Pekin'in sorunu: halk sağlığı için kazanlardan kaynaklanan NOx (nitrojen oksitler) emisyonlarını azaltmak. Pekin'de dumanla mücadele için kazanlardan kaynaklanan NOx emisyonlarına katı sınırlamalar getirildi. Dr. Gregory Zdaniuk, Joël Moreau ve Lu Liu, ıslak yanma, konu Econologie.com'da uzun süredir uyandırdı. Rémi Guillet fikirlerini yayınlayan ve düzenli olarak çalışan.
Pekin kirlilikten muzdarip ve çözüm arıyor
Çin'in çok hızlı endüstriyel büyümesi, önemli ölçüde hava kirliliğine yol açtı ve bu da açıkça Çin'in sağlığı, büyük şehirlerde daha özel olarak ve uzun yıllar boyunca! Sebepler yol trafiği, kömür endüstrileri ve binaların ısınmasıdır. Pekin Belediyesi hava kalitesini iyileştirmek istiyor ve hava kirliliği ile mücadelede ön saflarda yer alıyor. Özellikle kömürle çalışan yeni tesisleri yasaklayarak, trafiği sınırlandırarak ve yanmayı iyileştirmek ve özellikle NOx'i azaltmak için yeni teknolojiler uygulayarak bunu düzeltmek için büyük çaba sarf ediyor. ıslak yanma geleceğin tekniklerinden biridir!
"Sis Üzerine Savaş": Pekin Belediyesi, hava kirliliği ile mücadele için bir dizi araştırma önlemi başlattı:
Yeni tesisler için kömürün yasaklanması
Mevcut kömür tesislerinin aşamalı ve zorunlu yenilenmesi
Yeni araç kaydı ve günlük trafikle ilgili kısıtlamalar
Elektrikli hareketliliğin teşvik edilmesi
Doğalgaz (metan) ve LPG ile taşınan taksilerin teşvik edilmesi (propan-bütan)
Araba paylaşımı ve bisiklet sürmenin geliştirilmesi
Yeni ve mevcut gaz kazanlarında NOx için katı sınırlar
1er Nisan 2017'tan bu yana tesisler, yeni ve mevcut gaz kazanları için NOx sınırlarını karşılamalıdır; Avrupa Birliği standartlarına göre daha yüksek (!!). Belediye, gaz kazanlarından çıkan NOx emisyonlarını azaltmak için teşvikler de hazırlamıştır; Bu nedenle 1 500 kazanları 2016 olarak değiştirildi.
Kazanlarda NOx'un azaltılması mümkündür. alev alanına su veya buhar enjekte etmek ; Pekin'in son 15 yılda Avrupa'da geliştirilen bir sistemi, özellikle de Rémi Guillet. Tedavi sonrası yöntemler, örneğin seçici katalitik indirgeme SCR veya seçici katalitik olmayan indirgeme - oluşum sonrası NOx emisyonlarını ele alır. Yanma kontrol teknikleri NOx oluşumunu engeller.
Son arıtma yöntemleri daha pahalı olma eğilimindedir ve genellikle çıkışı 10 MW'ın altında olan kazanlarda kullanılmaz.
Pekin'in kazanlar için katı NOx sınırları
Şu anda bir uymalıdır kazanlar (DB11 / 139-2015), yeni tesisler ve kömür yakma gazı için hava kirleticilerin deşarj standart Sonraki 30mg / Nm3 NOx sınırı , mevcut kurulumlar 80mg / Nm3 sınırına sahiptir. Burada Avrupa'da karşılaştırıldığında, Avrupa Direktifi tarafından belirlenen eşdeğer NOx sınırı 100 mg NOx / Nm3… Bu, Çin'dekinden 3 kat fazla!
Sıkı yasal sınırlara ek olarak Pekin, mevcut gaz kazanları için NOx'i azaltmak için ekonomik bir teşvik programı uyguladı. Yenileme projeleri, tasarruf ettikleri NOx miktarına göre ödüllendirilir. 1 gaz kazanı 500'da modifiye edildi. 2016'de Pekin, 2017 GW kümülatif gaz kazanı termal gücünün eşdeğerini veya yaklaşık olarak 2 nükleer reaktörlerinin termal gücü!
