La soluzione con turbina a gas consente alla centrale elettrica cinese di ridurre le emissioni di NOx

I governi di tutto il mondo stanno reprimendo le emissioni di ossido di azoto (NOx), non solo per i trasporti, ma anche per le turbine a gas, costringendo gli operatori a investire in attrezzature per soddisfare standard sempre più severi.

Per garantire che un propulsore a ciclo combinato da 500 MW a Tongzhou in Cina potesse soddisfare la nuova legislazione, Sulzer ha progettato un sistema di regolazione automatica della regolazione della combustione (CATS) personalizzato, scrive Lucas How.

La soluzione avanzata a circuito chiuso ha evitato le grandi spese in conto capitale e i lunghi tempi di consegna della denitrazione dei gas di scarico e degli aggiornamenti dei bruciatori, il tutto garantendo al tempo stesso l’efficienza della turbina a gas attraverso il bilanciamento dei parametri chiave durante il funzionamento.

Nel 2021, la provincia cinese di Jiangsu ha annunciato il suo "Standard di emissione di inquinanti atmosferici per turbine a gas stazionarie", in base al quale entro marzo 2023 tutte le turbine a gas nell'area dovranno raggiungere un limite di emissione di NOx pari a 30 mg/m3 (stato standard, base secca , 15% O2).

Ciò ha rappresentato una sfida per una centrale elettrica a Tongzhou. Si è scoperto che la turbina a gas Siemens V94.2 dell'impianto emetteva tra 35 e 45 mg/m3 di NOx durante il normale funzionamento. Per soddisfare il nuovo standard sulle emissioni, era chiaro che la turbina necessitava di una soluzione di retrofit.

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Gli operatori dell'impianto si sono rivolti a Sulzer, un fornitore di servizi globale indipendente per apparecchiature rotanti con una tradizione senza eguali.

Grazie ad una rete mondiale di centri di assistenza specializzati, Sulzer fornisce riparazioni e aggiornamenti di livello mondiale per tutti i tipi di turbomacchine. Con il suo incessante approccio all'innovazione, Sulzer offre soluzioni leader di mercato per soddisfare le moderne esigenze operative delle turbine a gas. Di conseguenza, è stata una scelta naturale collaborare con l’azienda per identificare l’approccio migliore per ridurre le emissioni.

La prima opzione esplorata da Sulzer è stata la denitrazione dei gas di combustione. Analogamente ai veicoli diesel che utilizzano AdBlue, una soluzione di urea verrebbe introdotta nel flusso di gas per effettuare la riduzione catalitica selettiva (SCR), un metodo ben consolidato per ridurre le emissioni di NOx.

Tuttavia, poiché la turbina non era dotata di questo sistema, richiederebbe un CAPEX di circa 2 milioni di dollari e una spesa operativa annuale di 685.000 dollari.

Un'opzione più conveniente era l'aggiornamento del bruciatore. Tuttavia, la sostituzione di una cartuccia del bruciatore a basso contenuto di NOx equivarrebbe comunque a un CAPEX di 342.000 dollari e a un OPEX annuale di 137.000 dollari.

Oltre a essere soluzioni ad alto costo, entrambe le opzioni avrebbero tempi di consegna lunghi e tempi di inattività associati, non ideali per un'applicazione di generazione di energia.

Sulzer ha invece proposto una soluzione più avanzata. Bilanciando i parametri di combustione all'interno della turbina a gas, è stato possibile rispettare gli standard sulle emissioni.

Ciò richiederebbe un CATS, che potrebbe fornire un controllo dinamico e in tempo reale del processo. La sua funzione chiave sarebbe quella di ottimizzare la stabilità della combustione identificando e reagendo alle soglie operative, mantenendo le emissioni di NOx al di sotto del limite legislativo.

Sulzer stima che un sistema del genere potrebbe essere sviluppato, testato e realizzato con una spesa di circa 685'000 dollari. I principali vantaggi includevano tempi di consegna relativamente brevi e OPEX ridotti al minimo una volta che il sistema era attivo e funzionante.

Prima che il CATS potesse essere progettato, era importante identificare le caratteristiche chiave della combustione. Ciò comporterebbe la raccolta di grandi quantità di dati riguardanti la combustione delle turbine, la generazione di NOx e i controlli esistenti.

Per oltre sei mesi, Sulzer ha raccolto e analizzato decine di migliaia di serie di dati operativi delle unità, individuando i valori caratteristici delle soglie che, se superate, avrebbero influenzato la stabilità della combustione e le emissioni di NOx. Ciò contribuirebbe a creare il modello di controllo a cui i CATS aderirebbero.

Sono state condotte ricerche approfondite sulla turbina stessa. In questo contesto, sono stati effettuati test di messa a punto della combustione in diverse condizioni operative, consentendo la valutazione dei parametri.

Durante tutti i test, è stato condotto un monitoraggio continuo delle emissioni di NOx per mostrare come determinati parametri influissero sulle emissioni. La chiave era raggiungere lo standard sulle emissioni senza ridurre l’efficienza della turbina a gas.