Poluição: combustão úmida em Pequim para lutar contra SMOG, NOx e CO

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Problema de Pequim: reduzir suas emissões de NOx (óxidos de nitrogênio) de caldeiras para a saúde pública. Limites rigorosos sobre as emissões de NOx das caldeiras foram introduzidos para combater a poluição em Pequim. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau e Lu Liu estão olhando para o uso de combustão molhada, assunto evocado por um longo tempo no Econologie.com em particular através dos trabalhos de Rémi Guillet que publica suas idéias e trabalha regularmente.

Pequim sofre com poluição e busca soluções

O crescimento industrial muito rápido da China levou a níveis significativos de poluição do ar, o que obviamente a saúde dos chineses, nas grandes cidades especialmente e por muitos anos! As causas são o tráfego rodoviário, as indústrias de carvão e o aquecimento de edifícios. O Município de Pequim quer melhorar a qualidade do ar e está na vanguarda da luta contra a poluição do ar. Está a envidar grandes esforços para remediar esta situação, nomeadamente proibindo novas centrais a carvão, limitando o tráfego e aplicando novas tecnologias para melhorar a combustão e reduzir os NOx em particular. o combustão molhada é uma dessas técnicas do futuro!

"War on Smog": O Município de Pequim introduziu uma série de medidas de pesquisa para combater a poluição do ar:

Proibição do carvão para novas instalações
Renovação progressiva e obrigatória das instalações de carvão existentes
Restrições ao registo de carros novos e ao tráfego diário
Promoção da mobilidade elétrica
Promoção de táxis movidos a gás natural (metano) e transporte de GLP (propano-butano)
Desenvolvimento de carsharing e ciclismo
Limites rigorosos para o NOx em caldeiras a gás novas e existentes

Desde o 1er April 2017, as instalações devem atender aos limites de NOx para caldeiras a gás novas e existentes, que são padrões mais altos (!!) da União Européia. O município também implementou incentivos para reduzir as emissões de NOx das caldeiras a gás; Portanto, as caldeiras 1 500 foram alteradas para 2016.

A redução de NOx em caldeiras é possível em injetando água ou vapor na zona de chama ; é isso que usa e quer desenvolver Pequim, usando um sistema desenvolvido na Europa durante os últimos anos da 15, especialmente no trabalho de Rémi Guillet. Métodos pós-tratamento, por exemplo, o SCR de redução catalítica seletiva ou redução seletiva não catalítica - trata as emissões de NOx após o treinamento. Técnicas de controle de combustão impedem a formação de NOx.

Os métodos de pós-tratamento tendem a ser mais caros e geralmente não são usados ​​em caldeiras abaixo de 10 MW.



Limites restritos de NOx em Pequim para caldeiras

De acordo com o Padrão de Liberação de Poluentes do Ar para Caldeiras (DB11 / 139-2015), novas instalações e de carvão para gás Limite de NOx de 30mg / Nm3 , enquanto as instalações existentes têm um limite de 80mg / Nm3. Em comparação aqui na Europa, o limite equivalente de NOx estabelecido pela Diretiva Europeia é 100 mg NOx / Nm3... é 3 vezes mais do que na China!

Além dos limites legais estritos, Pequim implementou um programa de incentivo econômico para reduzir o NOx das caldeiras a gás existentes. Os projetos de renovação são recompensados ​​de acordo com a quantidade de NOx que eles economizam. As caldeiras a gás 1 500 foram modificadas para 2016. Na 2017, Pequim modificou o equivalente 7 GW da energia térmica da caldeira a gás acumulada, ou cerca de a potência térmica dos reatores nucleares 2!

A formação de NOx varia quase exponencialmente com a temperatura da chama. O principal método para controlar o NOx é reduzir a temperatura da chama. Isso pode ser feito de várias maneiras:

O desafio para os engenheiros é reduzir a temperatura da chama, mantendo a estabilidade da chama e a eficiência da caldeira. A segurança também é crítica, especialmente quando se trata de EGR, por causa da risco de explosão de monóxido de carbono (CO) potencial presente no escape!

