1 500-kjeler blitt endret til 2016.

Reduksjonen av NOx i kjeler er mulig i sprøyter vann eller damp inn i flammesonen ; dette er det som bruker og ønsker å utvikle Beijing, ved hjelp av et system utviklet i Europa under 15 i fjor, spesielt på arbeidet til Rémi Guillet. Etterbehandlingsmetodene for eksempel, selektiv katalytisk reduksjon SCR eller selektiv ikke-katalytisk reduksjon - behandle NOx-utslipp etter trening. Forbrenningskontrollteknikker forhindrer dannelsen av NOx.

Etterbehandlingstiltak pleier å være dyrere og brukes vanligvis ikke på kjeler under 10 MW.

Beijing strenge NOx grenser for kjeler

I samsvar med luftforurensningsstandarden for kjeler (DB11 / 139-2015), nye anlegg og kull til gass NOx grense for 30mg / Nm3 , mens eksisterende installasjoner har en grense på 80mg / Nm3. Til sammenligning her i Europa er den ekvivalente NOx grensen fastsatt av det europeiske direktivet 100 mg NOx / Nm3... det er 3 ganger mer enn i Kina!

I tillegg til strenge juridiske grenser har Beijing satt et økonomisk incentivprogram for å redusere NOx for eksisterende gasskjeler. Renoveringsprosjekter belønnes i henhold til mengden NOx de sparer. 1 500 gasskjeler har blitt modifisert til 2016. I 2017 har Beijing endret 7 GW ekvivalent av kumulativ gasskjele termisk kraft, eller om den termiske kraften til 2-kjernereaktorer!

Dannelsen av NOx varierer nesten eksponentielt med flammens temperatur. Hovedmetoden for å kontrollere NOx er å redusere flammens temperatur. Dette kan gjøres på flere måter:

Utfordringen for ingeniører er å senke flammetemperaturen samtidig som flamme stabilitet og kjeleeffektivitet opprettholdes. Sikkerhet er også viktig, spesielt når det gjelder EGR, på grunn av eksplosjonsfare for karbonmonoksid (CO) potensielt tilstede i eksos!

Det våte forbrenningssystemet av vanndamppumpe (PAVE)

Injeksjonen av vann eller damp forårsaker modifikasjon av støkiometrien (det kvantitative forholdet mellom oksidant og oksidert) - og dermed temperaturen i den adiabatiske flammen - av luftbrennstoffblandingen. Tilsetningen av vann sprer også de kalorier som genereres av forbrenningen. Begge fenomenene fører til en nedgang i forbrenningstemperaturen - fargen på logisk blå gassflammen blir vesentlig oransje-gul. Hvis flammens temperatur er tilstrekkelig redusert, vil NOx nesten ikke lenger dannes og den termiske ytelsen til kjelen blir bevart.

Brennende gassflamme
Våt forbrenning (metan)
Flamme av tørr forbrenningsgass
Tørrforbrenning (metan)

Figur 1: Samme brenner som opererer i våt forbrenningsmodus (topp) og tørr forbrenningsmodus (bunn)

Vannpumpesystemet (WVP, eller Vanndamppumpe, PAVE) er en metode for våt brenning av Ph.D Rémi Guillet utviklet og patentert i 1979, av CIEC-firmaet i Paris, og som er en del av ENGIE-gruppen siden 2004. Den består av a Forvarming og fuktighetsmetning av forbrenningsluften med gjenvinning av fornuftig varme og latente forbrenningsgasser. For å gjøre dette plasseres to sprøyter i luftstrømmen: en i friskluftsinnløpet og den andre mellom kondensatoren og skorsteinen, som vist i figur 2. Alle komponenter er rustfritt stål og brenneren er laget for å håndtere forbrenningsluft mettet med fuktighet. Geometrien til vanninjeksjonsbrenneren har ingenting å gjøre med en typisk lav NOx-brenner (en enkelt dobbel vegg)

Diagram over en anti-NOx våt forbrenningskoker
Diagram over en anti-NOx våt forbrenningskoker

Når duggpunktet av den innkommende forbrenningsgassen i kondensatoren er selvsagt økes (~ 58 ° C i tilfellet med jevn forbrenning ~ 68 ° C i tilfelle av en våt forbrenning) mye mer latent varme gjenvinnes i kondensatoren. Dette sammenlignet med en vanlig kondenserende kjele som opererer ved samme start- og returvanntemperatur. I tillegg kjøler den ekstra varmeutvinningen som oppstår i eksosspray tårnet av røykgassene ved mye lavere temperaturer enn en vanlig kjele. Som et resultat, systemet PAVE er mye mer effektiv enn en vanlig kondenserende kjele.

Figur 3 sammenligner effektiviteten til PAVE-forbrenningssystemet og en vanlig kondenserende kjele som en funksjon av kondenseringens returtemperatur. Den viser at begynnelsen av kondensasjonen forskyves til en høyere avkastning temperatur, noe som gjør det PAVE-systemet en ideell kandidat for ettermontering anvendelser hvor det ikke er lett å redusere bygningens returtemperaturen (høy konvensjonell radiator temperaturen)

PAVE-systemet er preget av svært lave flamme temperaturer, slik at den kan oppnå meget lav NOx-produksjon. Grensen til 30mg / Nm3 nås lett så lenge forbrenningsluften forvarmes til 60 ° C og stilles til en optimal temperatur. På den annen side, brennere "tørr" lav-NOx og ultra lav NOx kan ikke oppnå sammenlignbare nivåer av NOx-utslipp ved hjelp av en høy andel av EGR og potensielt brenner store rom.

