הבעיה של בייג'ינג: הפחתת פליטת ה- NOx שלה (תחמוצות חנקן) מדודים לבריאות הציבור. הוקמו מגבלות קפדניות על פליטת NOx מדודים כדי להילחם בערפיח בבייג'ינג. ד"ר גרגורי זדניוק, ג'ואל מורו ולו ליו דנים בשימוש ב בעירה רטובה, הנושא עורר במשך זמן רב על Econologie.com בפרט באמצעות עבודות של רמי Guillet אשר מפרסם את רעיונותיו ועובד באופן קבוע.

בייג'ינג סובלת מזיהום ומחפשת פתרונות

הצמיחה התעשייתית המהירה ביותר של סין הובילה לרמות זיהום אוויר משמעותיות, אשר ללא ספק משפיעות על בריאות הסינים, בערים הגדולות במיוחד ובמשך שנים רבות! הגורמים לכך הם תנועה בכבישים, תעשיות פחם וחימום מבנים. עיריית בייג'ינג רוצה לשפר את איכות האוויר והיא עומדת בחזית המאבק בזיהום האוויר. היא עושה מאמצים רבים לתקן זאת, במיוחד על ידי איסור על מתקנים חדשים המופעלים על ידי פחם, הגבלת התנועה והפעלת טכנולוגיות חדשות לשיפור הבעירה ולהפחתת NOx בפרט. ה בעירה רטובה היא אחת מאותן טכניקות העתיד!

"מלחמה בערפיח": עיריית בייג'ינג הציגה שורה של אמצעי מחקר למאבק בזיהום אוויר:

איסור על פחם למתקנים חדשים
שיפוץ פרוגרסיבי וחובה של מתקני פחם קיימים
הגבלות על רישום רכב חדש ותנועה יומית
קידום ניידות חשמלית
קידום מוניות המופעלות על ידי גז טבעי (מתאן) ותחבורה על ידי גפ"מ (פרופאן-בוטאן)
פיתוח של שיתוף רכב ורכיבה על אופניים
מגבלות קפדניות על NOX בדודי גז חדשים וקיימים

מאז 1er אפריל 2017, מתקני חייב לעמוד במגבלות NOX עבור דוודים גז חדשים וקיימים, אשר אפילו גבוה יותר (!!) לסטנדרטים של האיחוד האירופי. העירייה גם שמה תמריצים להפחתת פליטות NOX מדודי גז; לכן, 1 500 דוודים שונו 2016.

הפחתת NOx בדודי אפשרי ב הזרקת מים או אדים לאזור הלהבה ; זה מה שבייג'ינג משתמשת ורוצה לפתח, באמצעות מערכת שפותחה באירופה במהלך 15 השנים האחרונות, במיוחד בעבודה של רמי Guillet. שיטות שלאחר הטיפול למשל, סלקטיבי קטליטי הפחתת SCR או הפחתה סלקטיבית לא קטליטית - מתייחסת לפליטת NOx לאחר היווצרות. טכניקות בקרת בעירה מונעות היווצרות NOx.

שיטות לאחר הטיפול נוטות להיות יקרות יותר ובדרך כלל אינן משמשות בדודים עם תפוקה נמוכה מ -10 מגה-ווט.

ההגבלות הנוקשות של בייג 'ינג בבייג' ינג עבור דוודים

על פי תקן אייר מזהמי אוויר לדוודים (DB11 / 139-2015), מתקנים חדשים ופחם-גז מגבלת NOx של 30mg / Nm3 , ואילו בהתקנות קיימות יש מגבלה של 80mg / Nm3. בהשוואה כאן באירופה, מגבלת ה- NOX המקביל שנקבעה על ידי הדירקטיבה האירופית היא 100 מ"ג NOx / Nm3... זה פי 3 יותר מאשר בסין!

בנוסף למגבלות החוק המחמירות, בייג'ינג יישמה תוכנית תמריצים כלכלית להפחתת NOx לדודי גז קיימים. פרויקטים של שיפוצים מתוגמלים על בסיס כמות ה- NOx שהם חוסכים. 1 דודי גז שונו בשנת 500. בשנת 2016, בייג'ינג שינתה את המקבילה של 2017 GW להספק תרמי של דוד גז מצטבר, או בערך כוח תרמי של 2 כורים גרעיניים!

