Китай мокрого згоряння в Пекіні для боротьби із забрудненням
Примирити економіку та екологію для майбутніх поколінь. Перші Інтернет-ЗМІ, що спеціалізуються на екологічній та соціальній економіці
Econologie.com »Житло, ізоляція та опалення» Забруднення: горіння у вологому середовищі в Пекіні для боротьби із SMOG, NOx та CO
Проблема Пекіна: зменшення викидів NOx (оксидів азоту) від котлів для охорони здоров'я. Для боротьби зі смогом у Пекіні введені суворі обмеження викидів NOx від котлів. Доктор Грегорі Зданюк, Жоель Моро та Лу Лю досліджують використання вологого згоряння, що вже давно згадується на Econologie.com, зокрема завдяки роботі Ремі Гійє, який публікує свої ідеї та регулярно працює.
Пекін страждає від забруднення і шукає рішення
Дуже швидке промислове зростання Китаю призвело до значного рівня забруднення повітря, що, очевидно, впливає на здоров'я китайців, особливо у великих містах і протягом багатьох років! Причини - дорожній рух, вугільна промисловість та опалення будівель. Муніципалітет Пекіна прагне покращити якість повітря і займає перше місце в галузі контролю забруднення повітря. Він докладає великих зусиль для виправлення цього, зокрема, забороняючи нові установки, що працюють на вугіллі, обмежуючи рух транспорту та застосовуючи нові технології для покращення горіння та зменшення NOx, зокрема. вологого горіння є однією з тих технік майбутнього!
"Війна із смогом": муніципалітет Пекіна запровадив низку дослідницьких заходів для боротьби із забрудненням повітря:
Заборона вугілля для нових установок
Поступове та обов’язкове оновлення існуючих вугільних установок
Обмеження щодо реєстрації нового автомобіля та щоденного руху
Сприяння електричній мобільності
Просування таксі на природному газі (метан) та транспорту на зрідженому газі (пропан-бутан)
Розвиток спільного використання автомобілів та їзди на велосипеді
Суворі обмеження NOx у нових та існуючих газових котлах
З 1 квітня 2017 року установки повинні відповідати нормам NOx для нових та існуючих газових котлів, які є рівними вище (!) до стандартів Європейського Союзу. Муніципалітет також запровадив стимули для зменшення викидів NOx від газових котлів; в результаті у 2016 році було модифіковано 1500 котлів.
Зниження NOx у котлах можливе шляхом нагнітання води або пари в зону полум’я; це те, що використовує і хоче розвивати Пекін, використовуючи систему, розроблену в Європі за останні 15 років, зокрема, на роботу Ремі Гійє. Методи доочистки, наприклад, селективне каталітичне відновлення SCR або селективне некаталітичне відновлення - мають справу з викидами NOx після утворення. Методи контролю горіння запобігають утворенню NOx.
Методи доочистки, як правило, дорожчі і, як правило, не застосовуються на котлах потужністю менше 10 МВт.
Суворі пекінські обмеження NOx для котлів
Відповідно до стандарту щодо викидів забруднюючих речовин атмосфери для котлів (DB11/139-2015), нові установки та згоряння вугільного газу тепер повинні відповідати Обмеження NOx 30 мг/Нм3, тоді як існуючі установки мають обмеження 80 мг/Нм3. Для порівняння в Європі, еквівалентна межа NOx, встановлена Європейською Директивою, становить 100 мг NOx/Нм3... це в 3 рази більше, ніж у Китаї!
На додаток до жорстких законодавчих обмежень, Пекін запровадив програму економічного стимулювання зменшення NOx для існуючих газових котлів. Проекти реконструкції винагороджуються залежно від суми, яку вони заощаджують. У 2016 році було модифіковано 1500 газових котлів. У 2017 році Пекін змінив еквівалент 7 ГВт сукупної теплової потужності газового котла або приблизно теплова потужність 2 ядерних реакторів!
