Введение
Этот документ является одним из нескольких открытых работ, которые обобщают легко доступную информацию о методах контроля и мер по снижению выбросов в конкретных промышленных секторах выбросов парниковых газов (ПГ). Эти белые документы предназначены исключительно для предоставления базовой информации по контролю выбросов парниковых газов технологии и меры по сокращению в целях оказания помощи государствам и местным органам по борьбе с загрязнением воздуха, племенных властей и регулируемых организаций в реализации технологий или мер по сокращению выбросов парниковых газов в соответствии с Законом о чистом воздухе, в частности, в предоставлении разрешения по предупреждению значительного ухудшения программы (PSD) и оценка наилучшей имеющейся технологии управления (BACT). Эти белые документы не устанавливают политики, стандарты или иным образом устанавливает каких-либо обязательных требований; такие требования содержатся в соответствующих правилах EPA и утверждены планы мероприятий по внедрению государственных.
II. Цель этого документа
Этот документ содержит информацию о методах контроля и мер, которые доступны для снижения выбросов парниковых газов (ПГ) выбросов из промышленных, коммерческих и институциональных (СИС) котлов в это время. В то время как большое количество доступных технологий обсуждаются здесь, в настоящем документе не обязательно отражают все потенциально доступные технологии или меры, которые, которые могут быть рассмотрены для любого источника в целях сокращения выбросов парниковых газов. Например, элементы управления, которые применяются к другим категориям промышленных источников с выхлопом потоков похож на производственный сектор цемента могут быть доступны через «передачи технологии» или новые технологии могут быть разработаны для использования в этом секторе.
Информация, представленная в настоящем документе, не является EPA США одобрение какой-либо конкретной стратегии управления. Таким образом, оно не должно быть истолковано как одобрение EPA конкретной технологии управления или меры, или сокращения выбросов, которые могут быть достигнуты с помощью конкретного блока или источника под контролем.
III. Описание котлов ICI
Промышленные котлы охватывают категории котлов, используемых в производстве, обработке, добыче и переработке углеводородов или любой другой отрасли, чтобы обеспечить пар, горячая вода, и / или электричество.
Промышленные котельные используются для отопления с горячей водой или паром в промышленных технологических применений. Промышленные котлы расположены на объектах пищевой, бумажной, химической, нефтеперерабатывающей и первичной металлургической промышленности. Там нет четкого нормативного определения или конкретное требование к размеру для промышленного котла. Промышленный котел обычно определяется его общей функцией — котел, который обеспечивает тепло в виде горячей воды или пара для совмещенного применения промышленных процессов (например, здесь вариант двухконтурного котела). Этот промышленный котел категория не включает в себя котлоагрегатов энергопредприятий, поскольку они не обеспечивают ту же услугу. Электроэнергетическая котел определяется как единица на ископаемом топливе сгорания более 25 мегаватт, который служит генератор, который вырабатывает электричество для продажи.
Коммерческие котлы охватывают категории котлов, используемых в коммерческих учреждениях, таких как гостиницы / мотели, рестораны, магазины, офисные здания, жилые дома, и прачечных для обеспечения пара и / или горячей воды. Коммерческие котельные используются для отопления с горячей водой или паром в коммерческих зданиях. Коммерческие котлы, как правило, небольшие по размеру по сравнению с промышленными котлами. Коммерческий котел, как правило, определяется его общей функцией — котел, который обеспечивает тепло или горячую воду для коммерческого здания или сооружения.
Ведомственные котлы охватывают категорию котлов, используемых в ведомственных учреждениях, таких как медицинские центры, университеты, школы, правительственные здания и военные объекты, чтобы обеспечить пар, горячая вода, и / или электричество. Институциональные котельные используются для отопления с горячей водой или паром. Большинство из них расположены в образовательных учреждениях.
ICI котлы могут использовать целый ряд различных видов топлива, включая уголь (битуминозные, к югу от битумных, антрацит, бурый уголь), мазута, природного газа, биомассы (древесных отходов, жома), сжиженного нефтяного газа, а также различных технологических газов и отходов. Каждый из этих видов топлива имеет различные характеристики сгорания и производит различные выбросы парниковых газов. Уголь является высоким производителем СО2 в ICI котлов со средним коэффициентом эмиссии 93.98 кг CO2 / миллион британских тепловых единиц (БТЕ); природный газ имеет самые низкие выбросы CO2 от ICI котлов со средним коэффициентом эмиссии 53,06 кг CO2 / MMBtu. (EPA, 2008)
На рисунке 1 представлена технологическая схема типичной системы промышленного котла. Сжигание для выработки тепла начинается в системе котла горелки, а тепло передается воде в котле. Котел производит пар и горячую воду для промышленных применений процесса. Многие котлы используют экономайзер для предварительного нагрева технологической воды перед подачей в котел с использованием отработанного тепла из отходящего газа. Эта операция сгорания производит выбросы CO2 и находится в центре внимания методов сокращения выбросов, представленных в оставшейся части этого документа.
Рисунок 1. Схема промышленной котельной системы.
Источник: EPA, 2008
Внутривенно Описание ICI котельное типов конструкции
Данный раздел содержит краткое описание конструкции котла ICI. Наиболее распространенные конструкции котлов ICI являются:
1. пылевидного угля,
2. кипящим слоем,
3. стокер,
4. водотрубные,
5. жаротрубно-дымогарными.
Каждая конструкция обладает уникальными свойствами и может быть использован в различных отраслях промышленности. Некоторые из этих конструкций используют несколько видов топлива. Чем больше из этих конструкций котлов может быть использовано для производства электроэнергии, пара, или оба.
1. пылевидного угля
Пылеугольные (PC) котлы предлагают более эффективную альтернативу топок для сжигания угля. Котлы ПК используются в больших единицах ICI. В котлах ПК, уголь измельчают до очень мелких частиц в больших устройств, называемых распылители или мельниц. Эти частицы угля затем продувают воздухом в котел через «горелки», где они затем сжигают в виде суспензии в печи. Котлы PC обычно характеризуются конфигурацией горелки (по касательной, стена, циклон) и является ли зольный выходит из котла в твердом или расплавленном виде (сухой дна по сравнению с мокрым дном) (EEA, 2005).
2. кипящим слоем
Топочные котлы с кипящим (псевдоожиженным) слоем (FBC) являются котлы более новой конструкции и были разработаны для сжигания твердого топлива. В FBC, горение происходит в виде суспензии, как в котле ПК, но вместо отдельных горелок, контролирующих смешивание воздуха / топлива, топливо и смесь инертного материала (например, песок, кремнезем, зола, сорбирующие продукты) удерживаются подвешенный над постели восходящего потока воздуха в камеру сгорания через горючий слой. Это ожижение улучшает смешивание топлива и воздуха, а также позволяет более высокой продолжительности пребывания в печи (время удерживания топлива в постели). FBC по своей природе подходят для различных видов топлива, в том числе низкосортных топлив, таких как нефтяной кокс, уголь отходы, коммунально-бытовых отходов и материалов биомассы.
Даже если FBC котлы не составляют большой процент от общей численности населения котла ICI, они завоевали популярность в последние несколько лет, в основном благодаря своим возможностям, чтобы сжечь широкий спектр твердых топлив и их низким оксида азота (NOX) / диоксид серы (SO2) эмиссионные характеристики.
Есть два основных типа систем FBC эксплуатируемых в настоящее время в секторе ICI:
(1) кипящим слоем — работающий при скорости псевдоожижения, которая меньше, чем конечной скорости отдельных частиц слоя, и (2) циркулирующим слоем — работающих при флюидизации скорости, которая превышает предельную скорость отдельных частиц слоя.
3. стокер (Stoker)
Stoker котлы давно используются. В стокер котлах топливо сгорает в относительно тонких слоев на вершине «колосниковой решетки.» Stoker котлы, как правило, характеризуются в зависимости от способа топливо транспортируется в камине. Есть несколько способов сделать это. Наиболее распространенным типом является разбрасыватель кочегаром, где топливо «распространение» над решеткой, что позволяет штрафы воспламеняться в виде суспензии в то время как более тяжелые куски падают на решетку и сжигаются. Другой тип, недокармливать кочегаров, по существу «толчок» топливо в нижней части слоя топлива, где оно volatized и сжигаемого к тому времени она достигает верхней части кровати. Цепь-скрежещет, путешествующий-скрежещет и водяным охлаждением вибрационного натереть кочегары менее распространенные конфигурации, но все достижения цели поддержания тонкого слоя горящего топлива на решетке.
Как и с котлами ПК, тепло передается от огня и продуктов горения в watertubes на стенках котла. Топки может записать различные твердого топлива, в том числе угля и различных древесных и топливных отходов.
4. водотрубные
Большой водотрубные.
Как следует из названия, большая категория Водотрубный Котёл классифицируется по своим размерам. Размеры варьируются обычно составляет от 10 до 10000 млн БТЕ в час (БТЕ / час). Большие водотрубные котлы составляют большинство производства пара и в основном используют твердые виды топлива. Они включают в себя технологии котла, описанные выше, которые включают ПК, FBC и Стокер котлов. Емкость водотрубные более высокого ICI котлы часто используют предварительный нагрев воздуха для горения, чтобы улучшить общую эффективность.
В водотрубные котлы, топливо сжигают в центральной камере (печь, кровать, или колосниковой решетки) и сгорания Перечисления газа тепловой энергии, за счет излучения и конвекции, в воде, циркулирующей в металлических трубах. Количество трубок сильно варьируется в зависимости от мощности котла. Эти watertubes часто сваривают друг с другом с образованием стенки камеры сгорания в так называемом «WaterWall.» Вода циркулирует по трубам, и поток разработан специально для использования различных температурных зон для достижения конкретных условий пара. Водотрубными котлы могут производить пар при очень высоких температурах и давлениях, но эти котлы имеют тенденцию быть более сложным и дорогим, чем жаротрубно-дымогарными единиц.
Малый водотрубные.
С точки зрения населения котла ICI, большинство водотрубные котлы имеют размеры менее 10 БТЕ / ч и, следовательно, характеризуется как маленький. Эти небольшие watertubes в основном нефтегазоперспективных котлах. Водотрубными котлы используются в различных приложениях, начиная от поставки большого количества технологического пара для обеспечения космической тепла и горячей воды для промышленных, коммерческих и организационных объектов. По сути, эти котлы работают в одних и тех же принципах, что и у их «больших» коллег.
5. жаротрубно-дымогарные
Блоки жаротрубно-дымогарные, как правило, самые маленькие котлы, с большинством емкостями меньше, чем 10 БТЕ / ч. Почти все жаротрубно-дымогарными котлы сжигают нефть, газ, или оба продукта. В газотрубный котёл, «огонь» и вода в рабочих места . Вода хранится в основном корпусе котла, в то время как газообразные продукты сгорания проходят через одну или несколько металлических труб внутри корпуса котла. Тепло передается в воду за счет теплопроводности от жаротрубно-дымогарными (ов) в окружающую воду. Жаротрубно-дымогарными котлы характеризуются количеством «проходов» в firetubes сделать через котловой воды. Увеличение числа проходов повышает общую эффективность. Преимущества жаротрубно-дымогарными котлов являются их простота и низкая стоимость. Смешивание воды в одной большой камере делает газотрубный котёл хорошо подходит для получения горячей воды или пара низкого давления. Жаротрубно-дымогарными котлы, как правило, предварительно изготовлены и отправлены на объект.
Использованные источники
- CIBO (2003). Council of Industrial Boiler Owners. “Energy Efficiency & Industrial Boiler Efficiency: An Industrial Perspective.”
- Clever-Brooks (2008). “Boiler Efficiency — Facts You Should Know About Firetube Boilers and Efficiency», Cleaver-Brooks, boilerspe c.com/EmmisEffic/boi ler_efficiency_facts.pdf.
- DOE (2004). US Department of Energy. “Biomass Co-firing in Coal-Fired Boilers”, July 2004.
- EEA (2004). Energy and Environmental Analysis, Inc. “CHP Emission Calculator Documentation (Draft)”. Submitted to Oak Ridge National Laboratory, August 2004. available at eea-inc.com/dgchp_reports/CHP-Emissions-Calculator.pdf
- EEA (2005). Energy & Environmental Analysis, Inc. “Characterization of the U.S.
- Industrial/Commercial Boiler Population.” Submitted to Oak Ridge National Laboratory, March 2005. Submitted by EEA: Arlington, VA.
- EERE (2006a). US Dept. of Energy Efficiency and Renewable Energy. “Energy Tips-Steam: Upgrade Boilers with Energy-Efficient Burners.” Industrial Technologies Program: Tip Sheet #24. Retrieved from eere.energy.gov/industry/bestpractices.
- EERE (2006b). US Dept. of Energy Efficiency and Renewable Energy. “Energy Tips-Steam: Consider Installing Turbulators on Two- and Three- Pass Firetube Boilers.” Industrial Technologies Program: Tip Sheet #25. Retrieved from eere.energy.gov/industry/bestpractices.
- EERE (2006e). “Energy Tips-Steam: Return Condensate to the Boiler.” Industrial Technologies Program: Tip Sheet #8. Retrieved from eere.energy.gov/industry/bestpractices/tip_sheets_steam.html
- EERE (2006f). “Energy Tips-Steam: Recover Heat from Boiler Blowdown.” Industrial Technologies Program: Tip Sheet #10. Retrieved from eere.energy.gov/industry/bestpractices/tip_sheets_steam.html.
- EIA (2008). Energy Information Administration. “Voluntary Reporting of Greenhouse Gases Program (Fuel and Energy Source Codes and Emission Coefficients)”, from Website eia.doe.gov/oiaf/1605/coefficients.html. Accessed February 19, 2008
- EnerCon (2008). EnerCon Consultancy Services. energyconcepts.tripod.com/energyconcepts/. Accessed February 19, 2008.
- EPA (1994). Office of Air & Radiation. “Alternate Control Techniques Document — NOX emissions from Industrial/Commercial/Institutional Boilers.” Office of Air Quality Planning and Standards: Research Triangle Park, NC 27711.
- EPRI (1990). Electric Power Research Institute. “Pinch Technology: A primer”, EPRI CU-6775, March 1990.
- Ganapathy, V. (2003). Industrial Boilers and Heat Recovery Generators — Design, Applications and Calculations». CRC Press.
- ICF International, 2010. CHP Installation Database, Maintained for U.S. DOE and Oak Ridge National Laboratory.
- Lars Strömberg, Göran Lindgren, Jürgen Jacoby, Rainer Giering, Marie Anheden, Uwe Burchhardt, Hubertus Altmann, Frank Kluger and Georg-Nikolaus Stamatelopoulos. “Update on Vattenfall’s 30 MWth Oxyfuel Pilot Plant in Schwarze Pumpe.” Energy Procedia: GHGT9 Procedia Volume 1, Issue 1, February 2009, Pages 581-589. sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B984K-4W0S FYG- 2P&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId= 1162265132&_rerunOrigin=google&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid =10&md5=8696c294e0d37d8cf7931dd9e86d1f47
- Llinares, V and Smith, S.H. (1980). “Effects of coal use in an oil-fired furnace”, Combustion Engineering Inc. TIS-6787, presented at the Seminar on the Use of Coal in Oil Design Utility Boilers, Dec 2-4, 1980.
- NESCAUM & MANE-VU (2005). “Assessment of Control Technology Options for BART Eligible Sources: Steam Electric Boilers, Industrial Boilers, Cement Plants, and Pulp and Paper Facilities.” Prepared by NESCAUM & MANE-VU for the USEPA.
- ORNL (2004). Oak Ridge National Laboratory, “Guide to Combined heat and Power Systems for Boilers Owners and Operators”, ORNL/TM-2004/144, July 30, 2004
- Richards, C.L. (1978). “Conversion to coal – Fact or Fiction?”, Combustion Engineering Inc. TIS-5775, April 1978
- Stanford University Global Climate & Energy Project, An Assessment of Carbon Capyure Technology and Research Opportunities, Spring 2005. gcep.stanford.edu/pdfs/assessments/carbon_capture_assessment.pdf
- United States Department of Energy (US DOE), 2009. “An Assessment of the Commercial Availability of Carbon Dioxide Capture and Storage Technologies as of June 2009,” Washington, D.C. U.S. Department of Energy, Office of Scientific and Technical Information. June 2009. pnl.gov/science/pdf/PNNL-18520_Status_of_CCS_062009.pdf
- United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA), Office of Atmospheric Programs, Climate Protection Partnerships Division/Climate Change Division, Climate Leaders Greenhouse Gas Inventory Protocol Offset Project Methodology for Project Type: Industrial Boiler Efficiency (Industrial Process Applications), August 2008, Version 1.3 epa.gov/climateleaders/documents/resources/industrial_boiler_protocol.pdf
Полный текст публикации (англ.). Формат pdf