היווצרות של NOx משתנה כמעט אקספוננציאלית עם הטמפרטורה של הלהבה. השיטה העיקרית של שליטה NOx היא להפחית את הטמפרטורה של הלהבה. זה יכול להיעשות במספר דרכים:

• הפצה משופרת להבה כדי להפחית נקודות חמות
• שנה את יחס האוויר / דלק או הדלק והפחית עודפי אוויר
• מוסיף את גז recirculation גז (EGR): הדוד שמן להבה כחול
• שכבת שרפה (HCCi)
• הזריק מים או אדים במהלך הבעירה

האתגר המהנדסים הוא אפוא להוריד את טמפרטורת הלהבה, תוך שמירה על יציבות הלהבה ועל יעילות הדוד. בטיחות היא גם קריטית, במיוחד בכל הנוגע ל- EGR, עקב סיכון להתפוצצות פחמן חד חמצני (CO) פוטנציאל הקיים בגזי הפליטה!

מערכת בעירה רטובה על ידי משאבת אדי מים (PAVE)

הזרקת מים או קיטור גורמים לשינוי הסטואיכיומטריה (הקשר הכמותי בין חמצון לחמצון) - ולכן לטמפרטורה של הלהבה האדיאבטית - של תערובת דלק האוויר. תוספת מים "מפזרת" גם את הקלוריות שנוצרות בעירה. שתי התופעות גורמות לירידה בטמפרטורת הבעירה - צבע להבת הגז, כחול מבחינה לוגית, הופך לצהוב-כתום באופן ניכר. אם טמפרטורת הלהבה מופחתת מספיק, NOx כמעט ולא ייווצר והביצועים התרמיים של הדוד יישמרו.

איור 1: מבער אותו פועל במצב בעירה רטוב (למעלה) במצב בעירה יבש (תחתית)

מערכת משאבות אדי המים (WVP, או משאבת קיטור מים, PAVE) היא שיטה של שריפה רטובה של דוקטורט רמי גוילט פיתחה ופטנט ב 1979, של חברת CIEC מבוסס בפריז ואשר כבר חלק מקבוצת ENGIE מאז 2004. זה מורכב חימום מראש ורוויית לחות של אוויר הבעירה עם התאוששות החום הגיוני והסמוי של גזי הבעירה. לשם כך, שני מרססים ממוקמים בזרימת האוויר: אחד בכניסת האוויר הצח והשני בין הקבל לארובה, כפי שמוצג באיור 2. כל הרכיבים עשויים נירוסטה ו המבער נועד להתמודד עם אוויר הבעירה הרווי בלחות. הגיאומטריה של מבער הזרקת המים אינה קשורה לזו של מבער NOx אופייני נמוך (קיר כפול יחיד)

כאשר נקודת הטל של גזי הבעירה הנכנסים למעבה, כמובן, גדלה (מ ~ 58 ° C במקרה של בעירה רגילה ל- ~ 68 ° C במקרה של בעירה רטובה), הרבה יותר חום סמוי הוא התאושש הקבל. זאת בהשוואה לדוד עיבוי רגיל הפועל באותה טמפרטורת מים זרימה ומחזירה. בנוסף, התאוששות החום הנוספת המתרחשת במגדל ריסוס הפליטה מקררת את גזי הפליטה לטמפרטורות נמוכות בהרבה בהשוואה לדוד רגיל. כתוצאה מכך, המערכת PAVE יעיל בהרבה מדוד עיבוי רגיל.

איור 3 משווה את היעילות של מערכת הבעירה PAVE ודוד עיבוי רגיל כפונקציה של טמפרטורת החזרת העיבוי. זה מראה כי תחילת העיבוי מועברת לטמפרטורת החזרה גבוהה יותר, מה שהופך את מערכת PAVE למועמדת אידיאלית ליישומי רטרופיט, כאשר לא קל להפחית את טמפרטורת החזרת הבניין (רדיאטור קונבנציונאלי גבוה טֶמפֶּרָטוּרָה)

מערכת ה- PAVE מאופיינת בטמפרטורות להבה נמוכות מאוד, כך שהיא מסוגלת להשיג הפקות NOx נמוכות מאוד. ניתן להגיע בקלות למגבלה של 30 מ"ג / Nm3 כל עוד אוויר הבעירה מחומם מראש ל 60 מעלות צלזיוס ומותאם לטמפרטורה אופטימלית. מצד שני, מבערים NOx נמוכים "יבשים" ו- NOx נמוכים מאוד יכולים להשיג רק רמות דומות של פליטת NOx על ידי שימוש בשיעור גבוה של EGR ותאי בעירה גדולים במיוחד.