O sistema de combustão úmida bomba de vapor de água (PAVE)

A injeção de água ou vapor provoca a modificação da estequiometria (a relação quantitativa entre oxidante e oxidado) - e, portanto, a temperatura da chama adiabática - da mistura ar-combustível. A adição de água também "espalha" as calorias geradas pela combustão. Ambos os fenômenos causam uma diminuição na temperatura de combustão - a cor da chama de gás logicamente azul torna-se substancialmente laranja-amarela. Se a temperatura da chama for suficientemente reduzida, o NOx quase não se formará mais e o desempenho térmico da caldeira será preservado.

Chama de gás queimando molhado
Combustão úmida (metano)
Chama do gás de combustão seco
Combustão seca (metano)

Figura 1: Mesmo queimador operando em modo de combustão úmida (superior) e modo de combustão a seco (inferior)

O sistema de bomba de vapor de água (WVP, ou Bomba De Vapor, PAVE) é um método de queimada molhada de Ph.D Rémi Guillet desenvolvido e patenteado na 1979, da empresa CIEC com sede em Paris e que faz parte do grupo ENGIE desde a 2004. Consiste em um Pré-aquecimento e saturação da umidade do ar de combustão com recuperação de calor sensível e gases de combustão latentes. Para fazer isso, dois pulverizadores são colocados no fluxo de ar: um na entrada de ar fresco e outro entre o condensador e a chaminé, como mostrado na Figura 2. Todos os componentes são de aço inoxidável e o queimador é feito para lidar com o ar de combustão saturado com umidade. A geometria do queimador de injeção de água não tem nada a ver com a de um típico queimador de baixo NOx (uma única parede dupla)

Diagrama de uma caldeira de combustão úmida anti-NOx
Diagrama de uma caldeira de combustão úmida anti-NOx

À medida que o ponto de orvalho dos gases de combustão que entra no condensador é, é claro, o aumento (~ 58 ° C, no caso da combustão normal ~ 68 ° C, no caso de uma combustão húmido) muito mais calor latente é recuperado no condensador. Isso comparado a uma caldeira de condensação comum operando nas mesmas temperaturas de partida e retorno da água. Além disso, a recuperação de calor adicional que ocorre na torre de pulverização de exaustão esfria os gases de combustão a temperaturas muito mais baixas do que uma caldeira comum. Como resultado, o sistema PAVE é muito mais eficiente que uma caldeira de condensação comum.

A figura 3 compara a eficiência do sistema de combustão PAVE e uma caldeira de condensação regular em função da temperatura de retorno da condensação. Ele mostra que o início da condensação é deslocado para uma temperatura de retorno mais alta, tornando o sistema PAVE um candidato ideal para aplicações de modernização onde não é fácil reduzir a temperatura de retorno do edifício (radiador convencional em altas temperaturas). temperatura)

O sistema PAVE é caracterizado por temperaturas de chama muito baixas, por isso é capaz de atingir uma produção muito baixa de NOx. O limite de 30mg / Nm3 é facilmente alcançado desde que o ar de combustão seja pré-aquecido a 60 ° C e ajustado para uma temperatura ideal. Por outro lado, Os queimadores com baixo teor de NOx e muito baixo NOx "secos" podem atingir níveis comparáveis ​​de emissões de NOx usando apenas uma alta proporção de EGR e, potencialmente, câmaras de combustão sobredimensionadas.

Em um sistema de combustão convencional (com ar atmosférico), reduzir a temperatura da chama abaixo de uma certa temperatura pode levar à formação de CO, mas este não é o caso de uma caldeira PAVE que queima gás natural, portanto, um combustível que a priori acessa facilmente sua combustão completa.



Além disso, o desempenho do ciclo PAVE não é provável a cair à medida que baixa a temperatura de combustão por meio de muito reciclagem de água ou mesmo a diminuir a taxa do oxidante por O2 da mesma forma: e o risco da formação de CO é a priori descartada pelo ciclo PAVE.

A diminuição da produção de NOx e a redução do risco de pluma de água na saída da chaminé (através de uma menor humidade nos gases de combustão) têm as seguintes consequências positivas: menor risco de smog (que é no caso da combustão de gás natural) o resultado da combinação pluma de água + NOx) ao mesmo tempo que os desempenhos térmicos do ciclo que são máximos ...