I et konvensjonelt forbrenningssystem (med atmosfærisk luft) kan reduksjon av flammetemperaturen under en bestemt temperatur føre til dannelse av CO, men dette er ikke tilfelle for en PAVE-kjele som brenner Naturgass er derfor et drivstoff som for tiden lett får tilgang til fullstendig forbrenning.

Dessuten er ytelsen til PAVE-syklusen ikke tilbøyelig til å redusere forbrenningstemperaturen så lavt ved for mye vannåtervinning eller til og med å redusere nivået av O2 i oksidanten på samme måte: og risikoen for CO-dannelse er tidligere eliminert av PAVE-syklusen.

Nedsatt NOx-produksjon og reduksjon av risikoen for vanndamp ved skorstensuttaket (via lavere fuktighet i røggassen) har følgende positive konsekvenser: mindre risiko for smog (som er ved forbrenning av naturgass Resultatet av kombinasjonsvannet av vann + NOx) samtidig som de termiske ytelsene til syklusen som er maksimale ...



Kinas første vanndamppumpeprosjekt av CIEC

I løpet av de siste 15 årene har selskapet ICCS distribuerte PAVE-systemet i flere europeiske land, hovedsakelig i Frankrike, men også i Tyskland og Italia. Siden NOx-grensene er mindre strenge i Europa, er systemet installert som energibesparende tiltak.

 

Komparativ anti-NOx fuktig og tørr forbrenning
Figur 3: Effektivitet på PCI av en PAVE-kjele (WVP) og en vanlig kondenserende kjele avhengig av returtemperaturen

I 2016 har Beijing United Gas Engineering and Technology fått en kontrakt fra et universitet i Beijing for å fornye kjelen. Det innebar å bytte kullkjele og installere et nytt gassystem. Det ble besluttet å sette opp PAVE-systemet i Kina for første gang.

Sprøytetårn på skorsteinens side av en PAVE-kjele

Systemet omfatter to 5,6 MW kondenserende gasskjeler hver for å varme opp campus på ca. 160 000 m2 varmeoverflate. Systemet har blitt dimensjonert for 200000 m2 kapasitet i påvente av fremtidig ekspansjonsarbeid. Varmedistribusjonsnettverket er konstruert for en strømnings- og returtemperatur på 70 ° C / 50 ° C. Alle terminaler styres av treveisventiler, noe som gjør returvariabelen variabel. Bare en av 2-kjelen er utstyrt for øyeblikket i PAVE, den andre kjelen er utstyrt med en standardbrenner med lav NOx-utslipp. Dette vil tillate komparative tester over tid.

Den igangkjøring ble gjort mars 2017, NOx-utslipp som testes 23 mg / Nm3 (korrigert 3,5% av O2), godt under grensen på 30 mg / Nm3. Den totale virkningsgrad av kjelen var 107% - en returtemperatur 45 ° C, og CO ble målt 0 mg / Nm3!

En lys fremtid for kjeler med damppumper ...

PAVE er en forbrenningsteknologi som er i stand til å oppnå ultra-lave NOx-utslipp og betydelig høyere utbytter (109% på PCI) og lavere vedlikeholdskostnader enn konvensjonelle kondenserende kjeler. PAVE kan installeres på en eksisterende kjele uten betydelig tap av kapasitet, mens typiske renoveringer av lav NOx brenneren kan redusere det betydelig. I møte med et alvorlig smogproblem er Beijing i forkant av kampen mot luftforurensning, og disse handlingene bør observeres av politiske beslutningstakere rundt om i verden ...

Vi deltok i utviklingen av denne artikkelen:

Dr. Gregory Zdaniuk, senior teknisk direktør, Engie China
Joël Moreau, vicegeneraldirektør i ICCS
Lu Liu, nestleder sjefingeniør ved Buget

Oversettelse av Christophe Martz, ingeniør og redaktør i Econologie.com

Tekst fra denne kilden på engelsk


Lær mer:
- Den "våte forbrenningen" forklart av R.Guillet på forumene
- Last ned sammendraget: Våt forbrenning og dens ytelse
- Våt forbrenningsanalyse, DHC-programvare
- 1923 patent på fukting av forbrenningsluft
- Syntese av Rémi Guillet

Facebook kommentarer

2 kommenterer "Forurensning: Våt forbrenning i Beijing for å bekjempe SMOG, NOx og CO"

  1. For informasjon blir en XECUM MW PAVE bygget av CIEC installert ved Universitetet i Leuven i Belgia.
    Den blir satt i bruk i mars 2018.

  2. Det er noen løsninger for SMOG, NOx, CO2 og CO basert på Maisotsenko Cycle-teknologi. M-syklus er i stand til å fukte luft opp til 30-50%. I tillegg gjenoppretter M-Cycle lavtemperaturvarme ved 50 C med 98% effektivitet (rapport fra GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower fanger CO2 fra luft og elektrisitet og drikkevann. All informasjon er åpen og tilgjengelig via Google-søk

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket *