Förorening: våtförbränning i Peking för att bekämpa SMOG, NOx och CO

Dela den här artikeln med dina vänner:

Pekings problem: att minska utsläppen av NOx (kväveoxider) från kedjor för folkhälsan. Stränga gränser för NOx-utsläpp från pannor infördes för att bekämpa smog i Peking. Dr Gregory Zdaniuk, Joel Moreau och Lu Liu tittar på användningen av våtförbränning, ämne framkallade länge på Econologie.com i synnerhet via verk av Rémi Guillet vem publicerar sina idéer och arbetar regelbundet.

Peking lider av förorening och söker lösningar

Kinas mycket snabba industriella tillväxt har lett till betydande luftföroreningar, vilket naturligtvis påverkar Hälsan hos kineserna, i de stora städerna speciellt och i många år! Orsakerna är vägtrafik, kolindustrin och uppvärmning av byggnader. Peking kommun vill förbättra luftkvaliteten och står i spetsen för kampen mot luftföroreningar. Det gör stora ansträngningar för att ta itu med detta, bland annat förbjuda nya kolinstallationer, begränsa trafiken och tillämpa ny teknik för att förbättra förbränningen och minska NOx i synnerhet. den våtförbränning är en av dessa framtida tekniker!

"Krig mot Smog": Peking Kommun har infört en rad forskningsåtgärder för att bekämpa luftföroreningar:

Ett förbud mot kol för nya installationer
Progressiv och obligatorisk renovering av befintliga kolanläggningar
Begränsningar av registrering av nya bilar och daglig trafik
Främjande av elektrisk rörlighet
Främjande av taxibilar som drivs av naturgas (metan) och transport av LPG (propan-butan)
Utveckling av bilhård och cykling
Stränggränser för NOx i nya och befintliga gaspannor

Sedan 1er April 2017 måste anläggningarna uppfylla NOx-gränser för nya och befintliga gaspannor, som är jämn högre (!!) standarder för Europeiska unionen. Kommunen har också infört incitament för att minska NOx-utsläppen från gaspannor. Därför har 1 500-pannor ändrats till 2016.

Reduktionen av NOx i pannor är möjlig i injicera vatten eller ånga i flammesonen ; Det här är det som använder och vill utveckla Peking, med hjälp av ett system som utvecklats i Europa under 15 förra året, särskilt på arbetet med Rémi Guillet. Efterbehandlingsmetoderna till exempel, selektiv katalytisk reduktion SCR eller selektiv icke-katalytisk reduktion - behandla NOx-utsläpp efter träning. Förbränningskontrolltekniker förhindrar bildandet av NOx.

Efterbehandlingsmetoder tenderar att vara dyrare och används vanligtvis inte på pannor under 10 MW.

Peking stränga NOx gränser för pannor

I enlighet med standarderna för luftföroreningsutsläpp för pannor (DB11 / 139-2015), nya anläggningar och kol till gas NOx gräns för 30mg / Nm3 , medan befintliga installationer har en gräns på 80mg / Nm3. I jämförelse här i Europa är den ekvivalenta NOx-gränsen som fastställs i det europeiska direktivet 100 mg NOx / Nm3... det är 3 gånger mer än i Kina!

Förutom strikta rättsliga gränser har Peking infört ett ekonomiskt incitamentsprogram för att minska NOx för befintliga gaspannor. Renoveringsprojekt belönas enligt den mängd NOx de sparar. 1 500-gaspannor har ändrats till 2016. I 2017 har Peking ändrat 7 GW ekvivalent av kumulativ värmekälla för gaspanna, eller omkring den termiska effekten av 2 kärnreaktorer!

Bildningen av NOx varierar nästan exponentiellt med flammens temperatur. Den huvudsakliga metoden att kontrollera NOx är att minska flamans temperatur. Detta kan göras på flera sätt:

Utmaningen för ingenjörer är att sänka flamstemperaturen samtidigt som flamstabiliteten och kedjens effektivitet upprätthålls. Säkerhet är också kritisk, särskilt när det gäller EGR, på grund av Risk för explosion av kolmonoxid (CO) potential som finns i avgaserna!

Det våta förbränningssystemet av vattenångpump (PAVE)

Injektionen av vatten eller ånga orsakar modifieringen av stökiometrin (det kvantitativa förhållandet mellan oxidant och oxiderade) - och därmed temperaturen i den adiabatiska flammen - av luftbränsleblandningen. Tillskottet av vatten "sprider också" de kalorier som genereras av förbränningen. Båda fenomenen medför en minskning av förbränningstemperaturen - färgen på den logiskt blåa gasflammen blir väsentligen orangegul. Om flammans temperatur är tillräckligt reducerad, kommer NOx nästan inte längre att bildas och köldens termiska prestanda bevaras.

Flamma av gas som brinner våt
Våt förbränning (metan)
Flam av torr förbränningsgas
Torrförbränning (metan)

Figur 1: Samma brännare som arbetar i vått förbränningsmodus (övre) och torrt förbränningsmodus (botten)

Vattendamppumpsystemet (WVP, eller Vattenångpump, PAVE) är en metod för våtförbränning av Ph.D Rémi Guillet utvecklad och patenterad i 1979, av CIEC-bolaget i Paris och som har varit en del av ENGIE-gruppen sedan 2004. Den består av a Föruppvärmning och fuktmättnad av förbränningsluften med återvinning av förnuftig värme och latenta förbränningsgaser. För att göra detta placeras två sprutor i luftflödet: en i friskluftsinloppet och den andra mellan kondensorn och skorstenen, som visas i figur 2. Alla komponenter är rostfritt stål och brännaren är tillverkad för att hantera förbränningsluft mättad med fukt. Geometrin hos vatteninjektionsbrännaren har inget att göra med en typisk låg NOx-brännare (en enda dubbelvägg)

Diagram av en anti-NOx våtförbränningskedja
Diagram av en anti-NOx våtförbränningskedja

Som daggpunkten för den inkommande förbränningsgasen i kondensorn är, naturligtvis, ökad (~ 58 ° C i fallet med regelbunden förbränning ~ 68 ° C i fallet med en våt förbränning) mycket mer latent värme återvinns i kondensorn. Detta jämfört med en vanlig kondenseringskedja som arbetar vid samma start- och returvattentemperaturer. Dessutom kyler den extra värmeåtervinningen som uppstår i avgasstoftornet rökgaserna vid mycket lägre temperaturer än en vanlig panna. Som ett resultat, systemet PAVE är mycket effektivare än en vanlig kondenseringskedja.

FIG 3 jämför effektiviteten av PAVE förbränningssystem och regelbunden kondense Panna enligt temperaturen på kondensatretur. Det visar att början av kondensationen skiftas till en högre temperatur avkastning, vilket gör PAVE systemet en idealisk kandidat för retrofit applikationer där det inte är lätt att minska byggnadens returtemperatur (hög konventionell kylare temperatur)

PAVE-systemet kännetecknas av mycket låga lågtemperaturer, så att den kan uppnå en mycket låg NOx-produktion. Gränsen för 30mg / Nm3 är lätt att nå så länge som förbränningsluften förvärms till 60 ° C och ställs till en optimal temperatur. Å andra sidan, brännare "torr" låg NOx och ultralåg NOx inte kan uppnå jämförbara nivåer av NOx-emissioner genom att använda en hög andel av EGR och potentiellt bränna stora rum.

I ett konventionellt förbränningssystem (med atmosfärisk luft) kan minskning av flammetemperaturen under en viss temperatur leda till bildandet av CO men detta är inte fallet för en PAVE-panna som brinner Naturgas är därför ett bränsle som tidigare lätt kan nå sin fullständiga förbränning.

Dessutom är prestanda för PAVE-cykeln inte benägen att sänka förbränningstemperaturen så låg genom för mycket vattenåtervinning eller till och med för att minska nivån av O2 i oxidanten med samma medel: och risken för CO-bildning elimineras a priori av PAVE-cykeln.

