המונחים: Low-Emission Steam Generation

הדור הקיטור העשרי נשאר עמוד השדרה של תעשיות כבדות - החל ממימון מזון ועיבוד מזון ועד דור חשמל ומחימום מחוזי.עם זאת מערכות של בעירה קונבנציונלית הנתמכות על דלקים מאובנים כמו גז טבעי, פחם, או שמן כבד משחרר כמויות גדולות של פחמן דו חמצני (CO2), חמצני חנקן (NOx), תחמוצת דו תחמוצת חמצני (SO2), חומר חלקי.

פיתוח טכנולוגיות של הגשה נמוכה כבר לא שדרוג אופציונלי; זה צורך אסטרטגי תעשיות להשקיע מוקדם שיטות בעירה נקייה לא רק להפחית את האחריות הסביבתית שלהם אלא גם להשיג יתרונות תפעוליים באמצעות יעילות משופרת, צריכת דלק נמוכה יותר, ועוד חיי ציוד.סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) מדווח כי חום תעשייתי - הרבה ממנו נוצר על ידי אדים - מספר של כ -20% של אנרגיה גלובלית הקשורה לפליטה פחמן דו-חמצני הוא יעד מרכזי של המאה ה-אק.

טכנולוגיות בעלות נמוכה שואפות למזער תוצרי לוואי מזיקים למקור ולא להסתמך רק על מערכות של חדירה במורד הזרם (כגון סרוברים או צמצום קטליטי סלקטיבי) על ידי אופטימיזציה של תהליך ההבעירה עצמו - תערובת אווירית, טמפרטורה של אש, זמן מגורים, ועברת חום - מערכות אלה יכולות לרסק פליטות תוך שמירה או אפילו שיפור יעילות תרמית.

טכנולוגיות בעלות נמוכה

מערכות מעורבות מעורבות

בשורפים מסורתיים, דלק ואוויר מוצגים בנפרד לתוך תא הבעירה, המוביל לתערובת בלתי אחידה. כתמים חמים ואזורים עשירים בדלק באופן בלתי נמנע, עלייה של NOx באמצעות מסלולים תרמיים ומהירותיים.מערכות התבוססות טרום-מעורבים מבטלות בעיה זו על ידי ערבוב דלק ואוויר ביסודיות:0 לפני FLT:1 ignition.

כוויות ממותק דורשות גם פחות אוויר עודף, אשר מגביר יעילות תרמית ומפחית את נפח הגז פלואי. יצרני הרתיחה המודרנית מציעים כיום כוויות טרום-מעורבים עבור רטרוfit ומתקנים חדשים, עם יכולות החל מיחידות תעשייתיות קטנות ועד מערכות גדולות בקנה מידה.עם זאת, בקרה זהירה של יחס דלק האוויר חיונית כדי למנוע חוסר יציבות או פלאשבק, במיוחד כאשר דלקים משתנים.

נמוך-NOx Burners

כוויות דל-נוקס הן בין הטכנולוגיות בעלות נמוכה ביותר, משום שהן לעתים קרובות ניתנות לנסיגה על הרתיחה הקיימת ללא שינויים מבניים עיקריים. אלה כוויות משלבות את תהליך ההבעירה – או על ידי חלוקת זרימת הדלק לזרמים ראשוניים ומשניים או על ידי הזרקת אוויר בשלבים – כדי לשמור על טמפרטורות להבה מתחת ל-1,400 מעלות צלזיוס, הסף שמעליו לא מזמן מאיץ שוםוקס.

על ידי שליטה בקצב המיקסום ויצירת אזור ראשוני עשיר בדלק ואחריו הזרקת אוויר משנית, כוויות דלות-נוקס יכולות להפחית פליטות NOx ב 40-60 אחוזים. כמה עיצובים מתקדמים משלבים הפחתה פנימית של גז פלון (FGR), שבו חלק מהממצה נקט בחזרה אל הכוויה כדי להוריד את טמפרטורת האש וריכוז חמצן מוחלט של ארה"ב מספק יישומים נמוכים (EPA) עבור בקרת טמפרטורה נמוכה יותר:0x עבור בקרת חשמל אחורית של 1x: 0: 1.

