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


Compartilhe esse artigo com seus amigos:

Problema de Pequim: reduzir as emissões de NOx (óxidos de nitrogênio) de caldeiras para saúde pública. Foram introduzidos limites estritos sobre as emissões de NOx das caldeiras para combater a poluição atmosférica em Pequim. Dr. Gregory Zdaniuk, Joel Moreau e Lu Liu estão estudando o uso de combustão molhada, tema evocado durante muito tempo na Econologie.com, em particular através das obras de Rémi Guillet que publica suas idéias e trabalha regularmente.

Pequim sofre de poluição e procura 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 Beijing quer melhorar a qualidade do ar e está na vanguarda da luta contra a poluição do ar. Está fazendo grandes esforços para resolver isso, incluindo a proibição de novas instalações de carvão, a limitação de tráfego e a aplicação de novas tecnologias para melhorar a combustão e reduzir o 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:

Uma proibição do carvão para novas instalações
Renovação progressiva e obrigatória das instalações de carvão existentes
Restrições ao registro de carros novos e ao tráfego diário
Promoção da mobilidade elétrica
Promoção de táxis alimentados por gás natural (metano) e transporte por GLP (propano-butano)
Desenvolvimento de compartilhamento de carro e ciclismo
Limites estritos para NOx em caldeiras de gás novas e existentes

Desde o 1er April 2017, as instalações devem atender aos limites de NOx para as caldeiras de gás novas e existentes, que são mesmo Padrões superiores (!!) da União Européia. O município também implementou incentivos para reduzir as emissões de NOx nas caldeiras de 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 da chama ; Isto é o que usa e quer desenvolver Pequim, usando um sistema desenvolvido na Europa durante o 15 nos últimos anos, especialmente no trabalho de Rémi Guillet. Os métodos pós-tratamento, por exemplo, o redução catalítica seletiva SCR ou redução seletiva não catalítica - tratar as emissões de NOx após o treinamento. As 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 rigorosos de NOx de Pequim para caldeiras

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

Além de 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 de controle de NOx é reduzir a temperatura da chama. Isso pode ser feito de várias maneiras:

O desafio para os engenheiros é diminuir 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) presente potencial no escape!

O sistema de combustão úmido por 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 queima molhada
Combustão úmida (metano)
Chama de gás de combustão a seco
Combustão seca (metano)

Figura 1: mesmo queimador que opera no modo de combustão úmida (superior) e modo de combustão a seco (parte inferior)

O sistema de bomba de vapor de água (WVP, ou Bomba de vapor de água, PAVE) é um método de queima 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 2004. Consiste em um Pré-aquecimento e saturação de umidade do ar de combustão com recuperação de calor sensível e gases de combustão latente. Para fazer isso, dois pulverizadores são colocados no fluxo de ar: um na entrada de ar fresco e o 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 um queimador típico de NOx baixo (uma única parede dupla)

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

Como o ponto de orvalho dos gases de combustão que entram no condensador é, obviamente, aumentado (de ~ 58 ° C no caso de uma combustão regular em ~ 68 ° C no caso de uma combustão úmida), muito mais calor latente é recuperado no condensador. Isto comparado a uma caldeira de condensação comum que opera nas mesmas temperaturas de partida e retorno da água. Além disso, a recuperação de calor adicional que ocorre na torre de pulverização de escape esfria os gases de combustão a temperaturas muito mais baixas do que uma caldeira comum. Como resultado, o sistema PAVE é muito mais eficiente do 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. Isso mostra que o início da condensação é deslocado para uma maior temperatura de retorno, tornando o sistema PAVE um candidato ideal para aplicações de adaptação, onde não é fácil reduzir a temperatura de retorno do prédio (radiador convencional a altas temperaturas). temperatura)

O sistema PAVE caracteriza-se por temperaturas de chama muito baixas, por isso é capaz de atingir uma produção de NOx muito baixa. O limite de 30mg / Nm3 é facilmente alcançado enquanto o ar de combustão for pré-aquecido em 60 ° C e ajustado a uma temperatura ideal. Por outro lado, baixos NOx e queimadores "baixos" de NOx muito baixos podem atingir níveis comparáveis ​​de emissões de NOx somente usando uma alta proporção de EGR e, potencialmente, câmaras de combustão de grandes dimensões.

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 isso 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 está inclinado a baixar a temperatura de combustão tão baixa por meio de muita reciclagem de água, nem mesmo reduzir o nível de O2 no oxidante pelo mesmo meio: e o risco de formação de CO é a priori eliminado 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 humidade mais baixa nos gases de combustão) têm as seguintes conseqüências positivas: menor risco de poluição atmosférica (o que é o caso da combustão de gás natural o resultado da combinação de pluma de água + NOx) ao mesmo tempo que os desempenhos térmicos do ciclo que são máximos ...



Primeiro projeto da bomba de vapor de água da China pela CIEC

Durante os últimos anos 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 NOx são menos rigorosos na Europa, o sistema é instalado como medida de poupança de energia.

Combustão comparativa anti-NOx molhada e seca
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. Isso implicava mudar a caldeira de carvão e instalar um novo sistema de gás. Foi decidido configurar o sistema PAVE na China pela primeira vez.

Torre de pulverização no lado da chaminé de uma caldeira PAVE

O sistema inclui duas caldeiras de gás de condensação 5,6 MW cada uma para aquecer o campus sobre a superfície de aquecimento 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 uma temperatura de fluxo e retorno de 70 ° C / 50 ° C. Todas as unidades terminais são controladas por válvulas de três vias, o que torna a temperatura de retorno variável. Apenas uma das caldeiras 2 está equipada para o 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 colocação em operação foi feita em março 2017, as emissões de NOx sendo testadas em 23 mg / Nm3 (corrigido para 3,5% O2), bem abaixo do limite de 30 mg / Nm3. A eficiência geral da caldeira foi 107% - a uma temperatura de retorno de 45 ° C e as emissões de CO foram medidas em 0 mg / Nm3!

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

A PAVE é uma tecnologia de combustão capaz de atingir emissões de NOx ultra baixas e rendimentos consideravelmente maiores (109% em PCI) e menores custos de manutenção 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 baixo de NOx podem reduzi-lo significativamente. Diante de um grave problema de poluição atmosférica, Pequim está na vanguarda da luta contra a poluição atmosférica e essas ações devem ser observadas pelos decisores políticos em todo o mundo ...

Participamos do desenvolvimento deste artigo:

Dr. Gregory Zdaniuk, Diretor Sênior de Engenharia, Engie China
Joël Moreau, Diretor-Geral Adjunto do ICCS
Lu Liu, vice-engenheiro chefe da 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 nos fóruns
- Baixe o resumo: Combustão e desempenho em piso molhado
- Análise da combustão húmida, Software DHC
- Patente 1923 sobre a humidificação do ar de combustão
- Síntese de Rémi Guillet

comentários do Facebook

2 comenta "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.
    Será posto em serviço em março 2018.

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

Deixe um comentário

Seu endereço de email não será publicado. Campos obrigatórios estão marcados com *