Primeiro esboço da bomba de vapor de água da China por CIEC

Durante os últimos anos da 15, a empresa ICCS implantou o sistema PAVE em vários países europeus, principalmente na França, mas também na Alemanha e na Itália. Como os limites de NOx são menos rigorosos na Europa, o sistema é instalado medida de poupança de energia.

Combustão úmida e seca comparativa anti-NOx
Figura 3: Eficiência no PCI de uma caldeira PAVE (WVP) e uma caldeira de condensação regular, dependendo da temperatura de retorno

Na 2016, a Beijing United Gas Engineering and Technology obteve um contrato de uma universidade em Pequim para renovar sua caldeira. Envolveu a mudança da caldeira de carvão e a instalação de um novo sistema de gás. Foi decidido instalar o sistema PAVE na China pela primeira vez.

Torre de pulverização no lado da chaminé de uma caldeira PAVE

O sistema inclui duas caldeiras a gás de condensação 5,6 MW, cada uma para o aquecimento do campus, sobre a superfície de aquecimento da 160 000 m2. O sistema foi dimensionado para a capacidade 200000 m2 em antecipação ao futuro trabalho de expansão. A rede de distribuição de calor é projetada para um fluxo e temperatura de retorno de 70 ° C / 50 ° C. Todas as unidades de terminal são controladas por válvulas de três vias, o que torna a variável de temperatura de retorno. Apenas uma das caldeiras 2 está equipada no momento em PAVE, a segunda caldeira é equipada com um queimador padrão com baixa emissão de NOx. Isso permitirá testes comparativos ao longo do tempo.



A entrada em funcionamento foi feita em março 2017, as emissões de NOx ser testado 23 mg / Nm3 (3,5 corrigido% de O2), bem abaixo do limite de 30 mg / Nm3. A eficiência total da caldeira foi 107% - uma temperatura 45 retorno ° C e CO foram medidos 0 mg / Nm3!

Um futuro brilhante para caldeiras com bombas de vapor ...

O PAVE é uma tecnologia de combustão capaz de atingir emissões ultra-baixas de NOx e rendimentos consideravelmente maiores (109% em PCI) e custos de manutenção mais baixos do que as caldeiras de condensação convencionais. O PAVE pode ser instalado em uma caldeira existente sem perda significativa de capacidade, enquanto as renovações típicas do queimador de baixo NOx podem reduzi-lo significativamente. Diante de um grave problema de poluição, Pequim está na vanguarda da luta contra a poluição do ar e essas ações devem ser observadas pelos formuladores de políticas em todo o mundo ...

Nós participamos do desenvolvimento deste artigo:

Dr. Gregory Zdaniuk, diretor sênior de engenharia da Engie China
Joël Moreau, Diretor Geral Adjunto do ICCS
Lu Liu, engenheiro-chefe adjunto do Buget

Tradução por Christophe Martz, engenheiro e gerente editorial da Econologie.com

Texto desta fonte em inglês

mais:
- A "combustão úmida", explicada por R. Guillet no forums
- Faça o download do resumo: Combustão e desempenho em piso molhado
- Análise da combustão húmida, Software DHC
- Patente 1923 sobre a umidificação do ar de combustão
- Síntese de Rémi Guillet

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2 comenta sobre "Poluição: combustão úmida em Pequim para combater SMOG, NOx e CO"

  1. Para informação, um XECUM MW PAVE construído pelo CIEC está sendo instalado na Universidade de Leuven, na Bélgica.
    Ele será colocado em operação durante o mês de março 2018.

  2. Existem algumas soluções para SMOG, NOx, CO2 e CO baseadas na tecnologia de ciclo Maisotsenko. O M-Cycle é capaz de hidratar o ar até 30-50%. Além disso, o M-Cycle recupera calor de baixa temperatura em 50 C com 98% de eficiência (relatório da GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower captura CO2 de ar e eletricidade e água potável. Toda a informação está disponível através da pesquisa do Google

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