Горелка LO-NOx
К NO x Горелка представляет собой тип горелки, которая обычно используется в котлах коммунальных предприятий для производства пара и электроэнергии .
Фон
[ редактировать ]
Первое открытие
[ редактировать ]Примерно в 1986 году Джон Джойс (известный из компании Cars ), влиятельный австралийский изобретатель, впервые узнал об оксидах азота ( NOx Bowin ) и их роли в образовании смога и кислотных дождей . Его первое знакомство со сложностями этого предмета произошло благодаря работе Фреда Барнса и доктора Джона Бромли из Комиссии по энергетике штата Западная Австралия. [1]
Подавляющее большинство исследований и разработок, продолжавшихся более двадцати лет, касались крупномасштабных промышленных горелок и сложных механизмов, которые, в конечном итоге, не давали того, что можно было бы назвать низким содержанием NO x (2 нг/Дж или ~ 4 частей на миллион при 0% O 2 в пересчете на сухое вещество ). [2]
Фактически в то время содержание NO 2 в 15 нг/Дж считалось низким уровнем NO 2 . Единственным ясным сообщением, которое пронизывало всю массу информации, которую он изучал, было влияние температуры на образование NO x .
«Потребность — мать изобретений»
[ редактировать ]В конце 1980-х годов органы здравоохранения и окружающей среды Австралии выразили обеспокоенность по поводу качества воздуха в помещениях и того, что особенно старые газовые обогреватели без дымохода способствуют повышению уровня диоксида азота (NO 2 ), превышающего допустимые пределы. Поэтому в 1989 году Департамент школьного образования Нового Южного Уэльса инициировал обширное расследование содержания диоксида азота в школах по всему Новому Южному Уэльсу. В качестве временной меры органы здравоохранения рекомендовали, чтобы уровень 0,3 ppm NO 2 стал верхним пределом для классов. [3] Австралийская газовая ассоциация, в свою очередь, снизила уровень выбросов NO 2 внутри помещений для обогревателей с неотходным газом с 15 до 5 нг/Дж, и это остается текущим пределом. [4] Правительство Нового Южного Уэльса через Департамент общественных работ также провело переоценку альтернативных методов отопления классов, чтобы обеспечить безопасную и здоровую среду для учащихся.
Именно в этом контексте компания Джона Джойса Bowin Technology приступила к реализации крупной программы исследований и разработок, направленной на минимизацию выбросов диоксида азота из газовых обогревателей без дымохода. Bowin Technology поставила перед собой задачу решить проблему выбросов в самом их источнике: газовой горелке . И это несмотря на давнее мнение экспертов по газу о том, что коммерчески оправданные усовершенствования газовых горелок не могут обеспечить резкого снижения выбросов оксидов азота (NO x ).
В 1989 году немедленный призыв снизить уровень диоксида азота (NO 2 ) в помещении был вызван широко разрекламированными статьями и освещением в средствах массовой информации в Новом Южном Уэльсе, в которых подчеркивалось влияние этого химического вещества на людей с чувствительными дыхательными путями , таких как астматики и люди с бронхиальными заболеваниями. проблемы.
В разгар дебатов о качестве воздуха в помещениях различным государственным учреждениям Австралии было рекомендовано перейти на газовые обогреватели и электрическое отопление .
В Новом Южном Уэльсе, напротив, благодаря совместным действиям Австралийской газовой компании , органов здравоохранения и Департамента общественных работ Нового Южного Уэльса были сформулированы первоначальные рекомендации по качеству воздуха в помещениях. Эти руководящие принципы легли в основу ограничений Австралийского кодекса газового оборудования на выбросы диоксида азота NO 2 из обогревателей без дымохода, которые теперь приняты по всей Австралии. [4]
Джон Джойс узнал, что ни один другой зарубежный регулирующий орган не проводил различия между NO и NO 2 в своих экологических руководящих принципах или кодексах. Более того, выяснилось, что требования к общему уровню оксидов азота действовали независимо от того, были ли выбросы направлены в дымоход или нет.
В результате Джон Джойс узнал, что «безвредная» часть выбросов NO x , оксид азота (NO), в присутствии углеводородов (таких как пропелленты для бытовых аэрозолей , возможные утечки газа и попадание выхлопных газов транспортных средств) превращается в NO 2 . Это было установлено в ходе расследования в школе Нового Южного Уэльса. [3] В научном смысле стало практикой рассчитывать NO + NO 2 при измерении уровня оксидов азота в выбросах. Отсюда и широко используемая в настоящее время ссылка на «общее количество NO x ».
Парниковый газ и фотохимический смог
[ редактировать ]Природный газ по составу имеет явное преимущество перед другими видами ископаемого топлива с точки зрения содержания углекислого газа , твердых частиц и диоксида серы, образующихся при преобразовании в полезную энергию . В начале 1990-х годов многие страны находились в процессе замены нефти и угля природным газом для удовлетворения своих потребностей в энергии и электроэнергии .
Чтобы сохранить это преимущество в качестве «экологически чистого» топлива, австралийские газовые компании эффективно сокращают потери газа ( выбросы метана ) при его поставках и налагают строгие правила на производителей и монтажников бытовой техники против утечки газа .