NOx oluşumu alevin sıcaklığı ile hemen hemen katlanarak değişir. NOx kontrolünün ana yöntemi alev sıcaklığını düşürmektir. Bu, çeşitli şekillerde yapılabilir:
- Sıcak noktaları azaltmak için gelişmiş alev dağıtımı
- Hava / yakıt veya yakıt oranını değiştirin ve fazla havayı azaltın
- Ekleme baca gazı devridaimi (EGR): mavi alevli yağ kazanı
- Katmanlı Yanma (HCCi)
- Yanma sırasında su veya buhar enjekte edin
Bu nedenle mühendisler için zorluk, alevin kararlılığını ve kazanın verimliliğini korurken alevin sıcaklığını düşürmektir. Güvenlik, özellikle EGR söz konusu olduğunda, karbon monoksit (CO) patlaması riski egzoz gazlarında potansiyel mevcut!
Yaş yakma sistemi su buharı pompası (PAVE)
Su veya buhar enjeksiyonu, hava-yakıt karışımının stokiyometrisinin (oksidan ve oksidan arasındaki nicel ilişki) - ve dolayısıyla adyabatik alevin sıcaklığının - değişmesine neden olur. Su eklemek ayrıca yanma sonucu oluşan kalorileri de "dağıtır". Her iki olay da yanma sıcaklığında bir düşüşe neden olur - gaz alevinin rengi, mantıksal olarak mavi, belirgin şekilde sarı-turuncu olur. Alev sıcaklığı yeterince düşürülürse, NOx hemen hemen hiç oluşmaz ve kazanın ısıl performansı korunur.
Şekil 1: Islak yakma modunda (üst) ve kuru yanma modunda (altta) aynı brülör çalışır
Su buharı pompası sistemi (WVP veya Su Buhar Pompası, PAVE) bir yöntemdir Doktora Rémi Guillet'in ıslak yanması Paris'te bulunan ve 1979'ten bu yana ENGIE grubunun bir parçası olan CIEC şirketinin 2004'de geliştirilmiş ve patentlenmiştir. Bir yanma gazlarının hissedilir ve gizli ısısının geri kazanılmasıyla yanma havasının ön ısıtma ve nem doygunluğu. Bunu yapmak için, şekil 2'de gösterildiği gibi hava akışına iki püskürtücü yerleştirilir: biri temiz hava girişine ve diğeri kondansatör ile baca arasına. Tüm bileşenler paslanmaz çelikten yapılmıştır ve brülör, neme doymuş yanma havasını idare edecek şekilde tasarlanmıştır. Su enjeksiyon brülörünün geometrisinin tipik bir düşük NOx brülörünün geometrisiyle (tek bir çift cidar) ilgisi yoktur.
Kondensere giren yanma gazlarının çiğlenme noktası tabii ki arttığından (düzenli yanma durumunda ~ 58 ° C'den ıslak yanma durumunda ~ 68 ° C'ye), kondansatöre daha fazla latent ısı geri kazanıldı. Bu, aynı akış ve dönüş suyu sıcaklıklarında çalışan sıradan bir yoğuşmalı kazan ile karşılaştırılır. Ayrıca egzoz püskürtme kulesinde meydana gelen ek ısı geri kazanımı, baca gazlarını normal bir kazana göre çok daha düşük sıcaklıklara soğutur. Sonuç olarak, sistem PAVE sıradan bir yoğuşmalı kazandan çok daha verimlidir.
Şekil 3, yoğuşma dönüş sıcaklığının bir fonksiyonu olarak PAVE yanma sistemi ile normal yoğuşmalı kazanın verimliliğini karşılaştırmaktadır. Yoğuşma başlangıcının daha yüksek bir dönüş sıcaklığına kaydırıldığını gösterir, bu da PAVE sistemini bina dönüş sıcaklığını düşürmenin kolay olmadığı yenileme uygulamaları için ideal bir aday yapar (yüksek sıcaklıkta geleneksel radyatör) sıcaklık)
PAVE sistemi çok düşük alev sıcaklıkları ile karakterizedir, bu nedenle çok düşük NOx üretimleri elde edebilir. Yanma havası önceden 30 ° C'ye ısıtıldığı ve optimum bir sıcaklığa ayarlandığı sürece 3mg / Nm60 sınırına kolayca ulaşılır. Diğer yandan, "kuru" düşük NOx ve çok düşük NOx brülörleri, yalnızca yüksek oranda EGR ve potansiyel olarak büyük boyutlu yanma odaları kullanarak benzer seviyelerde NOx emisyonlarına ulaşabilir.
