Verontreiniging: natte verbranding in Beijing om te vechten tegen SMOG, NOx en CO

Deel dit artikel met je vrienden:

Het probleem van Beijing: het verminderen van de uitstoot van NOx (stikstofoxiden) uit ketels voor de volksgezondheid. Strikte grenzen aan NOx-emissies van ketels werden geïntroduceerd om smog in Beijing te bestrijden. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau en Lu Liu onderzoeken het gebruik van natte verbranding, onderwerp dat lange tijd op Econologie.com werd opgeroepen, met name via de werken van Rémi Guillet wie publiceert zijn ideeën en werkt regelmatig.

Beijing lijdt aan vervuiling en zoekt oplossingen

De zeer snelle industriële groei in China heeft geleid tot aanzienlijke niveaus van luchtvervuiling, die uiteraard gevolgen heeft de gezondheid van de Chinezen, in de grote steden vooral en voor vele jaren! De oorzaken zijn het wegverkeer, de kolenindustrie en de verwarming van gebouwen. De gemeente Beijing wil de luchtkwaliteit verbeteren en loopt voorop in de strijd tegen luchtverontreiniging. Het levert grote inspanningen om dit aan te pakken, inclusief het verbieden van nieuwe koleninstallaties, het beperken van het verkeer en het toepassen van nieuwe technologieën om de verbranding te verbeteren en in het bijzonder NOx te verminderen. de natte verbranding is een van deze technieken van de toekomst!

"War on Smog": de gemeente Beijing heeft een reeks onderzoeksmaatregelen geïntroduceerd ter bestrijding van luchtvervuiling:

Een verbod op kolen voor nieuwe installaties
Progressieve en verplichte renovatie van bestaande koleninstallaties
Beperkingen op de registratie van nieuwe auto's en op het dagelijks verkeer
Bevordering van elektrische mobiliteit
Bevordering van taxi's aangedreven door aardgas (methaan) en vervoer door LPG (propaan-butaan)
Ontwikkeling van autodelen en fietsen
Strikte limieten voor NOx in nieuwe en bestaande gasboilers

Sinds de 1er April 2017 moeten installaties voldoen aan NOx-limieten voor nieuwe en bestaande gasboilers, die zelfs hogere (!!) normen van de Europese Unie. De gemeente heeft ook prikkels ingevoerd om de NOx-emissies van gasketels te verminderen; daarom zijn 1 500-boilers gewijzigd in 2016.

De reductie van NOx in ketels is mogelijk in water of stoom in de vlamzone injecteren ; dit is wat Beijing gebruikt en wil ontwikkelen, met behulp van een systeem dat in Europa is ontwikkeld tijdens 15 in de afgelopen jaren, vooral op het gebied van Rémi Guillet. De nabehandelingsmethoden bijvoorbeeld, de selectieve katalytische reductie SCR of selectieve niet-katalytische reductie - behandel NOx-emissies na de training. Verbrandingstechnieken voorkomen de vorming van NOx.

Nabehandelingsmethoden zijn meestal duurder en worden over het algemeen niet gebruikt op ketels onder 10 MW.

Beijing's strenge NOx-limieten voor ketels

In overeenstemming met de Air Pollutant Releases-norm voor ketels (DB11 / 139-2015), nieuwe faciliteiten en kolen-gas NOx-limiet van 30mg / Nm3 , terwijl bestaande installaties een limiet van 80mg / Nm3 hebben. Ter vergelijking hier in Europa is de equivalente NOx-limiet gesteld door de Europese richtlijn 100 mg NOx / Nm3... het is 3 keer meer dan in China!

Naast strikte wettelijke limieten heeft Beijing een economisch stimuleringsprogramma opgezet om NOx voor bestaande gasketels te verminderen. Renovatieprojecten worden beloond volgens de hoeveelheid NOx die ze besparen. 1 500 gasboilers zijn aangepast naar 2016. In 2017 heeft Beijing het 7 GW-equivalent van de cumulatieve thermische kracht van de gasboiler aangepast, of ongeveer de thermische kracht van 2 kernreactoren!

De vorming van NOx varieert bijna exponentieel met de temperatuur van de vlam. De belangrijkste methode voor het beheersen van NOx is het verlagen van de temperatuur van de vlam. Dit kan op verschillende manieren worden gedaan:

De uitdaging voor ingenieurs is om de vlamtemperatuur te verlagen met behoud van vlamstabiliteit en ketelefficiëntie. Veiligheid is ook cruciaal, vooral als het gaat om EGR, vanwege de risico van explosie van koolmonoxide (CO) potentieel aanwezig in de uitlaat!