Утворення NOx змінюється майже в геометричній прогресії залежно від температури полум’я. Основним методом контролю NOx є зниження температури полум’я. Це можна зробити кількома способами:
- Покращений розподіл полум'я для зменшення гарячих точок
- Змініть співвідношення повітря/паливо або паливо та зменшіть надлишок повітря
- Додавання рециркуляції димових газів (EGR): котли на мазуті синього полум’я
- Стратифіковане згоряння (HCCi)
- Під час горіння впорскувати воду або пару
Тому завданням для інженерів є зниження температури полум’я, зберігаючи стабільність полум’я та ефективність котла. Безпека також має вирішальне значення, особливо коли мова йде про EGR, через ризик вибуху окису вуглецю (CO) потенціал у відпрацьованих газах!
Система вологого згоряння за допомогою парового насоса (PAVE)
Вприскування води або пари спричиняє зміну стехіометрії (кількісного співвідношення між окислювачем та окислювачем) - а отже, і температури адіабатичного полум’я - повітряно-паливної суміші. Додавання води також "розсіює" калорії, що утворюються при згорянні. Обидва явища спричиняють зниження температури горіння - колір газового полум'я, логічно синій, стає помітно жовто-оранжевим. Якщо температура полум'я буде достатньо знижена, NOx навряд чи буде утворюватися, а теплові характеристики котла будуть підтримуватися.
Рисунок 1: Той самий пальник, що працює у режимі мокрого згоряння (зверху) та режиму сухого згоряння (знизу)
Насосна система з водяною парою (WVP, або Pompe A Vapeur d'Eau, PAVE) - це процес вологого згоряння доктора філософії Ремі Гійє, розроблений і запатентований у 1979 році від компанії CIEC, що базується в Парижі і яка є частиною ENGIE група з 2004 р. Вона складається з попередній нагрів та насичення вологою повітря для згоряння з відновленням відчутного та прихованого тепла газів, що згоряють. Для цього в повітряному потоці розміщують два розпилювачі: один на вході свіжого повітря, а другий між конденсатором і димоходом, як показано на малюнку 2. Всі компоненти виготовлені з нержавіючої сталі, а пальник призначений для обробки повітря для горіння, насичене вологістю. Геометрія пальника для впорскування води не має нічого спільного з геометриєю пальника з низьким вмістом азоту (одна подвійна стінка)
Оскільки точка роси газів згоряння, що надходять у конденсатор, звичайно, збільшується (на
58 ° C у разі регулярного горіння при
68 ° C у разі вологого горіння), набагато більше прихованого тепла відновлюється в конденсаторі. Це порівняно із звичайним конденсаційним котлом, що працює при однакових температурах води на виході та зворотному шляху. Крім того, додаткова рекуперація тепла, яка відбувається в башці розпилювача вихлопних газів, охолоджує димові гази до значно нижчих температур у порівнянні зі звичайним котлом. В результаті система PAVE набагато ефективніше звичайного конденсаційного котла.
З тієї ж теми:
- Охолодіть Землю для боротьби з глобальним потеплінням?
- Пастки для CO2: залишки азбестових шахт можуть бути використані для боротьби з глобальним потеплінням
- Енергія: боріться проти прихованого споживання енергії або як легко зменшити рахунок за електроенергію?
- Горіння у вологому повітрі: пояснення та характеристики
- Дипломна робота щодо вологого згоряння та його результатів Ремі Гійє
- Завантажити: Мокре згоряння, Патент на зволоження повітря 1923
На рисунку 3 порівнюється ефективність системи згоряння PAVE та звичайного конденсаційного котла в залежності від температури зворотної конденсації. Це показує, що початок конденсації зміщується на більш високу температуру зворотного струму, що робить систему PAVE ідеальним кандидатом для модернізації, де непросто знизити температуру зворотного потоку в будівлі (звичайний радіатор при високій температурі)
Система PAVE характеризується дуже низькими температурами полум’я, тому вона здатна досягати дуже низьких утворень NOx. Межа 30 мг/Нм3 легко досягається, якщо повітря для згоряння попередньо нагріте до 60 ° C і встановлено на оптимальну температуру. З іншого боку, «сухі» пальники з низьким вмістом NOx та дуже низьким вмістом NOx можуть досягти порівнянних рівнів викидів NOx лише за рахунок використання великої частки EGR та потенційно великих камер згоряння.
