1.4: Emisiones de NOx

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Objetivos de aprendizaje

Opere la Planta a plena capacidad generadora y compare las emisiones de NO _x cuando la planta esté operando:

En condiciones normales,
Durante la falla de la compuerta de aire contra incendios,
Durante la falla del control de aire del quemador,
Quema de combustible de mala calidad,
Con la planta _{DeDo x} eludida.

Teoría

La combustión del carbón genera cantidades considerables de subproductos, algunos de los cuales se consideran contaminantes. Los subproductos son principalmente vapor de agua, que es lo que vemos que sale de una chimenea de una planta de energía, dióxido de carbono y nitrógeno que está fácilmente disponible en el aire que respiramos, y no necesariamente representan ningún peligro directo para la salud. Sin embargo, las emisiones sí transportan pequeñas concentraciones de contaminantes a la atmósfera, lo que se traduce en grandes cantidades de emisiones peligrosas debido a la gran cantidad de carbón quemado. Los principales contaminantes que pueden causar problemas de salud son los óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas (ver Análisis de Combustión) y oligoelementos tales como arsénico, plomo y mercurio.

Durante el proceso de combustión en una central eléctrica de carbón, el nitrógeno del carbón y el aire se convierte en óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO ₂); estos óxidos de nitrógeno se conocen comúnmente como NO _x. Las emisiones de NO _x contribuyen a la formación de lluvia ácida.

NO _x está formado principalmente por dos mecanismos: NO térmico _x y NO _x unido a combustible.

La formación térmica de NO _x se lleva a cabo a altas temperaturas de llama. La formación de NO térmico _x aumenta exponencialmente con la temperatura de combustión. La formación de NO _x unido al combustible depende del contenido de nitrógeno del combustible.

La mejor manera de minimizar la formación de NO _x es reducir la temperatura de la llama, reducir el exceso de oxígeno y/o quemar combustibles con bajo contenido de nitrógeno.

El DeDo _x Descripción de la Planta

El propósito de la planta _{DeNO x} es eliminar el óxido de nitrógeno de los gases de combustión. La planta emplea un método de reducción catalítica selectiva. El medio utilizado para la reducción es el gas amoníaco.

La planta _{DeNO x} incluye dos reactores de reducción catalítica selectiva (SCR) y un silo de cenizas. Varios amortiguadores canalizan los gases de combustión dentro o evitan los reactores SCR.

Descripción de la planta DeNOx

Operación de la Planta DeNo _x

La planta _{DeNo x} es altamente automática, controlada por secuencias de Control Lógico Programable. Las secuencias son S701-Purge, S702/703-Start/Stop Reactores, S704/705-Calentamiento de Reactores, S706/707-Inyección de Amoniaco, S708/709 Manejo de Productos y S710/711-Soot Soplado.

Sobre Fuego Aire

Para reducir NO _x, se suministra una cantidad de aire adicional por encima de todos los planos de quemadores. Este aire de sobrecombustión (OFA) reduce el NO _x al permitir una mezcla de combustible más rica en la zona de combustión a alta temperatura en los quemadores (combustión en dos etapas). Aproximadamente el 10% del aire de combustión se agrega como aire OFA. La falla del controlador OFA (mal funcionamiento MD200 0881) se modela en el simulador:

Fallo del controlador OFA.

Aire sobre quemador

Para reducir aún más la generación de NO _x, una porción del aire secundario se divide del conducto principal y se dirige a un tercer canal justo por encima del quemador. El amortiguador que controla este sobre-quemador-aire se abrevia OBA. La falla del controlador OBA (mal funcionamiento MD180 0780) se modela en el simulador:

Fallo del controlador OBA.

Calidad de Combustible

En el simulador, se puede especificar la composición química del carbón u otros combustibles. La suma de los cinco componentes C, H, S, O y N debe sumar preferiblemente hasta 100%, para evitar confusiones, pero no es estrictamente necesario porque la configuración C, H, S, O y N siempre se recalcula a una base del 100% antes de usar en otros cálculos. Luego se debe agregar agua y materia inerte (ceniza/escoria). El contenido de agua varía mucho y tiene un gran impacto en la cantidad de precalentamiento que requiere el aire primario. El simulador calcula el menor valor calorífico (incluyendo agua/materia inerte) y el aire de combustión teórico necesario y el gas de combustión producido. Los valores de aire/gases de combustión se dan en ncm/kg (ncm=metro cúbico normal).

En este laboratorio, quemaremos carbón por defecto y carbón de menor calidad para una comparación. Los datos de combustible se pueden cambiar usando la página 0111 de Lista Variable en MD180, por ejemplo:

Composición química del carbón

Instrucciones de laboratorio

Ejecutar la condición inicial I14 80% Carbón y configurar tendencias para las siguientes variables:

G02197 X17821 G17107 X17106 D17104

T17103 C08444 G08444 G08443 C08400

Operación estable: Después de 5 minutos de ejecutar una operación estable, congele el simulador e imprima las dos tendencias. Este es el punto de referencia para el resto del laboratorio.
Fallo del amortiguador OFA: Cambie al modo de funcionamiento y active el mal funcionamiento 0881 en MD200. Después de 5 minutos, congele el simulador e imprima las dos tendencias. Antes de pasar al siguiente paso desactivar el mal funcionamiento.
Fallo de control OBA: Cambie al modo de ejecución y active el mal funcionamiento 0780 en MD180. Después de 5 minutos, congele el simulador e imprima las dos tendencias. Antes de pasar al siguiente paso desactivar el mal funcionamiento.
Quema de combustible de mala calidad: Cambie al modo de funcionamiento y acceda a la página de Lista Variable 0111 en MD180. Establezca los nuevos valores como se muestra a continuación. Después de 5 minutos, congele el simulador e imprima las dos tendencias.
- X00820:70.40
- X00821:5.10
- X00822:1.10
- X00823:12.50
- X00824:1.60
- X00825:9.30
_{DeNo x} planta omitida: Cambie al modo de ejecución y omita el SCR 1 y SCR 2 en MD710 y MD720 respectivamente. Después de 5 minutos, congele el simulador e imprima las dos tendencias.

Sugerencias y consejos

Tus ventanas de tendencias deberían tener el siguiente aspecto:

Muestra de tendencia 1: Datos de la planta DeNOx.

Muestra de tendencia 2: datos de pila de NOx.

Asegúrese de que sus impresiones de tendencias estén etiquetadas correctamente de lo contrario, el análisis de datos será muy confuso.

Tabular sus datos como se muestra a continuación:

Los datos de la planta DeNOx.

La desviación porcentual se puede expresar como

y tabulados de la siguiente manera:

Los datos de desviación de la planta DeNOx.

Entregables

Su informe de laboratorio debe incluir lo siguiente:

Parcelas de tendencia: Suministrar todas las parcelas tomadas para este laboratorio (asegúrese de que las parcelas estén etiquetadas correctamente),
Computación: Utilice MATLAB o MS Excel para procesar sus datos. Calcula la desviación porcentual para cada operación y traza tus resultados,
Conclusión: Escriba un resumen (máx. 500 palabras en un cuadro de texto, si usa Excel) comparando sus resultados y sugerencias para un estudio posterior.

Lectura adicional:

Manual de Curso de Simulador de Planta Térmica por BCIT: La planta _{DeDo x}