汚染:SMOG、NOx、COに対抗する北京の湿潤燃焼

北京の問題:公衆衛生のためのボイラーからのNOx(窒素酸化物)排出量の削減。 北京のスモッグと戦うために、ボイラーからのNOx排出量に厳しい制限が導入されました。 Gregory Zdaniuk博士、JoëlMoreau、LuLiuが 湿式燃焼、トピックは特にEconologie.com上で長い間呼びかけられています。 レミGuillet 彼のアイデアを発表し、定期的に働く人

北京は汚染に苦しみ、解決策を模索している

中国の非常に急速な産業の成長は、かなりのレベルの大気汚染をもたらし、それは明らかに影響を及ぼしています 大都市における中国人の健康 より具体的にそして何年もの間! 原因は、道路交通、石炭産業、建物の暖房です。 北京市は大気質の改善を望んでおり、大気汚染との闘いの最前線にいます。 特に、新しい石炭火力設備を禁止し、交通を制限し、燃焼を改善し、特にNOxを削減するために新しい技術を適用することにより、これを改善するために多大な努力を払っています。 ザ・ 湿式燃焼 未来のテクニックのひとつです!

「スモッグ戦争」:北京の自治体は、大気汚染と戦うための一連の研究手段を導入しました。

新規設備のための石炭禁止
既存の石炭施設の漸進的かつ強制的な改修
新車登録と毎日の交通の制限
電気モビリティの推進
天然ガス(メタン)とLPG輸送(プロパン - ブタン)を動力とするタクシーの推進
カーシェアリングとサイクリングの開発
新規および既存のガスボイラーにおけるNOxの厳しい制限

1er 4月以降の2017以降、施設は新旧のガスボイラーのNOx規制を満たさなければなりません。 欧州連合の基準よりも高い(!!)。 自治体はまた、ガスボイラーからのNOx排出量を削減するインセンティブを設けています。 そのため、1 500ボイラーは2016に変更されました。

ボイラーのNOxの削減は 炎の領域に水または蒸気を注入する ; これは、北京が過去15年間にヨーロッパで開発したシステムを使用して、特に次の作業で使用し、開発したいと考えているものです。 レミGuillet。 例えば、後処理法 選択的接触還元SCR または選択的な非触媒還元-形成後のNOx排出に対処します。 燃焼制御技術は、NOxの形成を防ぎます。

後処理方法はより高価になる傾向があり、一般に出力が10MW未満のボイラーには使用されません。

ボイラーのための北京の厳しいNOx制限

ボイラーの大気汚染物質放出基準(DB11 / 139-2015)に準拠して、新しい施設と石炭 - ガス 30mg / Nm3のNOx制限 一方、既存のインストールには80mg / Nm3の制限があります。 ヨーロッパとここで比較すると、欧州指令によって設定された等価NOx制限は 100 mg NOx / Nm3…それは中国の3倍です!

厳格な法的制限に加えて、北京は既存のガスボイラーのNOxを削減するための経済的インセンティブプログラムを実施しました。 改修プロジェクトは、節約したNOxの量に基づいて報われます。 1年に500台のガスボイラーが変更されました。2016年に、北京は2017 GWの累積ガスボイラー熱出力に相当する、または約 2原子炉の火力発電!

NOxの形成は炎の温度と共にほぼ指数関数的に変化する。 NOxを制御する主な方法は炎の温度を下げることである。 これにはいくつかの方法があります。

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したがって、エンジニアにとっての課題は、炎の安定性とボイラーの効率を維持しながら、炎の温度を下げることです。 安全性も重要です。特にEGRに関しては、 一酸化炭素(CO)爆発のリスク 排気ガスに存在する可能性!

湿式燃焼システム 水蒸気ポンプ(PAVE)

水または蒸気を注入すると、空気と燃料の混合物の化学量論(酸化剤と酸化剤の量的関係)が変化し、したがって断熱火炎の温度が変化します。 水を加えると、燃焼によって生成されたカロリーも「分散」します。 どちらの現象も燃焼温度の低下を引き起こします-論理的に青であるガス炎の色は、著しく黄橙色になります。 火炎温度を十分に下げると、NOxがほとんど発生せず、ボイラーの熱性能が維持されます。

濡れたガスの炎
湿式燃焼(メタン)
乾式燃焼ガスの炎
乾式燃焼(メタン)

図1:湿式燃焼モード(上)と乾式燃焼モード(下)で動作する同じバーナー

水蒸気ポンプシステム(WVP、または ウォータースチームポンプ、PAVE)の方法です レミ・ギレ博士の湿式燃焼 1979以来、ENGIEグループの一部であり、パリに拠点を置くCIEC会社の2004で開発され特許を取得しています。 それはから成ります 燃焼ガスの顕熱および潜熱の回収を伴う、燃焼空気の予熱および湿度飽和。 これを行うには、図2に示すように、XNUMXつのスプレーを空気の流れの中に配置します。XNUMXつは外気入口に、もうXNUMXつはコンデンサーと煙突の間に配置します。すべてのコンポーネントはステンレス鋼でできており、バーナーは、湿気で飽和した燃焼空気を処理するように設計されています。 水噴射バーナーの形状は、一般的な低NOxバーナー(単一の二重壁)の形状とは何の関係もありません。

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アンチNOx湿式燃焼ボイラーの図
抗NOx湿式燃焼ボイラーの図

もちろん、凝縮器に入る燃焼ガスの露点が上昇するにつれて(通常の燃焼の場合の約58°Cから湿式燃焼の場合の約68°Cに)、 はるかに多くの潜熱がコンデンサーに回収されます。 これは、同じ流量と戻り水温で動作する通常の凝縮ボイラーと比較されます。 さらに、排気スプレータワーで発生する追加の熱回収により、通常のボイラーと比較してはるかに低い温度に煙道ガスが冷却されます。 その結果、システム PAVEは通常の凝縮ボイラーよりもはるかに効率的です.

