Palnik LO-NOx
Palnik LO NO x kotłach to rodzaj palnika, który jest zwykle używany w komunalnych do wytwarzania pary i elektryczności .
Tło
Pierwsze odkrycie
Około 1986 roku John Joyce (znany z Bowin Cars ), wpływowy australijski wynalazca, po raz pierwszy dowiedział się o NOx tlenkach azotu ( ) i ich roli w powstawaniu smogu i kwaśnych deszczy . Jego pierwsze wprowadzenie w złożoność tematu przyniosła praca Freda Barnesa i dr Johna Bromleya ze stanowej Komisji Energii Zachodniej Australii.
Zdecydowana większość prac badawczo-rozwojowych trwających ponad dwadzieścia lat dotyczyła palników przemysłowych na dużą skalę i skomplikowanych mechanizmów, które ostatecznie nie wytwarzały tego, co można by uznać za niski poziom NO x (2 ng/J lub ~ 4 ppm przy 0% O2 w przeliczeniu na suchą masę ).
W rzeczywistości w tamtym czasie 15 ng/J NO 2 wydawało się być uważane za niskie NO 2 . Jedyną wyraźną wiadomością, która przepływała przez całą masę informacji, które studiował, był wpływ temperatury na powstawanie NO x .
„Potrzeba jest matką wynalazków”
Pod koniec lat 80-tych władze ds. zdrowia i środowiska w Australii zgłosiły obawy dotyczące jakości powietrza w pomieszczeniach i stopnia, w jakim szczególnie starsze modele grzejników gazowych bez spalin przyczyniały się do wyższych niż dopuszczalne poziomów dwutlenku azotu (NO 2 ). W rezultacie w 1989 roku Nowej Południowej Walii rozpoczął szeroko zakrojone badanie dwutlenku azotu w szkołach w całej Nowej Południowej Walii. Jako środek tymczasowy władze ds. zdrowia poinformowały, że poziom 0,3 ppm NO 2 powinna stać się górną granicą dla sal lekcyjnych. Australijskie Stowarzyszenie Gazowe z kolei obniżyło emisji NO 2 w pomieszczeniach dla grzejników gazowych bez spalin z 15 do 5 ng/J i pozostaje to aktualnym limitem. Rząd Nowej Południowej Walii, za pośrednictwem Departamentu Robót Publicznych, również dokonał ponownej oceny alternatywnych metod ogrzewania sal lekcyjnych, aby zapewnić uczniom bezpieczne i zdrowe środowisko.
W tym kontekście firma Johna Joyce'a Bowin Technology rozpoczęła duży program badawczo-rozwojowy mający na celu zminimalizowanie emisji dwutlenku azotu z niespalinowych grzejników gazowych. Bowin Technology postawiła sobie za zadanie rozwiązanie problemu emisji u jej źródła: palnika gazowego . Stało się tak pomimo powszechnego od dawna przekonania ekspertów gazowych, że uzasadnione komercyjnie ulepszenia palników gazowych nie mogą zapewnić drastycznych redukcji tlenków azotu (NO x ).
W 1989 r. szeroko rozpowszechnione artykuły i relacje w mediach w Nowej Południowej Walii wywołały natychmiastowe wezwanie do obniżenia poziomu dwutlenku azotu (NO 2 ) w pomieszczeniach, podkreślając wpływ tej substancji chemicznej na osoby wrażliwe na drogi oddechowe , takie jak astmatycy i osoby z zapaleniem oskrzeli problemy.
W ferworze debaty na temat jakości powietrza w pomieszczeniach różne instytucje stanowe w Australii otrzymały zalecenie przejścia na grzejniki spalinowe i ogrzewanie elektryczne .
Natomiast Nowa Południowa Walia, dzięki połączonym działaniom Australian Gas Light Company , władz służby zdrowia i Departamentu Robót Publicznych Nowej Południowej Walii, sformułowała wstępne wytyczne dotyczące jakości powietrza w pomieszczeniach. Wytyczne te stanowiły podstawę ograniczeń Australijskiego Kodeksu Urządzeń Gazowych dotyczących emisji dwutlenku azotu NO 2 z grzejników bez spalin, obecnie przyjętych w całej Australii.
John Joyce zdał sobie sprawę, że żaden inny zagraniczny organ regulacyjny nie dokonał rozróżnienia między NO i NO 2 w swoich wytycznych lub kodeksach środowiskowych. Ponadto okazało się, że wymogi dotyczące całkowitego poziomu tlenków azotu obowiązywały niezależnie od tego, czy emisje były odprowadzane, czy nie.
W rezultacie John Joyce dowiedział się, że „nieszkodliwa” część emisji NO x , tlenek azotu (NO), w obecności węglowodorów (takich jak domowe propelenty w aerozolu , możliwe wycieki gazu i wnikanie spalin samochodowych) przekształca się w NO 2 . Tak było w przypadku dochodzenia w szkole w Nowej Południowej Walii. W sensie naukowym praktyką stało się obliczanie zarówno NO + NO 2 , podczas pomiaru poziomu tlenków azotu w emisjach. Stąd obecnie powszechnie używane odniesienie do „całkowitego NOx ” .
Gaz cieplarniany i smog fotochemiczny
Gaz ziemny pod względem składu ma wyraźną przewagę nad innymi paliwami kopalnymi pod względem ilości dwutlenku węgla , cząstek stałych i dwutlenku siarki powstających podczas przetwarzania na użyteczną energię . Na początku lat 90. wiele krajów zastępowało ropę i węgiel gazem ziemnym w celu zaspokojenia potrzeb energetycznych i elektrycznych .
