Контроль выбросов NOx, часть 1

Охрана окружающей среды

NO ^ югу X ^ стандарты выбросов становится очень жесткой, особенно в районе Хьюстона и в Южной Калифорнии. Среди технологий, доступных для удовлетворения этих стандартов процесса изменений и повышения эффективности использования энергии, а также усовершенствованные конструкции горелки и рециркуляция топочных газов.

Оксидов азота, или NO ^ X ^ к югу, представляют собой сочетание оксида азота, NO, и диоксид азота, NO 2 ^ ^ к югу. В рамках программы "Чистый воздух поправок к Закону 1990 года (CAAA), по охране окружающей среды (EPA) и государственных учреждений приняты нормативные акты, требующие строгого контроля NO ^ X ^ к югу, выбросы от стационарных источников загрязнения. Соблюдение планирование требует серьезных уроков.

Контроля за выбросами требованиям действующих, а также будущее, правила требуют понимания NO ^ X ^ к югу, излучающих источников, возможности предотвращения загрязнения, технологий по сокращению выбросов, затраты на контроль и воздействие на существующих операций и производственной безопасности. В этой статье, первой части серии из двух частей, первая представляет общую информацию о NO ^ X ^ к югу, контроль, затем обсуждаются NO ^ X ^ к югу, сокращение через процесс изменений и / или повышения эффективности использования энергии, а также с использованием новейших поколений горелки. Часть 2, который должен выйти в следующем номере, будет охватывать после сжигания NO ^ X ^ к югу, сокращение использования селективного каталитического восстановления (SCR), избирательным некаталитических восстановление (ИНКВ) и каталитического окисления / очистки.

При оценке этих технологий, следует помнить, что во многих случаях модернизации NO ^ X ^ к югу. контроля имеет положительные стороны. Во многих случаях установка NO ^ X ^ югу контроля приведет к повышению энергоэффективности и снижению потребности в обслуживании. В статье также говорится о тех областях, где дополнительные преимущества должны быть рассмотрены.

Резюме денитрифицирующие технологии

В таблице 1 приведены различные технологии для NO ^ X ^ к югу, сокращение. В нем перечислены приближенных сокращения, что может быть достигнуто путем каждой технологии и приближенных к югу NO ^ X ^ концентрацию, которая может быть достигнута стрельбы природного газа. В таблице 2, скорее всего, NO ^ X ^ к югу, контролировать параметры для таких областях, как Хьюстон и Южной Калифорнии, которые плотно NO ^ X ^ к югу, требования контроля. В следующих разделах рассматриваются основные технологии более подробно.

Растения могут внести различные изменения технологических процессов и / или повышения энергоэффективности для снижения NO ^ X ^ к югу, выбросы. Некоторые из стандартных NO ^ X ^ к югу, сокращение технологии также имеют побочный эффект от повышения энергоэффективности.

Котлы могут быть заменены системы когенерации. Этот вариант имеет ряд преимуществ. Котлы могут быть заменены на более эффективные системы, которая генерирует мощность, а также в виде пара. Это дешевле для установки контроля за выбросами на один большой блок, чем на ряд более мелких подразделений. И такие технологии, как SCR может быть использован, которые могут достичь большей NO ^ X ^ к югу, сокращение по сравнению с использованием горелок в одиночку.

Неэффективное обогреватели могут быть заменены на более эффективные обогреватели. В большинстве случаев это будет не экономический подход. Однако, если обогреватель является кандидатом на замену, дополнительную выгоду от NO ^ X ^ к югу, сокращение может повлиять на экономику в пользу замены.

Нагреватель может быть оснащен новый раздел конвекции или существующий раздел конвекция может быть повышен. Эти modificalions могут быть использованы для подогрева технологической жидкости, тем самым повышая эффективность работы нагревателя и снижение скорости стрельбы. Ниже скорострельность приводит к снижению NO ^ X ^ к югу, поколения, а также сокращение расходов на топливо может заплатить за такое изменение. Обратите внимание, что изменения в конвекции разделе часто требуется обеспечить необходимую температуру для установки SCR. Тем не менее, повышение эффективности использования энергии может быть побочный эффект от установки SCR.