(FLT:0) , באמת-world Caseure: FLT:1 צמח כימי באזור החוף במפרץ רטרוfed 150,000 lb /h קי אדים עם כוויות דלות-NOx ו- flue גז רפלקציה. Nox פליטות ירד מ 120 ppm ל 45 ppm (ב-3% O2), בעוד יעילות מרתיחה נותרה מעל 82%.

פלואו גז Recirculation (FGR) ו-FGR חיצוני

החזרת גז פלוטי משמשת לעתים קרובות בשילוב עם כוויות דלות-נוקס. חלק מהגזים הממצה (בדרך כלל 10-20%) נצמד בחזרה לתוך זרם האוויר של ההבעירה או ישירות לתוך השור. גז פלואום הניקולה קיים פועל כמו כדור תרמי, סופג חום והורדת טמפרטורת הלהבה העליונה.

בעוד FGR יעיל מאוד עבור שליטה NOx, זה מגביר את קצב זרימת דרך הרתיחה, פוטנציאל להעלות צריכת כוח המעריצים ומעט להפחית יעילות תרמית. מערכות בקרה מודרניות לייעל את יחס השיקום לאיזון פליטות ושימוש באנרגיה.

טכניקות של הדבקה חדשניות

אוקסי-פולו קומבוסציה

Oxy-דלק לוכד אוויר (אשר הוא בערך 79% חנקן) עם חמצן טהור כמעט כמו חמצון חמצון.העדר חנקן מבטל את היווצרות של NOx תרמי לחלוטין.יתר על כן, גז שפעת וכתוצאה מכך מורכב בעיקר CO2 ו- Vapor מים, אשר ניתן להפריד בקלות ודחוס עבור לכידת פחמן ואחסון (CCS עושה את זה oxy-דלק אטרקטיבי עבור הדור העמוק של פחמן.

מכיוון שחמצן טהור תומך בטמפרטורות להבה גבוהות יותר (עד 3500 מעלות צלזיוס), תא ההבעירה חייב להיות מתוכנן בקפידה לעמוד בלחץ תרמי. גישות אופייניות כוללות תיקון חלק מהגז השפעת לטמפרטורה מתונה, או באמצעות חומרים רדומים מתקדמים. Oxy-דלק הדודים דורשים גם יחידת הפרדה אווירית (ASU), אשר מוסיפה את עלויות ההון והעונש אנרגיה - עלייה של 15-25% מהצמחים הנצרכים לפירוק אווירי, אך ורק כדי להפחית את החמצן הזה, אך ורק לחמצן.

פרויקטים של טייס, כגון פרויקט דלק אוקסיד באוסטרליהFelo: 1, הוכיחו כי רתמי פחם מפוזרים קיימים יכולים להיות מומרים ל-oxy-דלק עם שינויים ניתנים לניהול.הטכנולוגיה רלוונטית גם עבור מרתיחי קיטור תעשייתיים שפוטרו על ידי גז טבעי או ביומסה.

הדבקה בשומן (FBC)

שריפת מיטה פלוגת שומן מעכבת חלקיקי דלק מוצקים בזרם של אוויר או חמצן, יצירת מיטה סוערת של חומר אינרטי (כגון חול או אפר) זה מקדם שילוב אינטנסיבי וחום העברה, המאפשרת בעירה להתרחש בטמפרטורות נמוכות יחסית (800-950 מעלות צלזיוס) בטמפרטורות אלה, היווצרות NOx היא מינימלית, תוספת של ליגמה או לעשות מדיטציה כדי לתפוס את המיטה עד 90%.