Het natte verbrandingssysteem door waterdamppomp (PAVE)

De injectie van water of stoom leidt tot modificatie van de stoichiometrie (de kwantitatieve relatie tussen oxidatiemiddel en geoxideerd) - en dus de temperatuur van de adiabatische flame - lucht-brandstofmengsel. Het toevoegen van water "verspreidt" ook de warmte die door verbranding. Beide verschijnselen veroorzaken een afname van de verbrandingstemperatuur - de kleur van de gasvlam logischerwijs blauw, geel oranje nagenoeg. Als de vlamtemperatuur voldoende wordt verlaagd, wordt de NOx bijna voorbij worden gevormd en de thermische prestaties van de ketel wordt gehandhaafd.

Vlam van nat branden van gas
Natte verbranding (methaan)
Vlam van droog verbrandingsgas
Droge verbranding (methaan)

Figuur 1: Dezelfde brander werkt in natte verbrandingsmodus (boven) en droge verbrandingsmodus (onder)

Het waterdamppompsysteem (WVP, of Waterstoompomp, PAVE) is een methode van nat verbranden van Ph.D Rémi Guillet ontwikkeld en gepatenteerd in 1979, van het CIEC-bedrijf in Parijs en sinds 2004 onderdeel van de ENGIE-groep. Het bestaat uit een Voorverwarmen en vochtverzadiging van de verbrandingslucht met terugwinning van voelbare warmte en latente verbrandingsgassen. Hiertoe worden twee sproeiers in de luchtstroom geplaatst: één in de toevoeropening voor verse lucht en de andere tussen condensor en schoorsteen, zoals weergegeven in afbeelding 2. Alle componenten zijn van roestvrij staal en de brander is gemaakt om verbrandingslucht te behandelen die verzadigd is met vocht. De geometrie van de waterinjectiebrander heeft niets te maken met die van een typische low NOx-brander (een enkele dubbele wand)

Diagram van een anti-NOx natte verbrandingsketel
Diagram van een anti-NOx natte verbrandingsketel

Aangezien het dauwpunt van de verbrandingsgassen die de condensor binnenkomen natuurlijk groter is (van ~ 58 ° C in het geval van een normale verbranding bij ~ 68 ° C in het geval van een natte verbranding), er wordt veel meer latente warmte teruggewonnen in de condensor. Dit in vergelijking met een gewone condensatieketel die werkt met dezelfde start- en retourwatertemperaturen. Bovendien koelt de extra warmteterugwinning die optreedt in de uitlaat-sproeitoren de rookgassen bij veel lagere temperaturen dan een gewone ketel. Dientengevolge, het systeem PAVE is veel efficiënter dan een gewone condensatieketel.

Afbeelding 3 vergelijkt de efficiëntie van het PAVE-verbrandingssysteem en een gewone condensatieketel als een functie van de condensatieretourtemperatuur. Het laat zien dat het begin van condensatie wordt verschoven naar een hogere retourtemperatuur, waardoor het PAVE-systeem een ​​ideale kandidaat is voor retrofittoepassingen waarbij het niet eenvoudig is om de retourtemperatuur van het gebouw te verlagen (conventionele radiator bij hoge temperaturen). temperatuur)

Het PAVE-systeem wordt gekenmerkt door zeer lage vlamtemperaturen, waardoor het in staat is om een ​​zeer lage NOx-productie te bereiken. De limiet van 30mg / Nm3 is eenvoudig te bereiken zolang de verbrandingslucht is voorverwarmd tot 60 ° C en op een optimale temperatuur is ingesteld. Aan de andere kant lage NOx en zeer lage NOx "droge" branders kunnen alleen vergelijkbare niveaus van NOx-emissies bereiken door gebruik te maken van een groot aandeel EGR en, in potentie, te grote verbrandingskamers.

In een conventioneel verbrandingssysteem (met atmosferische lucht) kan het verlagen van de vlamtemperatuur onder een bepaalde temperatuur leiden tot de vorming van CO, maar dit is niet het geval voor een PAVE-ketel die brandt aardgas dus een brandstof die a priori eenvoudig toegang heeft tot zijn volledige verbranding.

Bovendien is de werking van de PAVE-cyclus niet geneigd om de verbrandingstemperatuur zo laag te houden door te veel waterrecycling en zelfs om het niveau van O2 in de oxidant op dezelfde manier te verlagen: en het risico van CO-vorming wordt a priori geëlimineerd door de PAVE-cyclus.

