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

Pekings Problem: Reduzierung der NOx-Emissionen (Stickoxide) von Kesseln für die öffentliche Gesundheit. Zur Bekämpfung von Smog in Peking wurden strenge Grenzwerte für die NOx-Emissionen von Kesseln eingeführt. Dr. Gregory Zdaniuk, Joël Moreau und Lu Liu diskutieren die 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

Chinas sehr schnelles industrielles Wachstum hat zu einer erheblichen Luftverschmutzung geführt, die sich offensichtlich auf die Luftverschmutzung auswirkt die Gesundheit der Chinesen in den großen Städten insbesondere und seit vielen Jahren! Die Ursachen sind Straßenverkehr, Kohleindustrie und Beheizung von Gebäuden. Die Stadt Peking will die Luftqualität verbessern und ist führend im Kampf gegen die Luftverschmutzung. Es werden große Anstrengungen unternommen, um Abhilfe zu schaffen, insbesondere durch das Verbot neuer Kohlekraftwerke, die Begrenzung des Verkehrs und die Anwendung neuer Technologien zur Verbesserung der Verbrennung und insbesondere zur Reduzierung von NOx. Das feuchte Verbrennung ist eine dieser Techniken der Zukunft!

"War on Smog": Die Gemeinde Peking hat eine Reihe von Forschungsmaßnahmen zur Bekämpfung der Luftverschmutzung eingeleitet:

Ein Verbot von Kohle für neue Anlagen
Progressive und obligatorische Renovierung bestehender Kohleanlagen
Einschränkungen bei der Neuwagenzulassung und im 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 höher (!!) als in 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 den Flammenbereich ; Dies ist, was Peking nutzt und entwickeln will, indem es ein System verwendet, das in den letzten 15 Jahren in Europa entwickelt wurde, insbesondere in Bezug auf die Arbeit von Rémi Guillet. Die Nachbehandlungsmethoden zum Beispiel, die selektive katalytische Reduktion SCR oder selektive nichtkatalytische Reduktion - befasst sich mit NOx-Emissionen nach der Bildung. Verbrennungskontrolltechniken verhindern die Bildung von NOx.

Nachbehandlungsmethoden sind tendenziell teurer und werden im Allgemeinen nicht bei Kesseln mit einer Leistung unter 10 MW angewendet.

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… Das ist dreimal mehr als in China!

Zusätzlich zu den strengen gesetzlichen Grenzwerten hat Peking ein wirtschaftliches Anreizprogramm zur Reduzierung von NOx für bestehende Gaskessel eingeführt. Renovierungsprojekte werden basierend auf der Menge an NOx belohnt, die sie sparen. Im Jahr 1 wurden 500 Gaskessel modifiziert. Im Jahr 2016 modifizierte Peking das Äquivalent von 2017 GW kumulierter thermischer Leistung von Gaskesseln oder ungefähr 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:

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Die Herausforderung für Ingenieure besteht daher darin, die Temperatur der Flamme zu senken und gleichzeitig die Stabilität der Flamme und den Wirkungsgrad des Kessels aufrechtzuerhalten. Sicherheit ist auch wichtig, insbesondere wenn es um AGR geht, aufgrund der Explosionsgefahr für Kohlenmonoxid (CO) Potenzial in den Abgasen vorhanden!

Das feuchte Verbrennungssystem von Wasserdampfpumpe (PAVE)

Die Einspritzung von Wasser oder Dampf bewirkt die Änderung der Stöchiometrie (der quantitativen Beziehung zwischen Oxidationsmittel und Oxidationsmittel) - und damit der Temperatur der adiabatischen Flamme - des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Durch Zugabe von Wasser werden auch die durch die Verbrennung entstehenden Kalorien „verteilt“. Beide Phänomene bewirken eine Abnahme der Verbrennungstemperatur - die logisch blaue Farbe der Gasflamme wird merklich gelb-orange. Wenn die Flammentemperatur ausreichend gesenkt wird, bildet sich kaum NOx und die Wärmeleistung des Kessels bleibt erhalten.

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 Wasserdampfpumpensystem (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 Vorheizen und Feuchtigkeitssättigung der Verbrennungsluft unter Rückgewinnung der fühlbaren und latenten Wärme der Verbrennungsgase. Dazu werden zwei Sprühgeräte in den Luftstrom gestellt: eines im Frischlufteinlass und das andere zwischen Kondensator und Schornstein, wie in Abbildung 2 dargestellt. Alle Komponenten bestehen aus Edelstahl und Der Brenner ist für die mit Feuchtigkeit gesättigte Verbrennungsluft ausgelegt. Die Geometrie des Wassereinspritzbrenners hat nichts mit der eines typischen NOx-armen Brenners (einer einzelnen Doppelwand) zu tun.

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

Wenn der Taupunkt der in den Kondensator eintretenden Verbrennungsgase natürlich erhöht wird (von ~ 58 ° C bei regelmäßiger Verbrennung auf ~ 68 ° C bei nasser Verbrennung), viel mehr latente Wärme wird im Kondensator zurückgewonnen. Dies wird mit einem normalen Brennwertkessel verglichen, der bei gleichen Durchfluss- und Rücklauftemperaturen arbeitet. Zusätzlich kühlt die zusätzliche Wärmerückgewinnung, die im Abgassprühturm auftritt, die Rauchgase im Vergleich zu einem normalen Kessel auf viel niedrigere Temperaturen. Als Ergebnis das System PAVE ist viel effizienter als ein gewöhnlicher Brennwertkessel.