מערכות FBC בעלות ערך מיוחד משום שהן יכולות לשרוף מגוון רחב של דלקים – דלק, ביומסה, קטבק, דלקים מבזבזניים, ואפילו פחם נמוך עם תוכן אפרי גבוה.הגמישות של הדלק ופרופיל פליטה נמוך להפוך את FBC למועמד חזק לתעשיות המבקשות לעבור מדלקים מאובניים ועד להזנת מתחדשים או חלופיים קיימים: שתי תצורה עיקרית:

  • (ב) [ב]בבבבבבביתה (BFBrea): 1 מאלף במהירויות גז נמוכות; מתאים ליכולות קטנות יותר (עד 30MWth).
  • (FLT:0) חישוב מיטת פלויד (CFBrea): מהירויות גז גבוהות יותר מחלחלות חלקיקים מהמיטתו; הם נלכדים בקרוסדון וחזרו ליחידות CFB יכולות להגיע כמה מאות מגה-וואט ולהציע יותר דלק לשרוף וגמישות.

חברות כמו FLT:0)ValmetFLT 1 מציעות רתיחות CFB מסחריים אשר להשיג פליטות NOx מתחת 100 מ"ג / Nm3 (6% O2) ללא הפחתה קטליטית סלקטיבית, בעוד גם שריפת ביומסה או פסולת.

תהלוכה ושריפת

שילוב עמוק הוא טכניקה שבה האוויר של הבעירה מוצג בשני שלבים או יותר.במערכת אוויר טיפוסית overfire (OFA), רוב הדלק נשרף באזור עשיר בדלק ראשוני, האוויר השני הנותרים מוזרק גבוה יותר בכבשה כדי להשלים את הבעירה. גישה זו בשלבה מפחיתה את טמפרטורת הלהבה העליונה באזור הראשי, הורדת מבנה NOx.

שתי השיטות מתועדות היטב בספרות, ויצרנים רבים של רתיחה משלבים אותן כתכונות סטנדרטיות בעיצובים חדשים.התלקחות מוטבעת לרתיחה הקיימת יכולה להיות מאתגרת בשל מגבלות חלל והצורך בשליטה מדויקת של הפצת אוויר, אך היא נותרה אופציה יעילה להפחתה מתונה של פליטות (30–50%).

בקרה מתקדמת ולמידה של מכונות

אפילו החומרה הכי טובה של כוויות לא יכולה לספק פליטות נמוכות באופן עקבי אם תנאי הבעירה נסחף לאורך זמן.מערכות בקרה מודרניות משתמשות בחיישנים בזמן אמת - כגון חמצן, CO, NOx, ובדיקות טמפרטורה - כדי להתאים את יחס הדלק-אוויר, קצב החלמה, ועומס התפלגות עומס כוויות דינמית.מכונות (ML) אלגוריתמים יכולים לייעל פרמטרים אלה על ידי למידה של היחסים בין תהליכים משתנים לבין רמות פליטה.

לדוגמה, רתיחה מצוידת בבקר מבוסס ML יכולה לחזות היווצרות NOx ולהתאים הגדרות של בעירה לפני שינויים עומס, שמירה על פליטות הרבה מתחת לגבולות רגולטוריים תוך מיקסום יעילות במערכות כאלה, הם מותאמים במספר צמחי קיטור תעשייתיים, והם צפויים להיות סטנדרטיים בתוך העשור הבא.

אתגרים ושיקולים כלכליים

עלויות הון ומבצע

טכנולוגיות של פיזור נמוך לעתים קרובות לשאת עלות גבוהה יותר מאשר כוויות קונבנציונליות. a נמוך-NOx רטרוfit עשוי לעלות $ 30-50 $ ל כוח סוס רותח, בעוד המרה של אוקס-דלק יכול לרוץ כמה מיליון דולר עבור רתיחה בינונית. . פלואוקס נמוך יותר, כמו גם עלייה של צריכת דלק גבוה יותר בשל הצורך עבור מחזורי, דלקים, מערכות טיפול אשפה, עם זאת, יש צורך נמוך יותר (צריכת דלק), לעומת עלויות מופחתת דלק גבוה יותר) או ירידה גבוהה יותר (צריכת דלק).

תחומי שיפוט רבים מציעים כעת תמריצים או מענקים עבור פרויקטים של פחמן תעשייתי, אשר יכול לשפר את תקופת ההחזר.לדוגמה, קרן הטרנספורמציה של אנרגיה תעשייתית U.K מספקת מימון משותף לטכנולוגיות חום פחמן נמוכות, כולל מערכות בעירה מתקדמות.