Afname van de NOx-productie en vermindering van het risico van waterpluim aan de schoorsteenuitlaat (via een lagere luchtvochtigheid in het rookgas) hebben de volgende positieve gevolgen: minder risico op smog (wat het geval is bij de verbranding van aardgas) het resultaat van de combinatie pluim van water + NOx) op hetzelfde moment als de thermische prestaties van de cyclus die maximaal zijn ...



Het eerste waterdamppompproject van China door CIEC

Tijdens de laatste 15-jaren heeft het bedrijf ICCS heeft het PAVE-systeem geïmplementeerd in verschillende Europese landen, voornamelijk in Frankrijk, maar ook in Duitsland en Italië. Omdat de NOx-limieten in Europa minder streng zijn, wordt het systeem als volgt geïnstalleerd energiebesparende maatregel.

 

Vergelijkende anti-NOx natte en droge verbranding
Figuur 3: Efficiëntie op de PCI van een PAVE-ketel (WVP) en een gewone condensatieketel afhankelijk van de retourtemperatuur

In 2016 heeft Beijing United Gas Engineering and Technology een contract verkregen van een universiteit in Beijing om zijn ketel te vernieuwen. Het ging om het veranderen van de kolenketel en het installeren van een nieuw gassysteem. Besloten werd om voor het eerst het PAVE-systeem in China op te zetten.

Spuittoren aan de kant van de schoorsteen van een PAVE-ketel

Het systeem omvat twee condensatiegasketel 5,6 MW voor het verwarmen van de campus van ongeveer 160 000 m2 verwarmingsoppervlak. Het systeem is afgestemd op 200000 m2 capaciteit in afwachting van toekomstige uitbreidingswerkzaamheden. Het warmtedistributienetwerk is ontworpen voor een aanvoer- en retourtemperatuur van 70 ° C / 50 ° C. Alle terminaleenheden worden geregeld door driewegkleppen, waardoor de retourtemperatuur variabel is. Een van 2 ketel heeft op dit moment in PAVE, de tweede ketel is standaard voorzien van een brander met een lage uitstoot van NOx. Dit zal vergelijkende tests in de loop van de tijd mogelijk maken.

De ingebruikname werd in maart 2017, NOx getest 23 mg / Nm3 (gecorrigeerd 3,5% van O2), ruim onder de limiet van 30 mg / Nm3. Het totale rendement van de ketel was 107% - retourtemperatuur 45 ° C en CO werden gemeten 0 mg / Nm3!

Een mooie toekomst voor ketels met stoompompen ...

Het PAVE is een verbrandingstechnologie ultralage NOx en aanzienlijk hogere opbrengsten (109% op PCI) en lagere onderhoudskosten conventionele condenserende ketel bereiken. PAVE kan op een bestaande ketel worden geïnstalleerd zonder aanzienlijk capaciteitsverlies, terwijl typische renovaties van de low-NOx-brander dit aanzienlijk kunnen verminderen. Geconfronteerd met een ernstig smogprobleem, staat Peking in de voorhoede van de strijd tegen luchtverontreiniging en deze acties moeten worden gevolgd door beleidsmakers over de hele wereld ...

We hebben deelgenomen aan de ontwikkeling van dit artikel:

Dr. Gregory Zdaniuk, Senior Director of Engineering, Engie China
Joël Moreau, adjunct-directeur-generaal van het ICCS
Lu Liu, plaatsvervangend hoofdingenieur bij Buget

Vertaling door Christophe Martz, ingenieur en redacteur van Econologie.com

Tekst uit deze bron in het Engels


Meer informatie gebruiksaanwijzing:
- De "natte verbranding" verklaard door R.Guillet forums
- Download de samenvatting: Verbranding en prestaties op nat wegdek
- Analyse van de natte verbranding, DHC Software
- 1923 patent op de bevochtiging van verbrandingslucht
- Synthese door Rémi Guillet

Facebook reacties

2 reacties op "Verontreiniging: Natte verbranding in Beijing om SMOG, NOx en CO te bestrijden"

  1. Ter informatie: een XECUM MW PAVE gebouwd door CIEC wordt geïnstalleerd aan de Universiteit van Leuven in België.
    Het wordt in maart 2018 in gebruik genomen.

  2. Er zijn een paar oplossingen voor SMOG, NOx, CO2 en CO op basis van Maisotsenko Cycle-technologie. M-Cycle kan lucht tot 30-50% hydrateren. Bovendien recupereert M-Cycle lage temperatuurwarmte bij 50 C met 98% efficiëntie (rapport van GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower vangt CO2 op uit lucht en elektriciteit en drinkwater. Alle informatie is open en beschikbaar via Google Zoeken

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *