Verschmutzung: feuchte Verbrennung in Peking gegen SMOG, NOx und CO


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Pekings Problem: Verringerung der NOx-Emissionen (Stickoxide) von Kesseln für die öffentliche Gesundheit. Strenge Grenzwerte für NOx-Emissionen von Kesseln wurden eingeführt, um Smog in Peking zu bekämpfen. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau und Lu Liu beschäftigen sich mit der Verwendung von feuchte VerbrennungEnglisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...1/index.html Ein Thema, das auf Econologie.com vor allem über die Arbeiten von Rémi Guillet der seine Ideen veröffentlicht und regelmäßig arbeitet.

Peking leidet unter Umweltverschmutzung und sucht nach Lösungen

La croissance industrielle très rapide de la Chine a conduit à des niveaux importants de pollution de l’air, ce qui impacte évidement sur die Gesundheit der Chinesen in den großen Städten plus particulièrement et depuis de nombreuses années! Les causes sont le trafic routiers, les industries du charbon et le chauffage des bâtiments. La municipalité de Pékin veut améliorer la qualité de l’air et est à l’avant-garde de la lutte contre la pollution atmosphérique. Elle fait de gros efforts pour y remédier, notamment en interdisant les nouvelles installations au charbon, en limitant le trafic et en appliquant de nouvelles technologies pour améliorer la combustion et réduire les NOx notamment. La feuchte Verbrennung ist eine dieser Techniken der Zukunft!

« War on Smog »: la municipalité de Pékin a introduit une série de mesures de recherche pour lutter contre la pollution de l’air:

Ein Verbot von Kohle für neue Anlagen
Progressive und obligatorische Renovierung bestehender Kohleanlagen
Beschränkungen für die Registrierung von Neuwagen und für den täglichen Verkehr
Förderung der Elektromobilität
Förderung von Taxis mit Erdgasantrieb (Methan) und LPG-Beförderung (Propan-Butan)
Entwicklung von Carsharing und Radfahren
Strenge Grenzwerte für NOx in neuen und bestehenden Gaskesseln

Seit dem 1er April 2017 müssen die Anlagen die NOx-Grenzwerte für neue und bestehende Gaskessel einhalten, die gleichmäßig sind höhere (!!) Standards der Europäischen Union. Die Gemeinde hat außerdem Anreize zur Verringerung der NOx-Emissionen von Gaskesseln geschaffen. Daher wurden 1 500-Kessel in 2016 geändert.

Die Reduzierung von NOx in Kesseln ist möglich in Einspritzen von Wasser oder Dampf in die Flammenzone ; Englisch: www.db-artmag.de/2003/8/e/2/63.php Dies ist es, was Peking nutzt und entwickeln will, indem es ein System benutzt, das in Europa während 15 in den letzten Jahren speziell auf der Arbeit von Rémi Guillet. Die Nachbehandlungsmethoden zum Beispiel, die selektive katalytische Reduktion SCR oder selektive nicht-katalytische Reduktion - Behandlung von NOx-Emissionen nach dem Training. Verbrennungskontrolltechniken verhindern die Bildung von NOx.

Nachbehandlungsmethoden sind in der Regel teurer und werden in der Regel nicht für Kessel unter 10 MW eingesetzt.

Pekings strenge NOx-Grenzwerte für Kessel

In Übereinstimmung mit der Luft Schadstofffreigabe Standard für Kessel (DB11 / 139-2015), neue Anlagen und Kohle-zu-Gas NOx-Grenzwert von 30mg / Nm3 , während bestehende Installationen ein Limit von 80mg / Nm3 haben. Im Vergleich hier in Europa ist die durch die europäische Richtlinie festgelegte äquivalente NOx - Grenze 100 mg NOx / Nm3... es ist 3 mal mehr als in China!

En plus des limites légales strictes, Pékin a mis en place un programme d’incitation économique à la réduction des NOx pour les chaudières gaz existantes. Les projets de rénovation sont récompensés en fonction de la quantité de NOx qu’ils économisent. 1 500 chaudières à gaz ont été modifiées en 2016. En 2017, Pékin a modifié l’équivalent de 7 GW de puissance thermique de chaudière gaz cumulé, soit environ die thermische Leistung von 2 Kernreaktoren!

Die Bildung von NOx variiert nahezu exponentiell mit der Temperatur der Flamme. Die Hauptmethode zur Kontrolle von NOx besteht darin, die Temperatur der Flamme zu reduzieren. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen:

Die Herausforderung für Ingenieure besteht darin, die Flammentemperatur zu senken und gleichzeitig die Flammenstabilität und Kesseleffizienz zu erhalten. Sicherheit ist auch kritisch, besonders wenn es um AGR geht, wegen der Explosionsgefahr von Kohlenmonoxid (CO) Potential im Auspuff vorhanden!

