LO NOx горелка представляет собой тип горелки , которая обычно используется в коммунальных котлах для производства пара и электричества .
Фон [ править ]
Первое открытие [ править ]
Примерно в 1986 году влиятельный австралийский изобретатель Джон Джойс (известный в компании Bowin Cars ) впервые узнал об оксидах азота ( NO x ) и их роли в образовании смога и кислотных дождей . Его первое знакомство со сложностями этого предмета стало возможным благодаря работе Фреда Барнса и доктора Джона Бромли из Энергетической комиссии штата Западная Австралия. [1]
Подавляющее большинство исследований и разработок, проводившихся на протяжении более двадцати лет, касалось крупномасштабных промышленных горелок и сложных механизмов, которые, в конце концов, не давали того, что можно было бы считать низким уровнем NO x (2 нг / Дж или ~ 4 ppm при 0% О 2 на сухой основе ). [2]
Фактически в то время 15 нг / Дж NO 2, по- видимому, считалось низким содержанием NO 2 . Единственное ясное сообщение, которое пронеслось через всю массу информации, которую он изучал, - это влияние температуры на образование NO x .
«Потребность - мать изобретений» [ править ]
В конце 1980-х годов органы здравоохранения и охраны окружающей среды Австралии выразили обеспокоенность по поводу качества воздуха в помещениях и того, что газовые обогреватели , особенно старого типа, способствовали повышению уровня диоксида азота (NO 2 ) выше допустимого . Следовательно, в 1989 году Департамент школьного образования Нового Южного Уэльса инициировал обширное исследование диоксида азота в школах по всему Новому Южному Уэльсу. В качестве временной меры органы здравоохранения сообщили, что уровень NO 2 в 0,3 промилле должен стать верхним пределом для классных комнат. [3] Австралийская ассоциация газав свою очередь снизил уровень выбросов NO 2 в помещении для обогревателей, не попадающих на дымовой газ, с 15 до 5 нг / Дж, и это остается текущим пределом. [4] Правительство Нового Южного Уэльса через Департамент общественных работ также пересмотрело альтернативные методы обогрева классных комнат, чтобы обеспечить безопасную и здоровую среду для учащихся.
Именно в этом контексте компания Bowin Technology Джона Джойса приступила к осуществлению крупной программы исследований и разработок, направленной на минимизацию выбросов диоксида азота из нагревателей неотработанного газа. Bowin Technology поставила перед собой задачу решить проблему выбросов в ее источнике: газовой горелке . Это произошло вопреки в целом давнему мнению экспертов по газу, что коммерчески оправданные усовершенствования газовых горелок не могут обеспечить резкое снижение содержания 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 СМИ в Новом Южном Уэльсе, в которых подчеркивалось влияние этого химического вещества на респираторно- чувствительных людей, таких как астматики и люди с бронхиальной болезнью. проблемы.
В разгар дебатов о качестве воздуха в помещениях различным государственным учреждениям Австралии посоветовали перейти на газовые обогреватели с дымоходом и электрическое отопление .
Напротив, в Новом Южном Уэльсе благодаря совместным действиям Австралийской газовой световой 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 по газовым устройствам для выбросов диоксида азота NO 2 из обогревателей без обогрева, которые в настоящее время приняты по всей Австралии. [4]
Джону Джойсу стало известно, что ни один другой зарубежный регулирующий орган не делал различия между NO и NO 2 в своих директивах или кодексах по охране окружающей среды. Кроме того, выяснилось, что требования к общему уровню оксидов азота выполнялись независимо от того, были ли выбросы отводящимися или нет.
Следовательно, Джон Джойс узнал, что «безвредная» часть выбросов NO x , оксид азота (NO), в присутствии углеводородов (таких как бытовые аэрозольные пропелленты , возможные утечки газа и попадание выхлопных газов транспортных средств) превращается в NO 2 . Так было в ходе расследования школы Нового Южного Уэльса. [3] В научном смысле стало практикой рассчитывать и NO + NO 2 при измерении уровней оксидов азота в выбросах. Отсюда теперь обычно используется ссылка на «общий NO x ».
Парниковые газы и фотохимический смог [ править ]
Природный газ по составу имеет явное преимущество перед другими ископаемыми видами топлива с точки зрения диоксида углерода , твердых частиц и диоксидов 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 поставках и вводят строгие нормы для производителей и установщиков бытовой техники против утечки газа .
Тем не менее, экологи считают образование оксидов азота главной угрозой в образовании парниковых газов и фотохимического смога . Взаимодействие NOx с углеводородами выхлопных газов автомобилей и солнечным светом также может привести к образованию озона низкого уровня . В стратосфере (примерно 25 км). Озон помогает поглощать наиболее сильную часть ультрафиолетового излучения солнца, но на уровне земли он повреждает материалы и растительность. Он раздражает горло, легкие и глаза, а тяжелые упражнения или работа могут стать болезненными. Кроме того, эффективность закиси азота как парникового газа увеличивается за счет ее более длительного срока службы, чем ууглекислый газ , метан и ХФУ.