Лучше контроля нагреватель можно установить, чтобы более жесткий контроль за избытка воздуха. Ужесточение контроля может также использоваться для снижения содержания кислорода в дымовых газах. Уменьшение содержания кислорода в дымовых газах от 6% до 2% снижает скорострельность лишь на несколько процентов. Но это еще имеет два преимущества. Ниже скорострельность незначительно снижается к югу NO ^ X ^, генерация и менее NO ^ X ^ к югу, создается, если концентрация кислорода низка. В целом, снижение концентрации кислорода от 6% до 2% снижает NO ^ X ^ югу поколения примерно на 30% (рис. 1). Объединяя приведенные выше результаты 2 выгоды NO ^ X ^ югу сокращение чуть более 30%, только от совершенствования управления избытка воздуха.

Уплотнение обогреватель можно также уменьшить концентрацию кислорода в топку, нагреватель улучшить эффективность и повысить уровень безопасности. Как и обновления в контрольной группе, это может быть дополнительным преимуществом от установки ультра-низким - NO ^ X ^ югу горелки (ULNB).

Стандартный с низким уровнем NO ^ X ^ к югу и ультра-низким NO ^ X ^ к югу, горелки

Горелки переживают бурное развитие в связи с давлением, чтобы уменьшить NO ^ X ^ к югу, образование. Последний этап эволюции было вызвано новыми правилами предлагается районе Хьюстона.

Если новые технологии горелки соответствует предлагаемым требованиям, он будет самым экономичным NO ^ X ^ к югу, сокращение альтернативы. Если новые горелки может поместиться в существующие дыры, стоимость установки может быть очень низким, и это может быть возможным установить без горелки завода оборачиваемости. Установка новых горелок могут иметь ряд дополнительных преимуществ: он не растет, и даже снижение, эксплуатационные расходы, новые горелки могут лучше соответствовать потенциала обогреватель, и, если существующие горелки старые, это может быть возможность снизить затраты на обслуживание.

Тем не менее, новые горелки может быть не в состоянии удовлетворить самые строгие требования к крупногабаритной нагреватели. Дополнительные недостатки замены горелки включают в себя: новое поколение ULNB не были полностью протестированы; ULNBs, как правило, меньшего диаметра советы топлива и, таким образом подключить это скорее озабоченность, для крупных подразделений, подключить утечек в нагреватели будет иметь решающее значение ; модернизации системы управления, возможно, будет необходимо, а значительные изменения могут потребоваться по размеру больше горелки в топку.

Воздействие на стандартные горелки NO ^ X ^ к югу, поколение

NO ^ X ^ к югу, формирует в нагреватели тремя способами: "теплового NO ^ X ^ к югу", "топливо NO ^ X ^ к югу", и "оперативной NO ^ X ^ к югу." Тепловые NO ^ X ^ к югу, образует из-за местных "горячих точках" в пламени. Топливо NO ^ X ^ к югу, результаты от сжигания топлива, содержащего органический азот, некоторые из которых окисляется в NO ^ X ^ к югу, последний тип NO ^ X ^ к югу, образование, как правило, незначительным природного газа и горючего газа стрельба. Проворный NO ^ X ^ к югу, формы из-за преобразования N югу ^ 2 ^ в NO на краю зоны пламени богатых углеводородами.

Стандартные горелки обычно приводят к югу NO ^ X ^, формирование в 0,12 до 0,14 кг / млн. БТЕ (от 100 до 120 промилле по объему) диапазоне. Ряд факторов, повлиять на этот номер.

1 показана взаимосвязь между концентрацией кислорода и NO ^ X ^ к югу, поколения. Нижняя подача воздуха (% 02), тем меньше NO ^ X ^ к югу.

Рисунок 2 показывает зависимость между температурой топки и NO ^ X ^ к югу, поколения. Высокая температура топки привести к повышению NO югу ^ X ^ образования.

Влияние на предварительный нагрев воздуха NO ^ X ^ к югу, формирование показано на рисунке 3. Предварительный нагрев воздуха, повышает эффективность и может увеличить мощность нагревателя. Но, предварительный нагрев воздуха, поставляется с NO ^ X ^ к югу, поколение казни - тем выше прогрева температура, тем выше температура пламени, так что больше тепловой NO ^ X ^ к югу, формируется. Это относится и к стандартной горелки и конвертеров. Хотя полностью не проверена, последние данные указывают, что предварительный нагрев воздуха, имеет гораздо меньшее воздействие на NO ^ X ^ к югу от ULNBs.

Топливного газа, содержащего водород стремится сжигать все жарче и таким образом, имеет тенденцию производить больше NO ^ X ^ к югу, чем стрельба из природного газа.

Низким уровнем выбросов NO ^ X ^ югу горелки

Многие существующие агрегаты оснащены конвертеров. Это стало стандартом для новых нагреватели, а также ряд старых единиц были переоборудованы для конвертеров с NO ^ X ^ к югу, сокращение. Конвертеров сами по себе не приведет к достижению стандартов Хьюстон области, но установки конвертеров или лучше горелки могут потребоваться в сочетании с другими технологиями, такими как SCR. Если существующие в настоящее время устройство оснащено конвертеров, NO ^ X ^ югу уровней ниже 0,01 кг / млн. БТЕ может быть достигнуто путем установки SCR.

Характеристики конвертеров включает большой длины пламени и большого диаметра горелки. Эти характеристики могут помешать установке новых горелок. ULNBs также, как правило, большого диаметра, но короче длины пламени и может быть легко и для усовершенствования.

Сверхнизкого-NO ^ X ^ югу горелки

Конвертеров использовать поставил топлива уменьшить NO ^ X ^ к югу. В отличие от ULNBs снижения NO ^ X ^ к югу, вызывая внутреннее обращение топливного газа в подогреватель.

Там в настоящее время, по крайней мере трех поколений ULNBs. Первого поколения могут встретиться в Хьюстоне и в Калифорнии требований для малых нагревателей. Преимущество этих подразделений в том, что это может быть возможно модифицированной их в отверстия для существующих горелок без остановки. Второго поколения обеспечивает более низкие ULNBs NO ^ X ^ к югу, выбросов, чем первое поколение. Кроме того, некоторые из горелки разрабатываемых в настоящее время может быть в состоянии удовлетворять требования к крупногабаритной нагреватели в районе Хьюстона.

Типичное применение для ULNBs в вертикальных цилиндрических нагревом, который горелки устанавливается в полу стрельбы вверх. Рисунок 4 открывается вид на один из последних версий ULNBs, просмотрен изнутри нагревателя.

Большинство конвертеров использования внутренней рециркуляции дымовых газов, ослабить и остудить пламя. Эти горелки требуют жесткого контроля кислорода, так что утечки воздуха в нагреватель должен быть сведен к минимуму и жестким контролем не требуется.

Кроме того, продавец гарантии будут основаны на топки температуры - чем ниже температура, тем лучше - и будут в зависимости от типа используемого топлива. Некоторые производители, как газов высокого водородное топливо, потому что это легче для топлива внутренне увлекают и распространить горючего газа. Тем не менее, некоторые продавцы не любят топлива газа, потому что водород сгорает горячей и потому, что NO ^ X ^ к югу, выбросы будут выше, сжигание мазута.

Расширенный системы контроля могут потребоваться для обеспечения выполнения горелки. Контроль изменений, которые могут потребоваться, относятся: установка системы непрерывного мониторинга выбросов (CEMS), использование кислорода анализаторов у BridgeWall и / или в полу обогреватель, автоматическое управление на стек заслонки, и автоматическая модуляция горелки вход регистров.

Рециркуляция дымовых газов

Рециркуляция дымовых газов широко применяется на котлах для снижения NO ^ X ^ к югу, рециркуляция дымовых газов снижает концентрацию кислорода и тем самым снижает температура пламени. Отмеченные температура пламени 3500 градусов F, не рециркуляции и 2900 градусов F на 20% ФРГ. Рисунок 5 показывает NO ^ X ^ к югу, сокращение, что может быть достигнуто и без предварительного нагрева в котле.

Из-за значительно более высокой объемной тепловыделения в зоне горения в котле, как правило, по своей сути жарче. Это приводит к югу NO ^ X ^, концентрации, как правило, значительно выше, чем в типичном обогреватель процесса. Для достижения очень низким NO ^ X ^ к югу в котле, ФРГ не требуется.

Установка ФРГ требует движущей силой для переработки дымовых газов. Это правило было достигнуто использованием рециркуляционного вентилятора, но если уже есть проект принудительного (FD) установлен вентилятор, некоторые рециркуляции может быть educted в выполнении или всасывания вентилятора FD. Установка также требует какой-то метод введения циркуляционного воздуха в горелки. Для систем, FD, воздух может быть добавлена к существующим пленума. Для естественной тягой (ND) системы, горелки могут быть изменены.

ФРГ может быть экономичной нагреватели с системами подогрева воздуха при искусственной тяги (ID) и вентиляторы FD уже доступны, так что новые вентиляторы не являются обязательными, и если существующая система предварительного нагрева воздуха возрастает NO ^ X ^ югу уровнях. ФРГ также может быть экономической систем, использующих SCR, потому что ОПЗ будет уже предоставления вентилятора ID, которые могут быть использованы для распространить газа.

Лишь небольшое число нагреватели оснащены ФРГ. Это отчасти потому, нагреватели, как правило, имеют более низкие температуры топки, что снижает необходимость в ФРГ. Кроме того, многие нагреватели не FD поклонников, и она может быть более дорогостоящей установки ФРГ в природно-проект обогреватели. Некоторые пользователи также обеспокоен тем, что трубка утечки в процессе нагреватели можно перерабатывать углеводороды обратно в топку, и это может привести к пожару или взрыву. Тем не менее, Есть не известны случаи нагреватели взрыва из-за ФРГ, так что этот страх не может быть оправдано.

Исторически рециркуляции ставки в 15% до 20% диапазона, были использованы, с NO ^ X ^ к югу, сокращение 40% до 55% диапазона. Рециркуляция 40% является максимально возможным stochiometrically. Последние правила были заставить рециркуляции близко к 40%, для NO ^ X ^ к югу. сокращение до 70%, однако эти системы требуют очень жесткой системы контроля для поддержания пламени стабильности.

ФРГ имеет ряд преимуществ. Это снижает как тепловой NO ^ X ^ к югу и оперативное NO ^ югу X ^ за счет снижения температуры пламени. Это дешевле, чем SCR на котлах. Он может быть использован в сочетании с ULNBs достичь очень низких NO ^ X ^ югу концентрации в котлах. И она может быть использована для распространить дымовых газов в топливный газ уменьшить теплоты сгорания топлива и, следовательно, уменьшить пламя температур.

Недостатки ФРГ включать: Это может потребовать преобразования нагреватели для FD, хотя в теории, воздух может быть переработана на входе пленумов. Она имеет более высоких инвестиционных затрат, чем установка ULNBs в одиночку. Для нагреватели, оно не может работать в сочетании с конвертеров, которые зависят от внутренней рециркуляции дымовых газов. Это могут быть необходимы для расширения возможностей вентилятора FD и установить новый вентилятор утилизации. И чем выше потребление энергии увеличивается электрических затрат.

Относительная стоимость альтернативных технологий

Технологии в Таблице 1 приведены в приблизительном порядке стоимости. Следующие дополнительные замечания следует обратить внимание. Все технологии, за исключением тиристоры имеют относительно низкие инвестиционные потребности - например, установка ULNBs в существующих нагреватели в $ 100 000 до $ 1 млн каждый обогреватель диапазона. Существует практически не операционной увеличение расходов для установки новых горелок, в том числе конвертеров, и есть даже потенциал энергосбережения. ФРГ, ИНКВ, каталитическая очистка и СНД значительные эксплуатационные расходы; каталитической очистки как правило, имеют высокие эксплуатационные расходы. Тиристоры имеют высокую стоимость инвестиций ($ 1 млн до $ 4 млн за выстрелов единица).

Дополнительная литература

Брэдфорд, М. и Р. Гровер, "всеобъемлющего обзора к югу NO ^ X ^, сокращения технологий", представленный на Айше 2001 Весна Национального собрания, Хьюстон, штат Техас, (22-26 апреля, 2001).

Брэдфорд, М. и Р. Гровер, "Просто скажи нет ^ X ^ к югу, - Обзор окиси азота сокращения технологий для химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности," Охрана окружающей среды, II (12), с. 31-33 , 49 (декабрь 2000).