Das feuchte Verbrennungssystem von Wasserdampfpumpe (PAVE)

L’injection d’eau ou de vapeur entraîne la modification de la stœchiométrie (la relation quantitative entre oxydant et oxydé) – et donc de la température de la flamme adiabatique – du mélange air-carburant. L’ajout d’eau « disperse » également les calories générées par la combustion. Les deux phénomènes provoquent une diminution de la température de combustion – la couleur de la flamme de gaz, logiquement bleue, devient sensiblement jaune orange. Si la température de la flamme est suffisamment réduite, les NOx ne se formeront quasi plus et les performances thermique de la chaudière seront conservées.

Flamme von Gas, das nass brennt
Nasse Verbrennung (Methan)
Flamme des trockenen Verbrennungsgases
Trockene Verbrennung (Methan)

Abbildung 1: Derselbe Brenner arbeitet im nassen Verbrennungsmodus (oben) und im trockenen Verbrennungsmodus (unten)

Das Wasserpumpensystem (WVP, oder Wasserdampfpumpe, PAVE) ist eine Methode von feuchte Verbrennung von Ph.D. Rémi Guillet entwickelt und patentiert in 1979 der CIEC-Firma mit Sitz in Paris, die seit 2004 zur ENGIE-Gruppe gehört. Es besteht aus a Vorwärmung und Feuchtigkeitssättigung der Verbrennungsluft unter Rückgewinnung von fühlbarer Wärme und latenten Verbrennungsgasen. Dazu werden zwei Sprühdüsen in den Luftstrom platziert: eine im Frischlufteinlass und die andere zwischen dem Kondensator und dem Kamin, wie in Abbildung 2 gezeigt. Alle Komponenten sind aus Edelstahl und der Brenner ist für den Umgang mit feuchtigkeitsgesättigter Verbrennungsluft ausgelegt. Die Geometrie des Wassereinspritzbrenners hat nichts mit der eines typischen Low-NOx-Brenners (einer einzigen Doppelwand) zu tun.

Diagramm eines Anti-NOx-Nassverbrennungskessels
Diagramm eines Anti-NOx-Nassverbrennungskessels

Da der Taupunkt der in den Kondensator eintretenden Verbrennungsgase natürlich erhöht ist (von ~ 58 ° C im Fall einer regulären Verbrennung bei ~ 68 ° C im Falle einer nassen Verbrennung), viel mehr latente Wärme wird im Kondensator zurückgewonnen. Dies im Vergleich zu einem normalen Brennwertkessel, der bei den gleichen Start- und Rücklaufwassertemperaturen betrieben wird. Darüber hinaus kühlt die zusätzliche Wärmerückgewinnung, die in dem Abgassprühturm auftritt, die Rauchgase bei viel niedrigeren Temperaturen als ein gewöhnlicher Kessel. Als Ergebnis das System PAVE ist viel effizienter als ein gewöhnlicher Brennwertkessel.

Fig 3 vergleicht die Wirksamkeit von PAVE Verbrennungssystem und regelmäßige Brennwertkessel entsprechend der Temperatur des Kondensatrücklauf. Es zeigt, dass der Beginn der Kondensation auf eine höhere Rücklauftemperatur verschoben wird, so dass das PAVE System zu einem idealen Kandidaten für Retrofit-Anwendungen, wo es nicht einfach ist, die Gebäuderücklauftemperatur (hoch konventionelle Kühler zu reduzieren Temperatur)

Das PAVE-System zeichnet sich durch sehr niedrige Flammentemperaturen aus, so dass eine sehr niedrige NOx-Produktion erreicht werden kann. Die Grenze von 30mg / Nm3 ist leicht zu erreichen, solange die Verbrennungsluft auf 60 ° C vorgewärmt und auf eine optimale Temperatur eingestellt wird. Auf der anderen Seite, Niedrige NOx- und sehr niedrige NOx- "Trocken" -Brenner können vergleichbare Niveaus von NOx-Emissionen nur erreichen, indem ein hoher Anteil von EGR und möglicherweise übergroßen Brennkammern verwendet wird.

In einem herkömmlichen Verbrennungssystem (mit atmosphärischer Luft) kann das Reduzieren der Flammentemperatur unter eine bestimmte Temperatur zur Bildung von CO führen, aber dies ist nicht der Fall für einen PAVE-Kessel, der brennt Erdgas also ein Brennstoff, der a priori leicht auf seine vollständige Verbrennung zugreift.

Darüber hinaus ist die Leistung des PAVE-Zyklus weder dazu geeignet, die Verbrennungstemperatur durch zu viel Wasserrecycling so niedrig zu senken, noch den O2-Gehalt im Oxidationsmittel durch dieselben Mittel zu reduzieren: und das Risiko der CO-Bildung wird durch den PAVE-Zyklus a priori eliminiert.