Abbildung 3 vergleicht den Wirkungsgrad des PAVE-Verbrennungssystems und eines regulären Brennwertkessels in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur. Es zeigt, dass der Beginn der Kondensation auf eine höhere Rücklauftemperatur verschoben wird, was das PAVE-System zu einem idealen Kandidaten für Nachrüstanwendungen macht, bei denen es nicht einfach ist, die Rücklauftemperatur des Gebäudes zu senken (herkömmlicher Heizkörper bei hohen Temperaturen) Temperatur)

Das PAVE-System zeichnet sich durch sehr niedrige Flammentemperaturen aus, so dass sehr niedrige NOx-Produktionen erzielt werden können. Die Grenze von 30 mg / Nm3 ist leicht zu erreichen, solange die Verbrennungsluft auf 60 ° C vorgewärmt und auf eine optimale Temperatur eingestellt wird. Auf der anderen Seite, „Trockene“ Brenner mit niedrigem NOx- und sehr niedrigem NOx-Gehalt können nur mit einem hohen Anteil an AGR und möglicherweise übergroßen Brennkammern vergleichbare NOx-Emissionen erzielen.

In einem herkömmlichen Verbrennungssystem (mit atmosphärischer Luft) kann das Verringern der Flammentemperatur unter eine bestimmte Temperatur zur Bildung von CO führen, dies ist jedoch bei einem brennenden PAVE-Kessel nicht der Fall Erdgas ist daher ein Brennstoff, der a priori leicht auf seine vollständige Verbrennung zugreifen kann.

Darüber hinaus neigen die Leistungen des PAVE-Zyklus weder dazu, die Verbrennungstemperatur durch zu viel Wasserrecycling so niedrig zu machen, noch die O2-Rate im Oxidationsmittel auf die gleiche Weise zu verringern: und das Risiko der CO-Bildung wird a priori durch den PAVE-Zyklus beseitigt.

Eine Verringerung der NOx-Produktion und eine Verringerung des Risikos, dass eine Wasserfahne den Schornstein verlässt (durch weniger Feuchtigkeit in den Dämpfen), haben die glücklichen Folgen: ein geringeres Smogrisiko (was bei der Verbrennung von Erdgas der Fall ist) das Ergebnis der Kombination von Wasserfahne + NOx) gleichzeitig mit den thermischen Leistungen des Zyklus, die maximal ...

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Erstes Wasserdampfpumpenprojekt in China 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: PCI-Effizienz eines PAVE-Kessels (WVP) und eines regulären Brennwertkessels in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur

Im Jahr 2016 erhielt Beijing United Gas Engineering and Technology von einer Universität in Peking den Auftrag zur Erneuerung ihres Heizraums. Es ging darum, den Kohlekesselraum zu wechseln und ein neues Gassystem zu installieren. Es wurde beschlossen, das PAVE-System zum ersten Mal in China einzurichten.

Sprühturm auf der Kaminseite eines PAVE-Kessels

Das System umfasst zwei Brennwertkessel mit einer Leistung von jeweils 5,6 MW, um den Campus auf einer Heizfläche von ca. 160 m000 zu heizen. Das System wurde im Hinblick auf zukünftige Erweiterungsarbeiten für eine Kapazität von 2 m200000 ausgelegt. Das Wärmeverteilungsnetz ist für eine Vor- und Rücklauftemperatur von 2 ° C / 70 ° C ausgelegt. Alle Endgeräte werden von Dreiwegeventilen gesteuert, wodurch die Rücklauftemperatur variabel wird. Derzeit ist nur einer der beiden Kessel mit PAVE ausgestattet, der zweite mit einem standardmäßigen NOx-armen Brenner. Auf diese Weise können Vergleichstests im Laufe der Zeit durchgeführt werden.

Die Inbetriebnahme erfolgte im März 2017, wobei die NOx-Emissionen mit 23 mg / Nm3 (korrigiert auf 3,5% O2) deutlich unter dem Grenzwert von 30 mg / Nm3 getestet wurden. Der Gesamtkesselwirkungsgrad betrug 107% - bei einer Rücklauftemperatur von 45 ° C und die CO-Emissionen wurden bei 0 mg / Nm3 gemessen!

Eine glänzende Zukunft für Dampfpumpenkessel ...

PAVE ist eine Verbrennungstechnologie, die in der Lage ist, extrem niedrige NOx-Emissionen und beträchtlich hohe Wirkungsgrade (109% bei PCI) sowie niedrigere Wartungskosten als herkömmliche Brennwertkessel zu erzielen. PAVE kann ohne nennenswerten Kapazitätsverlust in einen vorhandenen Kessel eingebaut werden, während typische Nachrüstungen von Brennern mit niedrigem NOx-Gehalt dies erheblich reduzieren können. Angesichts eines ernsthaften Smogproblems steht Peking an der Spitze der Bekämpfung der 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 of Engineering bei 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 aus dieser Quelle in englischer Sprache

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2 Kommentare zu „Umweltverschmutzung: Nassverbrennung in Peking zur Bekämpfung von SMOG, NOx und CO“

  1. Zur Information wird an der Universität von Louvain in Belgien ein von CIEC gebauter 10-MW-PAVE 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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