Четинкая, Б. и др.. "Контроль выбросов дымовых газов", переработка углеводородного сырья, 79 (7), с. 55-62 (июль 2000).

Гровер Р., М. Брэдфорд, "NO ^ X ^ к югу, борьбы с загрязнением воздуха - всеобъемлющего обзора, представленные на восьмой ежегодной Южном Техасе экологической конференции 2000, Корпус-Кристи, штат Техас (октябрь 2000).

Гамильтон, DM, и др.. ", Новый подход к удалению окислов азота (NO ^ югу X ^) из отходов сжигания отходящих газов потоки, используя Shell денитрации югу ^ X ^ Система", представил на Международной конференции Сжигание, Саванна Г. А., авторами которого Univ. Мэриленд (6-10 мая, 1996).

Голландия, CD, "Специальный доклад - Резюме NO ^ X ^ к югу, сокращение технологий" Техасского института по улучшению положения химической технологии, штат Техас

Левблад Р., и др., "NO ^ X ^ к югу, сокращение от восстановления котла путем введения расширенного раствор мочевины (NO ^ югу X ^ OUT процесс)", сделанных на TAPPI экологической конференции, Сан-Антонио, штат Техас, ( 7-10 апреля, 1991).

Павел П., О. Maaskant, "Каталитический NO ^ X ^ к югу, по сокращению выбросов на ТЭЦ в пищевой промышленности", представил на NOXCONF - NO ^ X ^ к югу, и к югу N ^ 2 ^ O контроля за выбросами Conferene, организованный АДЕМЕ (Агентство по охране окружающей среды и энергетики), Париж, Франция (март 2001).

Топсе, Натт-Ю ", катализ NO ^ X ^ к югу, борьбы с загрязнением воздуха", в "Известия CATTECH - Catalyst технологии", Издательство Baltzar наук, с. 125-133 (декабрь 1997).

США по охране окружающей среды "," Альтернативные методы документа - NO ^ X ^ к югу, выбросы от промышленных нагревателей (пересмотренной) ", публикация № EPA-453/R-93-034, EPA, (сентябрь 1993).

MIKE Брэдфорд и Раджив Гровер, Jacobs Engineering Group вкл.

Питер Пауль, JACOBS CONSULTANCY Nederland B. В.

MIKE Брэдфорд экологических менеджер Jacobs Engineering Group, Inc (5995 Роджердейл Rd. Хьюстон, TX 77072, телефон: (832) 351-7085, E-почта: <A HREF = "mailto: mike.l.bradford @ jacobs.com "> mike.l.bradford @ <jacobs.com />). Он имеет более чем 35 летним опытом работы в технологических процессов, особенно в разработке систем экологического контроля. Он имеет более чем 30 статей и публикаций по экологической тематике, в том числе более 10 статей по NO ^ X ^ к югу, контроль. Он получил степень бакалавра в области химической инженерии из Огайо, Univ. и MS в области химического машиностроения Северо-Западного Univ. Он является членом Айше.

Раджив Гровер является экологической менеджер разделе Jacobs Engineering Group, Inc (5995 Роджердейл Rd. Хьюстон, TX 77072, телефон: (832) 351 - 7088, E-почта: <A HREF = "mailto: rajiv.grover @ jacobs.com "> rajiv.grover @ <jacobs.com />). Он имеет более чем 18 летний опыт работы в экологических требований и экологических технологического процесса. Он имеет более чем 10 статей и публикаций по экологической тематике, в том числе несколько на NO ^ X ^ к югу, правила. Он BTech в области химического машиностроения Индийский технологический институт в Нью-Дели, и MS в области химического машиностроения Univ. Питтсбурга. Он является членом воздуха и утилизации отходов ассоциации и водная среда Федерации.

Питер Пауль является экологической главный инженер на Джейкобс Консультации Nederland BV (Plesmanlaan 100, 2332 CB Leiden, телефон: 31-71-582-7382, факс: 31-71-582-705o; Электронная почта: <A HREF = "Посылка : pieter.paul jacobs.com @ "> pieter.paul @ <jacobs.com />). Он имеет более чем 23 летним опытом работы в технологических процессов, особенно в разработке систем экологического контроля.

В настоящее время он работает в безопасности, охраны здоровья