Minskning av NOx-produktion och minskning av risken för vattenplommon vid skorstensutloppet (via en lägre luftfuktighet i rökgasen) har följande positiva konsekvenser: mindre risk för smog (vilket är vid förbränning av naturgas resultatet av den kombinerade plummen av vatten + NOx) samtidigt som de termiska prestationerna i cykeln är maximala ...



Kinas första vattenångpumpsprojekt av CIEC

Under de senaste 15-åren, företaget ICCS tillämpade PAVE-systemet i flera europeiska länder, främst i Frankrike, men också i Tyskland och Italien. Eftersom NOx-gränserna är mindre stränga i Europa installeras systemet som energibesparande åtgärd.

 

Jämförande anti-NOx vått och torrt förbränning
Figur 3: Effektivitet på PCI hos en PAVE-panna (WVP) och en vanlig kondenseringskedja beroende på returtemperaturen

I 2016 har Beijing United Gas Engineering och Technology fått ett kontrakt från ett universitet i Peking för att förnya sin panna. Det handlade om att byta kolpanna och installera ett nytt gas system. Beslutades att inrätta PAVE-systemet i Kina för första gången.

Spridningstorn på skorstenen på en PAVE-panna

Systemet innehåller två kondensatorkedjor med 5,6 MW vardera för att värma campusen på cirka 160 000 m2 värmeyta. Systemet har dimensionerats för 200000 m2 kapacitet i väntan på framtida expansionsarbete. Värmefördelningsnätet är konstruerat för en flödes- och returtemperatur på 70 ° C / 50 ° C. Alla terminaler styrs av trevägsventiler, vilket gör att temperaturen för returstemperaturen är låg. Endast en av 2-pannan är utrustad för tillfället i PAVE, den andra pannan är utrustad med en standardbrännare med låg NOx-utsläpp. Detta kommer att möjliggöra jämförande tester över tiden.

Driftsättning gjordes i mars 2017, varvid NOx-utsläpp testade 23 mg / Nm3 (korrigerad 3,5% av O2), väl under gränsen för 30 mg / Nm3. Den totala effektiviteten i pannan var 107% - en returtemperatur 45 ° C och CO mättes 0 mg / Nm3!

En ljus framtid för pannor med ångpumpar ...

PAVE är en förbränningsteknik som kan uppnå ultra-låga NOx-utsläpp och betydligt högre avkastning (109% på PCI) och lägre underhållskostnader än konventionella kondenseringskedjor. PAVE kan installeras på en befintlig panna utan betydande kapacitetsförlust, medan typiska renoveringar av låg-NOx-brännaren kan minska den betydligt. Inför ett allvarligt smogproblem ligger Peking i framkant av kampen mot luftföroreningar och dessa åtgärder bör följas av politiska beslutsfattare runt om i världen ...

Vi deltog i utvecklingen av denna artikel:

Dr Gregory Zdaniuk, Senior Civilingenjör, Engie China
Joël Moreau, biträdande generaldirektör för ICCS
Lu Liu, biträdande chefingenjör vid Buget

Översättning av Christophe Martz, ingenjör och redaktionschef på Econologie.com

Text från denna källa på engelska


Läs mer:
- Den "våta förbränningen" förklaras av R.Guillet på forumet
- Ladda ner sammanfattningen: Våt förbränning och dess prestanda
- Våt förbränningsanalys, DHC-programvara
- 1923 patent på befuktning av förbränningsluft
- Syntes av Rémi Guillet

Facebook kommentarer

2 kommenterar "Föroreningar: våtförbränning i Peking för att bekämpa SMOG, NOx och CO"

  1. Det finns några lösningar för SMOG, NOx, CO2 och CO baserat på Maisotsenko Cycle-tekniken. M-Cycle kan återfuktas upp till 30-50%. Dessutom återhämtar M-Cycle lågtemperaturvärme vid 50 C med 98% effektivitet (rapport från GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower fångar CO2 från luft och el och dricksvatten. All information är öppen och tillgänglig via Google-sökning

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte att publiceras. Obligatoriska fält är markerade *