Die Verringerung der NOx-Produktion und die Verringerung des Risikos von Wasserwolken am Schornsteinausgang (durch eine geringere Feuchtigkeit im Rauchgas) haben die folgenden positiven Konsequenzen: weniger Smoggefahr (was bei der Verbrennung von Erdgas der Fall ist) das Ergebnis der Kombination Wasserfahne + NOx) gleichzeitig mit den thermischen Leistungen des Zyklus, die maximal sind ...



Chinas erstes Projekt für eine Wasserpumpe von CIEC

Während der letzten 15 Jahre hat das Unternehmen ICCS hat das PAVE-System implementiert in mehreren europäischen Ländern, hauptsächlich in Frankreich, aber auch in Deutschland und Italien. Da die NOx - Grenzwerte in Europa weniger streng sind, wird das System als Energiesparmaßnahme.

Vergleichende Anti-NOx-Nass- und Trockenverbrennung
Abbildung 3: Effizienz auf der PCI eines PAVE-Kessels (WVP) und eines regulären Brennwertkessels in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur

Bei 2016 hat Beijing United Gas Engineering and Technology von einer Universität in Peking einen Vertrag zur Erneuerung des Kessels erhalten. Es umfasste den Kohlekesselwechsel und die Installation eines neuen Gassystems. Es wurde beschlossen, das PAVE-System zum ersten Mal in China aufzubauen.

Sprühturm auf der Schornsteinseite eines PAVE-Kessels

Das System umfasst zwei 5,6 MW Brennwertkessel, die jeweils den Campus auf einer 160 000 m2-Heizfläche beheizen. Das System wurde für die zukünftige Kapazitätserweiterung von 200000 m2 ausgelegt. Das Wärmeverteilungsnetz ist für eine Vorlauf- und Rücklauftemperatur von 70 ° C / 50 ° C ausgelegt. Alle Anschlusseinheiten werden über Dreiwegeventile gesteuert, wodurch die Rücklauftemperatur variabel ist. Nur einer der 2 Kessel ist im Moment in PAVE ausgerüstet, der zweite Kessel ist mit einem Standard Brenner mit niedriger NOx Emission ausgestattet. Dies ermöglicht Vergleichstests im Zeitverlauf.

Die Inbetriebnahme wurde vom März 2017, NOx-Emissionen getestet 23 mg / Nm3 (korrigierte 3,5% der O2) deutlich unter dem Grenzwert von 30 mg / Nm3. Der Gesamtwirkungsgrad des Kessels war 107% - eine Rücklauftemperatur 45 ° C und CO wurden 0 mg / Nm3 gemessen!

Eine gute Zukunft für Kessel mit Dampfpumpen ...

PAVE ist eine Verbrennungstechnologie, die extrem niedrige NOx-Emissionen und erheblich höhere Erträge (109% bei PCI) und geringere Wartungskosten als herkömmliche Brennwertkessel ermöglicht. PAVE kann ohne signifikanten Kapazitätsverlust an einem bestehenden Kessel installiert werden, während typische Renovierungen des Brenners mit niedrigem NOx-Ausstoß diesen erheblich reduzieren können. Angesichts eines ernsthaften Smogproblems steht Peking an vorderster Front im Kampf gegen die Luftverschmutzung und diese Maßnahmen sollten von politischen Entscheidungsträgern auf der ganzen Welt beobachtet werden ...

Wir haben an der Entwicklung dieses Artikels teilgenommen:

Dr. Gregory Zdaniuk, Senior Director der Technik, Engie China
Joël Moreau, stellvertretender Generaldirektor der ICCS
Lu Liu, stellvertretender Chefingenieur in Buget

Übersetzung von Christophe Martz, Ingenieur und Redaktionsleiter von Econologie.com

Text von dieser Quelle in Englisch


Mehr:
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- 1923 Patent zur Befeuchtung von Verbrennungsluft
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2 kommentiert "Verschmutzung: Nassverbrennung in Peking zur Bekämpfung von SMOG, NOx und CO"

  1. Zur Information wird ein von CIEC gebauter XECUM MW PAVE an der Universität von Leuven in Belgien installiert.
    Es wird im März 2018 in Betrieb genommen.

  2. Es gibt einige Lösungen für SMOG, NOx, CO2 und CO, die auf der Maisotsenko-Cycle-Technologie basieren. M-Cycle kann Luft bis zu 30-50% befeuchten. Darüber hinaus gewinnt M-Cycle Niedertemperaturwärme bei 50 C mit 98% Effizienz zurück (Bericht von GTI, Chicago). Maisotsenko Exergy Tower fängt CO2 von Luft und Elektrizität und Trinkwasser ein. Alle Informationen sind offen und über die Google-Suche verfügbar

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