גמישות דלק ודלק Switching

אתגר מפתח עבור טכנולוגיות בעלות נמוכה רבות הוא הרגישות שלהם לאספקת דלק. כוויות טרום-מיקס דורשות הרכב דלק עקבי (למשל, מדד Wobbe קבוע עבור גז טבעי) כוויות דל-נוקס עלולות להיאבק עם דלקים עתירי דלקתיים גבוהים כמו ביומסה או שמנים כבדים, אשר מייצרים nox עמידת דלק שלא ניתן להפחית על ידי שליטה תרמית בלבד.

מעבר דלק מפחם לגז טבעי הוא עצמו אסטרטגיה בעלת עוצמה נמוכה, שכן גז טבעי מייצר בערך מחצית מ- CO2 ליחידת אנרגיה וחומר זניחה ומדווה. אתרים תעשייתיים רבים הופכים את הרתיחה שלהם לגז או התקנת יכולת דלק כפולה.אבל הזמינות והעלות של גז טבעי להשתנות אזורית, ומתנו יחד עם שרשרת האספקה יכולים לערער את היתרונות של תעשיית השרוף באופן טבעי - כמו גז מתחדשים, כמו גזים, כמו גזים, כמו גזים).

חידוש תשתיות קיימות

הבסיס המותקן של רותחים קיטור הוא עצום, עם יחידות רבות שיש להן עשרות שנים של חיים שנותרו.לכבוש ולהחלפת מערכות שלמות הוא לעתים קרובות בלתי-כלכלי.התחלו מרכיבים נמוכים - כגון החלפת כוויות, הוספת FGR, התקנת נמלי אוויר overfire, או שדרוג בקרה - יכול להשיג הפחתה משמעותית בשבריר של עלות הבנייה החדשה.

לדוגמה, הוספת FGR לרתיחה ישנה יותר המיועדת לטמפרטורות להבה גבוהות יותר עשויה להגדיל את הסיכון של קורוזיה דלת-טמפרטורה ב economizer בשל הדבקה של חומצה sulfuric. בדומה, תרדמת ממותקת יכול לשנות את פרופיל שחרור החום, שעלול לגרום להתחממות יתר של קירות פרווה אם לא מודל כראוי.

נהגי תגמול ושוק פחמן

הגבלת פליטה קבועה באזורים כגון האיחוד האירופי (הוראת רשות תעשייתית), ארה"ב (חוק האוויר הקליר - כללי MACT), וסין (תקני פליטה נמוכים לרתיחה של פחם) מכריחים את המפעילים לאמץ את פליטות נמוכות של 2,2 מיליון יורו, בנוסף להפסדים של פחמן בשנה, ל- 100 מיליון יורו בשנה, בנוסף ל-125 מיליון יורו ל-125 מיליון יורו בשנה, יש עלייה של פחמן -2 מיליון יורו.

כיוונים עתידיים וקרנות מחקר

מערכות הפעלה של הידרוגן-Ready Combustion Systems

מימן ירוק המיוצר על ידי אלקטרוליזה באמצעות חשמל מתחדש צפוי לשחק תפקיד מרכזי בדהמניפוליזציה תעשייתית.עם זאת, שריפת מימן שונה באופן משמעותי מהגז הטבעי: היא נשרפת במהירויות גבוהות יותר של להבות אנליטיות גבוהות יותר (כ 2100 מעלות צלזיוס לעומת 1900 ° C), ויש לה חומרים דלים של אנרגיה קיימת.

עבור רותחים קיטור, אזור מחקר חשוב הוא פיתוח של חילופי חום תואמים מימן שיכולים להתמודד עם העברת חום רדיונית ו convective מלהבות מימן.גם, כי מימן אין פחמן, פליטות CO2 הופכות אפס, אבל פליטות NOx יכול למעשה להגדיל בשל טמפרטורות להבה גבוהות יותר.לכן, כוויות מיקורות-קרוכות צריכות לשלב דיכוי לאקס יעיל, כגון קיטורציה או רטיקול גז משוחרר, אשר מוסיף מורכבות.