図3は、PAVE燃焼システムと通常の凝縮ボイラーの効率を凝縮戻り温度の関数として比較しています。 これは、凝縮の開始がより高い戻り温度にシフトしていることを示しており、PAVEシステムは、建物の戻り温度を下げるのが容易ではない改造アプリケーションの理想的な候補になります(従来のラジエーターは高い温度)

PAVEシステムは火炎温度が非常に低いという特徴があるため、非常に低いNOx生成を達成できます。 燃焼空気が30°Cに予熱され、最適な温度に調整されている限り、3mg / Nm60の限界に簡単に到達します。 一方、 「乾式」低NOxおよび非常に低NOxのバーナーは、高い割合のEGRと、場合によっては特大の燃焼室を使用することによってのみ、同等レベルのNOx排出量を達成できます。

従来の燃焼システム(大気を使用)では、炎の温度を特定の温度未満に下げるとCOが形成される可能性がありますが、これは燃焼するPAVEボイラーには当てはまりません。したがって、天然ガスは、その完全な燃焼に先験的に容易にアクセスできる燃料です。

さらに、PAVEサイクルのパフォーマンスは、水のリサイクルが多すぎるために燃焼温度の低下をそれほど低くする傾向がなく、同じ方法で酸化装置のO2率を低下させる傾向もありません。 CO形成のリスクは、PAVEサイクルによって事前に排除されます。

NOxの生成の減少と、煙突から出る水のプルームのリスクの減少(煙霧の湿度の低下による)は、幸せな結果をもたらします:スモッグのリスクの減少(天然ガスの燃焼の場合)最大であるサイクルの熱性能と同時に水プルーム+ NOxの組み合わせの結果...

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CIECによる中国での最初の水蒸気ポンププロジェクト

過去15年の間に、会社は ICCSはPAVEシステムを導入しました いくつかのヨーロッパ諸国で、主にフランスだけでなく、ドイツとイタリア。 ヨーロッパではNOx規制がそれほど厳しくないので、システムは 省エネ対策.

 

比較NOx防止湿式および乾式燃焼
図3:戻り温度の関数としてのPAVEボイラー(WVP)と通常の凝縮ボイラーのPCIの効率

2016年、北京ユナイテッドガスエンジニアリングアンドテクノロジーは、北京大学からボイラー室の更新契約を獲得しました。 それには、石炭焚きボイラー室の変更と新しいガスシステムの設置が含まれていました。 中国で初めてPAVEシステムを設置することが決定されました。

PAVEボイラーの煙突側にあるスプレータワー

このシステムには、それぞれ5,6 MWの160つの凝縮ガスボイラーが含まれており、約000m2の暖房エリアでキャンパスを暖房します。 このシステムは、将来の拡張作業を見越して、200000万m2の容量に対応できるサイズになっています。 熱分配ネットワークは、70°C / 50°Cのフローおよびリターン温度用に設計されています。 すべてのターミナルユニットは三方弁によって制御され、戻り温度を可変にします。 現在、2つのボイラーのうちXNUMXつだけにPAVEが装備されており、XNUMXつ目のボイラーには標準の低NOxバーナーが装備されています。 これにより、時間の経過とともに比較テストを実行できます。

試運転は2017年23月に行われ、NOx排出量は3 mg / Nm3,5(2%O30に補正)でテストされ、3 mg / Nm107の制限をはるかに下回りました。 ボイラー全体の効率は45%でした-戻り温度0°Cで、CO排出量は3 mg / NmXNUMXで測定されました!

スチームポンプボイラーの明るい未来...

PAVEは、超低NOx排出量とかなり高い効率(PCIで109%)を達成し、従来の凝縮ボイラーよりもメンテナンスコストを削減できる燃焼技術です。 PAVEは、容量を大幅に失うことなく既存のボイラーに取り付けることができますが、一般的な低NOxバーナーの改造により大幅に削減できます。 深刻なスモッグ問題に直面している北京は、大気汚染との戦いの最前線にあり、これらの行動は世界中の政策立案者によって観察されるべきです...

この記事の開発に参加しました:

Engie China、エンジニアリング担当シニアディレクター、GregoryZdaniuk博士
ジョエル・モロー、ICCS副局長
Luget、Bugetの副チーフエンジニア

による翻訳 クリストフ・マーツEconologie.comのエンジニア兼編集長

このソースからの英語のテキスト

詳細:
R.Guilletが説明した「湿式燃焼」 forums
-概要をダウンロードします。 湿式燃焼とその性能
湿式燃焼、DHCソフトウェアの分析
燃焼空気の加湿に関する1923年の特許
RémiGuilletによる合成

「汚染:SMOG、NOx、COと戦うための北京での湿式燃焼」に関する2つのコメント

  1. 参考までに、CIECによって構築された10 MWPAVEがベルギーのルーバン大学に設置されています。
    2018の3月中に稼働する予定です。

  2. Maisotsenkoサイクル技術に基づいて、SMOG、NOx、CO2、およびCOにはいくつかのソリューションがあります。 Mサイクルは30-50%まで空気を保湿することができます。 さらに、M-Cycleは50 Cの低温熱を98%の効率で回復させます(GTI、シカゴによる報告)。 Maisotsenko Exergy Towerは、空気と電気、そして飲料水からCO2を捕獲します。 すべての情報はGoogle検索で入手できます

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