במערכת בעירה קונבנציונאלית (עם אוויר אטמוספרי), הפחתת טמפרטורת הלהבה מתחת לטמפרטורה מסוימת יכולה להוביל ליצירת CO אך זה לא המקרה של דוד PAVE שנשרף לכן גז טבעי הוא דלק אשר מראש מקבל גישה בקלות לבעירה המלאה שלו.

בנוסף, ביצועי מחזור ה- PAVE אינם נוטים לגרום לטמפרטורת הבעירה לרדת כל כך נמוכה באמצעות מיחזור מים רב מדי ואפילו לא להפחית את קצב ה- O2 בחמצון באותו אמצעי: והסיכון להיווצרות CO מתבטל מראש על ידי מחזור ה- PAVE.

להפחתה בייצור ה- NOx ולהפחתת הסיכון לזרם מים ביציאת הארובה (באמצעות פחות לחות באדים) יש השלכות משמחות: פחות סיכון ערפיח (וזה במקרה של בעירה של גז טבעי התוצאה של השילוב של פלומת מים + NOx) במקביל לביצועים התרמיים של המחזור שהם מקסימליים ...

פרויקט משאבת אדי מים ראשון בסין על ידי CIEC

במהלך 15 השנים האחרונות, החברה ICCS פרסה את מערכת PAVE במספר מדינות באירופה, בעיקר בצרפת, אך גם בגרמניה ובאיטליה. מאחר שמגבלות ה- NOx הן פחות מחמירות באירופה, המערכת מותקנת כ- מדד לחיסכון באנרגיה.

 

בשנת 2016 הוענקה חוזה מאוניברסיטת בייג'ינג לבייג'ינג מאוחדת להנדסת גז וטכנולוגיה בבייג'ינג לחידוש חדר הדודים שלה. זה כלל שינוי של חדר הדודים הפחם והתקנת מערכת גז חדשה. הוחלט להקים לראשונה מערכת PAVE בסין.

המערכת כוללת שני דודי גז מעבים של 5,6 מגה-וואט כל אחד לחימום הקמפוס מעל כ -160 מ"ר של שטח חימום. המערכת עוצבה בגודל קיבולת של 000 מ"ר לקראת עבודות הרחבה עתידיות. רשת חלוקת החום מיועדת לטמפרטורת זרימה והחזרה של 2 ° C / 200000 ° C. כל יחידות המסוף נשלטות על ידי שסתומים תלת כיווניים, מה שהופך את טמפרטורת ההחזרה למשתנה. רק אחד משני הדודים מצויד כרגע ב- PAVE, הדוד השני מצויד במבער NOx רגיל נמוך. זה יאפשר לבצע בדיקות השוואתיות לאורך זמן.

ההזמנה נעשתה במרץ 2017, עם פליטת NOx שנבדקה ב 23 מ"ג / Nm3 (תוקנה ל- 3,5% O2), הרבה מתחת לגבול של 30 מ"ג / Nm3. היעילות הכוללת של הדוד הייתה 107% - בטמפרטורת החזרה של 45 מעלות צלזיוס ופליטת ה- CO נמדדה ב- 0 מ"ג / Nm3!

עתיד מזהיר לדודי משאבת קיטור ...

PAVE היא טכנולוגיית בעירה המסוגלת להשיג פליטת NOx נמוכה במיוחד ויעילות גבוהה משמעותית (109% ב- PCI) ועלויות תחזוקה נמוכות יותר מאשר דודי עיבוי קונבנציונליים. ניתן להתקין PAVE על דוד קיים ללא אובדן משמעותי של הקיבולת, בעוד שחידושים אופייניים למבערים מסוג NOx נמוכים יכולים להפחית אותו משמעותית. מול בעיית ערפיח חמורה, בייג'ינג נמצאת בחזית המאבק בזיהום האוויר ופעולות אלה צריכות להישמר על ידי קובעי המדיניות ברחבי העולם ...

השתתפנו בפיתוח מאמר זה:

ד"ר גרגורי זדניוק, מנהל בכיר להנדסה, אנג'י סין
יואל מורו, משנה למנכ"ל ICCS
לו ליו, סגן המהנדס הראשי ב Buget

תרגום על ידי כריסטוף Martz, מהנדס ומנהל המערכת של Econologie.com

טקסט ממקור זה באנגלית

עוד:
- "הבעירה הרטובה" שהסביר R.Guillet ב forums
- הורד את הסיכום: שרפה וביצועים רטובים
- ניתוח של הבעירה הרטובה, תוכנת DHC
- פטנט משנת 1923 על לחות אוויר הבעירה
- סינתזה על ידי רמי Guillet