Geleneksel bir yanma sisteminde (atmosferik hava ile), alevin sıcaklığının belirli bir sıcaklığın altına düşürülmesi CO oluşumuna neden olabilir, ancak yanan bir PAVE kazanı için durum böyle değildir. bu nedenle doğal gaz, tam yanmasına önceden kolayca erişen bir yakıttır.
Ek olarak, PAVE döngüsünün performansları ne çok fazla su geri dönüşümü yoluyla yanma sıcaklığını bu kadar düşürmeye ne de oksitleyicideki O2 oranını şu şekilde düşürmeye meyillidir: ve CO oluşumu riski önceden PAVE döngüsü tarafından ortadan kaldırılır.
NOx üretiminde azalma ve bacadan çıkan su dumanının riskinde azalma (dumandaki daha az nem yoluyla) mutlu sonuçlara sahiptir: daha az duman riski (doğal gazın yanması durumunda bu durum geçerlidir) su tüyü + NOx) ile aynı zamanda maksimum olan ısıl performansların birleşiminin sonucu ...
CIEC tarafından Çin'de ilk su buharı pompası projesi
Son 15 yıl boyunca, şirket ICCS, PAVE sistemini kurdu Başta Fransa olmak üzere birçok Avrupa ülkesinde, ayrıca Almanya ve İtalya'da. NOx sınırları Avrupa'da daha az sıkı olduğu için, sistem şu şekilde kurulmuştur: enerji tasarrufu önlemi.
2016 yılında, Beijing United Gas Engineering and Technology, kazan dairesini yenilemek için Pekin üniversitesinden bir sözleşme aldı. Kömürle çalışan kazan dairesinin değiştirilmesini ve yeni bir gaz sisteminin kurulmasını içeriyordu. Çin'de PAVE sisteminin ilk kez kurulmasına karar verildi.
Sistem, kampüsü yaklaşık 5,6 m160'lik ısıtma alanını ısıtmak için her biri 000 MW'lık iki yoğuşmalı gaz kazanı içerir. Sistem, gelecekteki genişleme çalışmaları beklentisiyle 2 m200000 kapasite için boyutlandırıldı. Isı dağıtım ağı, 2 ° C / 70 ° C gidiş ve dönüş sıcaklığı için tasarlanmıştır. Tüm terminal üniteleri, dönüş sıcaklığını değişken kılan üç yollu vanalarla kontrol edilir. Şu anda 50 kazandan sadece biri PAVE ile donatılmıştır, ikinci kazan ise standart bir düşük NOx brülörü ile donatılmıştır. Bu, zaman içinde karşılaştırmalı testlerin yapılmasına izin verecektir.
Mart 2017'de, NOx emisyonları 23 mg / Nm3'te test edildi (% 3,5 O2'ye düzeltildi) ve 30 mg / Nm3 sınırının çok altında. Toplam kazan verimliliği% 107 idi - 45 ° C dönüş sıcaklığında ve CO emisyonları 0 mg / Nm3'te ölçüldü!
Buhar pompalı kazanlar için parlak bir gelecek ...
PAVE, ultra düşük NOx emisyonları ve önemli ölçüde yüksek verimlilik (PCI'de% 109) ve geleneksel yoğuşmalı kazanlara göre daha düşük bakım maliyetleri elde edebilen bir yanma teknolojisidir. PAVE, önemli bir kapasite kaybı olmaksızın mevcut bir kazana monte edilebilirken, tipik düşük NOx brülör iyileştirmeleri onu önemli ölçüde azaltabilir. Ciddi bir hava kirliliği sorunuyla karşı karşıya kalan Pekin, hava kirliliği ile mücadelede ön saflarda yer alıyor ve bu eylemler dünyanın her yerindeki politika yapıcılar tarafından izlenmeli ...
Bu makalenin geliştirilmesine katıldık:
Dr Gregory Zdaniuk, Kıdemli Mühendislik Direktörü, Engie China
Joël Moreau, ICCS Genel Sekreter Yardımcısı
Lu Liu, Buget'ın genel müdür yardımcısı
Tercüme eden kişi: Christophe Martz, mühendis ve Econologie.com yazı işleri müdürü