Aby utrzymać tę przewagę jako paliwa „przyjaznego dla środowiska”, australijskie przedsiębiorstwa gazownicze skutecznie zmniejszają straty gazu ( emisje metanu ) w swoich dostawach i nakładają na producentów urządzeń i instalatorów surowe przepisy dotyczące wycieków gazu .
Niemniej jednak eksperci ds. ochrony środowiska postrzegają produkcję tlenków azotu jako główne zagrożenie w powstawaniu gazów cieplarnianych i smogu fotochemicznego . Interakcja NO x z węglowodorami pochodzącymi ze spalin samochodowych i światła słonecznego może również powodować tworzenie się ozonu o niskim stężeniu . W stratosferze (na wysokości około 25 km) ozon pomaga absorbować silniejszą część promieniowania ultrafioletowego słońca, ale na poziomie gruntu uszkadza materiały i roślinność. Podrażnia gardło, płuca i oczy, a intensywne ćwiczenia lub praca mogą stać się bolesne. Ponadto skuteczność podtlenku azotu jako gazu cieplarnianego jest potęgowana przez jego dłuższą żywotność niż dwutlenek węgla , metan i CFC.
Zasadniczo szybkość tworzenia się ozonu o niskim stężeniu zależy od węglowodorów, podczas gdy dostępność tlenków azotu wpływa na ilość wytwarzanego ozonu. W tym momencie debata środowiskowa przybiera zaskakujący obrót, ponieważ poszczególne branże mają tendencję do wzajemnego obwiniania emisji jako prawdopodobnej przyczyny.
Najlepsza dostępna technologia sterowania (BACT)
Powszechnie wiadomo, że konwencjonalne palniki z „ NOx błękitnym płomieniem ” lub gazem Bunsena wytwarzają tlenki azotu na poziomie 30-50 nanogramów na dżul i jako takie nie uważa się, że mają potencjał redukcji . W porównaniu z palnikami do spalania powierzchniowego lub palnikami promiennikowymi poziom tlenków azotu jest o 60-70% niższy. Dlatego badania Johna Joyce'a nad palnikami o niskiej emisji NO x dotyczyły głównie technik spalania powierzchniowego. Kolejnym zagadnieniem był wpływ temperatur spalania na powstawanie NO x .
Zadanie Johna Joyce'a stało się jeszcze trudniejsze, gdy postanowił nie kierować swojego rozwoju w kierunku płytek do spalania powierzchniowego typu promieniującego. Stosowanie ogrzewania promiennikowego do większości celów instytucjonalnych (innych niż ogrzewanie punktowe) jest uważane za niepraktyczne, ponieważ blisko grzejnika jest zbyt gorąco, a utrata ciepła promieniującego na odległość, którą należy osiągnąć, jest dość dramatyczna.
Badania nad licznymi opracowaniami innych typów palników o „niskim poziomie NOx ” wykazały, że dotychczas takie palniki były albo zbyt skomplikowane pod względem konstrukcji lub działania, zbyt drogie lub nieodpowiednie. Plan Johna Joyce'a polegał na użyciu siatki ze stali wysokotemperaturowej i zaczął produkować dziesiątki prototypowych palników, dopóki jeden nie wykazał „potencjału”.
Naukowo innowacyjny charakter technologii Johna Joyce'a LO-NO x jest potwierdzony pełną ochroną patentową w Australii , Stanach Zjednoczonych , Wielkiej Brytanii , Japonii , Włoszech i Francji .
W 1993 roku John Joyce otrzymał nagrodę Australian Design Award i status Powerhouse Museum Selection za swoją gamę grzejników „SLE”, które zawierają palniki LO-NO x .
Australijska Akademia Projektowania wybrała serię niespalinowych nagrzewnic gazowych SLE do zaprezentowania w Design Showcase podczas Krajowej Konferencji „Innovation by Design” w październiku 1994 r.
W Stanach Zjednoczonych palniki do podgrzewaczy wody LO-NO x firmy John Joyce pomyślnie przeszły szereg wyczerpujących testów, które wykazały, że te konkretne palniki nie działają jako źródło zapłonu w obecności łatwopalnych oparów powstałych w wyniku przypadkowego rozlania paliwa. Przeprowadzono również szeroko zakrojone testy w celu zweryfikowania jego redukcji NO 2 .
Efektywność energetyczna
Bardziej namacalne oszczędności kosztów można określić, porównując efektywność energetyczną nagrzewnic gazowych o niskiej emisji NO x z konwencjonalnymi typami kominów. Nagrzewnice gazowe z problemami z emisją są odprowadzane i z natury tracą znaczną energię w postaci gorących gazów spalinowych do atmosfery. Ponadto wybór rozmieszczenia nagrzewnic spalinowych jest znacznie ograniczony ze względu na ograniczenia instalacji spalinowej.
Natomiast dedykowane niskoemisyjne nagrzewnice gazowe nie wymagają instalacji spalinowej. Co więcej, wraz z wprowadzeniem czujników wyczerpania tlenu i kontroli termostatycznych, nie polegają tak krytycznie na wentylacji, jak miało to miejsce. Nagrzewnice te można ustawić w wygodniejszy sposób i centralnie, aby uzyskać optymalną dystrybucję ciepłego powietrza. Z definicji nagrzewnice gazowe o niskiej zawartości NO x bez spalin są w 100% wydajne, ponieważ cała energia cieplna uwalniana z płomienia jest przekształcana w ciepło użytkowe.
Zastosowania technologii
- Nagrzewnice gazowe bez spalin
- Nagrzewnice spalinowe na gaz
- Podgrzewacze wody opalane gazem