У звичайній системі згоряння (з атмосферним повітрям) зниження температури полум'я нижче певної температури може призвести до утворення СО, але це не стосується котла PAVE, який спалює природний газ, отже, паливо, до якого апріорі легко доступ. його повне згоряння.
Крім того, ефективність циклу PAVE не схильна до того, щоб знизити температуру горіння настільки низькою через занадто велику кількість рециркуляції води, ані навіть зменшити швидкість O2 в окислювачі тим самим способом: і ризик утворення CO апріорі усувається за циклом PAVE.
Зниження виробництва NOx та зменшення ризику виходу з труби шлейфу води (через меншу вологість диму) призводить до щасливих наслідків: менший ризик смогу (що у випадку згоряння природного газу поєднання водного шлейфу + NOx) одночасно з максимальними тепловими характеристиками циклу ...
Перший проект насоса для водяної пари в Китаї, проведений CIEC
За останні 15 років CIEC впровадив систему PAVE в декількох європейських країнах, переважно у Франції, а також у Німеччині та Італії. Оскільки обмеження NOx в Європі менш жорсткі, система встановлюється як захід енергозбереження.
Рисунок 3: Ефективність на PCI котла PAVE (WVP) та звичайного конденсаційного котла як функція температури зворотного струму
У 2016 році Пекінське об’єднане газове машинобудування та технологія отримало контракт від пекінського університету на оновлення своєї котельні. Він передбачав заміну котельні на вугіллі та встановлення нової газової системи. Було вирішено вперше створити систему PAVE у Китаї.
Розпилювальна вежа з боку димоходу котла PAVE
Система включає два конденсаційні газові котли потужністю 5,6 МВт для опалення кампусу приблизно на 160 000 м2 опалювальної площі. Система була розрахована на 200 000 м2 в очікуванні майбутніх робіт з розширення. Теплорозподільна мережа розрахована на температуру подачі та відведення 70 ° C/50 ° C. Всі клемні блоки управляються триходовими клапанами, що робить температуру зворотного струму змінною. В даний час лише один з 2 котлів обладнаний PAVE, другий котел оснащений стандартним пальником із низьким вмістом NOx. Це дозволить проводити порівняльні тести з часом.
Введення в експлуатацію відбулося в березні 2017 року, викиди NOx були випробувані на рівні 23 мг/Нм3 (з поправкою до 3,5% O2), що значно перевищувало межу 30 мг/Нм3. Загальний коефіцієнт корисної дії котла склав 107% - при температурі зворотного струму 45 ° C, а викиди CO вимірювали при 0 мг/Нм3!
Світле майбутнє парових насосних котлів ...
PAVE - це технологія згоряння, здатна досягти наднизьких викидів NOx і зі значно високою ефективністю (109% на PCI) та меншими витратами на обслуговування, ніж звичайні конденсаційні котли. PAVE можна встановити на існуючому котлі без значної втрати потужності, тоді як типові модернізації пальників з низьким вмістом NOx можуть значно зменшити його. Зіткнувшись із серйозною проблемою смогу, Пекін знаходиться в авангарді боротьби із забрудненням повітря, і ці дії повинні спостерігатися політиками у всьому світі ...
Ми брали участь у розробці цієї статті:
Д-р Грегорі Зданюк, старший директор з техніки, Engie China
Жоель Моро, заступник генерального директора CIEC
Лу Лю, заступник головного інженера компанії Buget