По сути, скорость образования озона низкого уровня определяется углеводородами, в то время как наличие оксидов азота влияет на количество, которое он производит. На этом этапе экологические дебаты принимают неожиданный оборот, поскольку отдельные отрасли склонны обвинять друг друга в выбросах как вероятную причину.
Лучшая доступная технология управления (BACT) [ править ]
Хорошо известно, что обычные горелки с « голубым пламенем » или газом Бунзена производят оксиды азота на уровне 30-50 нанограммов на джоуль [5] [6] и, как таковые, не считаются потенциально способными к снижению NOx. Горелки с поверхностным сжиганием или излучающие плиточные горелки производят уровни оксидов азота на 60-70% меньше. [6] Таким образом, исследования Джона Джойса горелок с низким уровнем выбросов NO x касались главным образом методов поверхностного сжигания. Другой проблемой было влияние температуры горения на образование NO x .
Задача Джона Джойса стала еще более сложной, когда он решил не направлять свое развитие на лучистые плитки для поверхностного горения. Использование лучистого обогрева для большинства институциональных целей (кроме точечного обогрева) считается непрактичным, поскольку оно слишком горячее рядом с обогревателем, в то время как потеря лучистого тепла на расстоянии, которое необходимо достичь, весьма значительна.
Исследования многочисленных разработок других типов горелок с низким уровнем выбросов NOx показали, что до сих пор такие горелки были либо слишком сложными по конструкции или эксплуатации, либо слишком дорогими или непригодными. План Джона Джойса состоял в том, чтобы использовать сетку из жаропрочной стали, и продолжил производство множества прототипов горелок, пока одна из них не показала «потенциал».
Научно-инновационный характер технологий LO-NO x Джона Джойса подтвержден полной патентной защитой в Австралии , США , Великобритании , Японии , Италии и Франции .
В 1993 году Джон Джойс получил австралийскую премию в области дизайна и статус «Выбор музея электростанции» за свою серию обогревателей «SLE», включающую горелки LO-NO x .
Австралийская академия дизайна выбрала серию газовых обогревателей SLE для показа на выставке Design Showcase во время национальной конференции "Инновации в дизайне" в октябре 1994 года.
В Соединенных Штатах горелки водонагревателей LO-NO x John Joyce успешно прошли серию исчерпывающих испытаний, чтобы доказать, что эти конкретные горелки не действуют как источник воспламенения в присутствии легковоспламеняющихся паров, возникающих в результате случайной утечки топлива. Также были проведены обширные испытания для подтверждения снижения содержания NO 2 .
Энергетическая эффективность [ править ]
Более ощутимая экономия затрат определяется при сравнении энергоэффективности газовых обогревателей с низким уровнем выбросов NO x с традиционными типами с дымоходом. Газовые обогреватели, имеющие проблемы с выбросами, по сути своей теряют значительную энергию в виде горячих дымовых газов в атмосферу. Кроме того, выбор размещения дымоходных обогревателей сильно затруднен из-за ограничений по установке дымохода.
Напротив, специальные газовые обогреватели с низким уровнем выбросов не требуют системы дымоудаления. Кроме того, с введением датчиков истощения кислорода и термостатических регуляторов, они перестали полагаться на вентиляцию, как это было раньше. Эти обогреватели можно разместить более удобно и централизованно, чтобы обеспечить оптимальное распределение теплого воздуха. По определению, газовые обогреватели с низким содержанием NO x эффективны на 100%, поскольку вся тепловая энергия, выделяемая из пламени, преобразуется в полезное тепло.
Применение технологий [ править ]
- Газовые обогреватели негорючего газа
- Газовые обогреватели дымового газа
- Газовые водонагреватели накопительные
Ссылки [ править ]
- ↑ Джойс, Дж. (5 августа 1991 г.), В поисках низкого уровня NO x , Конференция Австралийской газовой ассоциации
- ^ Австралийский патентный документ №: AU-B-16047/92
- ^ а б С. Макфейл и А. Беттс; Обогреватели дымовых газов в Правительственных школах Нового Южного Уэльса, 11-я конференция по чистому воздуху, Clean Air Soc Aust и Новая Зеландия, 5–10 июля 1992 г., Брисбен
- ^ a b AS 4553-2000 (AG 103-2000) Газовые обогреватели
- ^ Сверхнизким NO 2 Unflued газа Подогреватель исследование , др Ибрагим Тас, 2004
- ^ a b Дж. Бромли и Донг-ке Чжан, Комментарий к опубликованной статье Луи С. Пилотто и соавторов Центра топлива и энергии, Технологический университет Кертина , Перт, Вашингтон, посвященный работе с обогревателями помещения без подпиточного газа в школах.
Внешние ссылки [ править ]
- Нормы выбросов оксидов азота для бытовых газовых приборов - предварительное исследование