Тем не менее, эксперты-экологи рассматривают производство оксидов азота как главную угрозу в образовании парниковых газов и фотохимического смога . Взаимодействие NO x вместе с углеводородами из выхлопных газов транспортных средств и солнечного света также могут образовывать озон низкого содержания . В стратосфере (около 25 км вверх) озон полезен, поглощая большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но на уровне земли он повреждает материалы и растительность. Он раздражает горло, легкие и глаза, а напряженные упражнения или работа могут стать болезненными. Кроме того, эффективность закиси азота как парникового газа увеличивается за счет ее более длительного срока службы, чем у диоксида углерода , метана и хлорфторуглеродов.
По сути, скорость образования озона низкого уровня определяется углеводородами, в то время как наличие оксидов азота влияет на количество, которое он производит. В этот момент экологические дебаты принимают неожиданный оборот, поскольку отдельные отрасли склонны обвинять выбросы друг друга в качестве вероятной причины.
Лучшая доступная технология управления (BACT)
[ редактировать ]Хорошо известно, что обычные горелки с « голубым пламенем » или газовые горелки Бунзена производят оксиды азота в количествах 30-50 нанограммов на джоуль. [5] [6] и как таковые не считаются имеющими потенциал для NOx Сокращение . По сравнению с ними, горелки поверхностного сгорания или излучающие плиточные горелки производят на 60-70% меньше оксидов азота. [6] Поэтому исследования Джона Джойса в области горелок с низким содержанием NO x вращались в первую очередь вокруг методов поверхностного сжигания. Другой вопрос заключался в влиянии температуры горения на образование NO x .
Задача Джона Джойса стала еще более сложной, когда он решил не направлять свои разработки на плитку поверхностного сгорания лучистого типа. Использование лучистого отопления для большинства институциональных целей (кроме точечного отопления) считается непрактичным, поскольку вблизи обогревателя слишком жарко, в то время как потери лучистого тепла на расстоянии, которого необходимо достичь, весьма значительны.
Исследования многочисленных разработок других типов «низкой Горелки NOx " показали, что до сих пор такие горелки были либо слишком сложны по конструкции или в эксплуатации, либо слишком дороги, либо непригодны. План Джона Джойса состоял в том, чтобы использовать сетку из жаропрочной стали, и он продолжал производить множество прототипов горелок, пока одна из них не продемонстрировала «потенциал». .
Джона Джойса Научный инновационный характер технологий LO-NO x подтвержден полной патентной защитой в Австралии , США , Великобритании , Японии , Италии и Франции .
В 1993 году Джон Джойс получил Австралийскую премию дизайна и статус выбора музея электростанции за свою линейку обогревателей SLE, в которую входят горелки LO-NO x .
Австралийская академия дизайна выбрала серию газовых обогревателей SLE для демонстрации дизайна во время Национальной конференции «Инновации в дизайне» в октябре 1994 года.
В Соединенных Штатах LO-NO x горелки водонагревателей компании John Joyce успешно прошли серию исчерпывающих испытаний, чтобы доказать, что эти конкретные горелки не действуют как источник возгорания в присутствии легковоспламеняющихся паров, возникающих в результате случайной утечки топлива. Также были проведены обширные испытания для проверки снижения содержания NO 2 .
Энергоэффективность
[ редактировать ]Более ощутимая экономия средств определяется при сравнении энергоэффективности газовых обогревателей с низким уровнем выбросов NOx и традиционных дымоходных обогревателей. Газовые обогреватели, имеющие проблемы с выбросами, работают в дымоходе и по своей сути теряют значительную энергию в виде горячих дымовых газов в атмосферу. Кроме того, выбор места размещения дымоходных обогревателей сильно затруднен из-за ограничений по установке дымохода.
Напротив, специальные газовые обогреватели с низким уровнем выбросов не требуют системы дымохода. Более того, с появлением датчиков истощения кислорода и термостатического контроля они больше не полагаются на вентиляцию, как это было раньше. Эти обогреватели можно расположить более удобно и централизованно, чтобы обеспечить оптимальное распределение теплого воздуха. По определению, газовые обогреватели с низким содержанием NO x без дымохода эффективны на 100%, поскольку вся тепловая энергия, выделяемая пламенем, преобразуется в полезное тепло.
Применение технологий
[ редактировать ]- Газовые обогреватели без дымоудаления
- Газовые обогреватели дымового газа
- Газовые накопительные водонагреватели
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джойс, Дж. (5 августа 1991 г.), В поисках низкого уровня выбросов NOx , Конференция Австралийской газовой ассоциации.
- ^ Патентный документ Австралии №: AU-B-16047/92.
- ^ Jump up to: а б С. Макфэйл и А. Беттс; Бездымоходные газовые обогреватели в государственных школах Нового Южного Уэльса. Протокол 11-й конференции по чистому воздуху, Clean Air Soc, Австралия и Новая Зеландия, 5–10 июля 1992 г., Брисбен.
- ^ Jump up to: а б AS 4553-2000 (AG 103-2000) Приборы газового отопления помещений
- ^ сверхнизким содержанием NO 2 Исследование газового нагревателя со , доктор Ибрагим Тас, 2004 г.
- ^ Jump up to: а б Дж. Бромли и Донг-ке Чжан, Комментарий к опубликованной статье Луи С. Пилотто и соавторов, посвященной использованию обогревателей помещений с неочищенным газом в школах, Центр топлива и энергетики, Технологический университет Кертина , Перт, Вашингтон, 2004 г.