Solução de turbina a gás faz com que usina chinesa reduza emissões de NOx

Os governos de todo o mundo estão a reprimir as emissões de óxido de azoto (NOx), não só para os transportes, mas também para as turbinas a gás, tendo os operadores de investir em equipamentos para cumprir normas cada vez mais rigorosas.

Para garantir que uma usina de ciclo combinado de 500 MW em Tongzhou, na China, pudesse atender à nova legislação, a Sulzer projetou um sistema de ajuste automático de ajuste automático de combustão (CATS) personalizado, escreve Lucas How.

A solução avançada e de circuito fechado evitou grandes despesas de capital e longos prazos de desnitrificação de gases de combustão e atualizações de queimadores – ao mesmo tempo que garantiu a eficiência da turbina a gás através do equilíbrio de parâmetros-chave em operação.

Em 2021, a província de Jiangsu, na China, anunciou seu 'Padrão de emissão de poluentes atmosféricos para turbinas a gás estacionárias', que estipulava que, até março de 2023, todas as turbinas a gás na área teriam que atingir um limite de emissão de NOx de 30 mg/m3 (estado padrão, base seca , 15% O2).

Isso representou um desafio para uma usina de energia em Tongzhou. Descobriu-se que a turbina a gás Siemens V94.2 da usina emite entre 35 a 45 mg/m3 de NOx durante o funcionamento normal. Para atender ao novo padrão de emissões, ficou claro que a turbina precisava de uma solução de modernização.

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Os operadores da fábrica contataram a Sulzer, uma fornecedora global independente de serviços para equipamentos rotativos com tradição incomparável.

A partir de uma rede mundial de centros de serviços especializados, a Sulzer fornece reparos e atualizações de classe mundial para todos os tipos de turbomáquinas. Com sua abordagem incansável à inovação, a Sulzer oferece soluções líderes de mercado para atender às modernas demandas operacionais de turbinas a gás. Consequentemente, a empresa foi uma escolha natural de parceria na identificação da melhor abordagem para reduzir as emissões.

A primeira opção explorada pela Sulzer foi a desnitrificação dos gases de combustão. Tal como acontece com os veículos diesel que utilizam AdBlue, uma solução de ureia seria introduzida no fluxo de gás para realizar a redução catalítica selectiva (SCR) – um método bem estabelecido para reduzir as emissões de NOx.

No entanto, como a turbina não tinha este sistema instalado, seria necessário um CAPEX de cerca de 2 milhões de dólares e uma despesa operacional anual de 685.000 dólares.

Uma opção mais econômica era uma atualização do queimador. No entanto, a substituição do cartucho do queimador com baixo teor de NOx ainda equivaleria a um CAPEX de US$ 342.000 e um OPEX anual de US$ 137.000.

Além de serem soluções de alto custo, ambas as opções teriam longos prazos de entrega e tempos de inatividade associados, o que não seria ideal para uma aplicação de geração de energia.

Em vez disso, a Sulzer propôs uma solução mais avançada. Ao equilibrar os parâmetros de combustão dentro da turbina a gás, foi possível que o padrão de emissões fosse atendido.

Isso exigiria um CATS, que poderia fornecer controle dinâmico e em tempo real do processo. A sua principal função seria optimizar a estabilidade da combustão, identificando e reagindo aos limites operacionais, mantendo as emissões de NOx abaixo do limite legislativo.

Sulzer estimou que tal sistema poderia ser desenvolvido, testado e implementado por cerca de US$ 685.000. As principais vantagens incluíam um tempo de resposta relativamente curto e OPEX minimizado quando o sistema estava instalado e funcionando.

Antes que o CATS pudesse ser projetado, era importante identificar as principais características da combustão. Isto envolveria a recolha de grandes quantidades de dados relativos à combustão das turbinas, à geração de NOx e aos controlos existentes.

Durante mais de seis meses, a Sulzer coletou e analisou dezenas de milhares de conjuntos de dados operacionais de unidades, discernindo os valores característicos dos limites que, se excedidos, afetariam a estabilidade da queima e as emissões de NOx. Isto ajudaria a criar o modelo de controlo ao qual o CATS aderiria.

Extensas pesquisas foram conduzidas na própria turbina. Como parte disso, foram realizados testes de ajuste de combustão em diversas condições operacionais, permitindo a avaliação de parâmetros.

Ao longo de todos os testes, foi realizado monitoramento contínuo das emissões de NOx para mostrar como determinados parâmetros afetaram as emissões. A chave era atingir o padrão de emissões sem reduzir a eficiência da turbina a gás.