מערכות היברידיות ורב-פל

לא טכנולוגיה של דלק או בעירה אחת מתאימה לכל התרחישים.מערכות הדור הקיטור התרמיות בעתיד יהיו ככל הנראה היברידיות, מסוגלות לעבור בין גז טבעי, מימן, ביומסה, או אפילו תרמית סולארית, כמו הזנות להיות זמינות. כוויות של פליטה נמוכה שיכולה להסתגל באופן דינמי לרכיבי דלק שונים הם כלי עזר קריטיים לתימים דיגיטליים ואופטימיזציה של דלק מבוסס AI, היא צמצום הפיתוח של מערכות גמישות כגון: HFRVR.

לכידת פחמן, אוחוסן ואחסון (CCUS)

גם עם כוויות אולטרה-נמוכות ו- SO2, מבעית דלקים מאובנים עדיין פולטים CO2.עבור תעשיות שאינן יכולות בקלות לחשמל או להחליף דלקים - כגון מלט, פלדה או קטנוכינים - בית הספר יהיה חיוני. Oxy-דלק combustion דלק חד-חמצני ודלקת דלק כימי (LC) הן שתי הגישות המובילות לאספקת CO2 ממתכת נמוכה לשימושים של דלק.

הגדלת CCUS עם דל-NOx בעירה גם מעלה אתגרים ברמת המערכת: הזמינות של תשתיות תחבורת CO2, קבלה ציבורית של אחסון גיאולוגי, ועונש האנרגיה של לכידת (בדרך כלל 10-30% של פלט צמחי) הממשלה תמכה בפרויקטים של הדגמה - כגון ארה"ב DOE'sFLT:0bon Storage ProgramLTF:1 ו- UK's de tereme-rerererefsuring טכנולוגיות אלה.

חומרים מתקדמים ו-Kings

High-temperature, קורוזיה, ותנאי רכיבה על אופניים בהתלקחות נמוכה (במיוחד oxy-דלק, מימן ומיטת נוזל) לדרוש חומרים עם כוח צמרמור, עמידות חמצון, וסובלנות תרמית. Refractory ציפויים, צינורות פסטה סופרולית, וציפויים קרמיקה מפותחים להאריך את החיים הרתולים ולהקטין את הזמן למיטתם, הם מסוגלים לטבולית גבוהה יותר לפתח סרטן צוואר הרחם (מחץ) ולהפחית את יכולת עיבוד חומרים מתקדמים יותר של חומרים גמישה).

מסקנה

פיתוח טכנולוגיות של פיזור נמוך לדור קיטור תרמי הוא אתגר הנדסי רב פנים נוגע בעיצוב כוויות, מערכות בקרה, מדע חומרים ואספקת דלק.הטכנולוגיות שנבדקו - כוויות טרום תערובת, כוויות דלות-נוקס, ניתוק גז פלואורקציה, oxy-דלק, מיטה נוזלית, התלקחות בשלב, ובקרות חכמות - מעבר לספקטרום של פתרונות מתאימים לגמישות יעילה, אך לא רק לצמצום יעילות יעילה, אלא גם לדלקת אווירית דלק, אלא גם לגמישות יעילה, אך ורק לדלקת אווירית דלק, אך ורק בגמישות יעילה, מורכבות יעילה, אך ורק בדלק, אך ורק לצריכת פחמן, מורכבות יעילה, היא יעילה, אך היא יעילה, אך ורק בצריכת דלק.

קדימה, המחקר יתמקד שילוב טכנולוגיות אלה למפעלים היברידיים, גמישים בדלק; דרוג של בעירת מימן; ומיזוג של הכפייה עם לכידת פחמן, מפעילי צמחים, וספקי טכנולוגיה חייבים לשתף פעולה כדי להאיץ את הפריסה, לשתף את התרגילים הטובים ביותר, להשקיע באימון כוח העבודה הדרוש כדי לשמור על מערכות מתקדמות אלה.