가스 터빈 솔루션으로 중국 발전소에서 NOx 배출 감소

전 세계 정부는 운송뿐만 아니라 가스 터빈에서도 질소산화물(NOx) 배출을 단속하고 있으며, 운영자는 더욱 엄격한 기준을 충족하기 위해 장비에 투자해야 합니다.

Lucas How는 중국 Tongzhou의 500MW 복합 사이클 발전소가 새로운 규정을 충족할 수 있도록 Sulzer가 맞춤형 연소 자동 튜닝 조정 시스템(CATS)을 설계했다고 썼습니다.

고급 폐쇄 루프 솔루션은 연도 가스 탈질 및 버너 업그레이드에 따른 막대한 자본 지출과 긴 리드 타임을 방지하는 동시에 작동 중 주요 매개변수의 균형을 유지하여 가스 터빈 효율성을 보장합니다.

2021년 중국 장쑤성은 '고정식 가스터빈 대기오염물질 배출기준'을 발표해 2023년 3월까지 해당 지역 내 모든 가스터빈이 NOx 배출한도 30mg/m3(표준상태, 건식기준)을 달성해야 한다고 규정했다. , 15% O2).

이는 Tongzhou의 발전소에 도전을 안겨주었습니다. 발전소의 Siemens V94.2 가스터빈은 정상 작동 중에 35~45mg/m3의 NOx를 배출하는 것으로 밝혀졌습니다. 새로운 배기가스 배출 표준을 충족하려면 터빈에 개조 솔루션이 필요하다는 것이 분명했습니다.

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공장 운영자들은 비교할 수 없는 전통을 지닌 회전 장비의 글로벌 독립 서비스 제공업체인 Sulzer에 접근했습니다.

Sulzer는 전세계 전문 서비스 센터 네트워크를 통해 모든 유형의 터보 기계에 대해 세계적 수준의 수리 및 업그레이드를 제공합니다. 혁신에 대한 끊임없는 접근 방식을 통해 Sulzer는 가스 터빈의 현대적인 작동 요구 사항을 충족할 수 있는 시장 선도적인 솔루션을 제공합니다. 결과적으로, 이 회사는 배출량을 줄이기 위한 최선의 접근 방식을 찾는 데 협력하기로 한 자연스러운 선택이었습니다.

Sulzer가 탐구한 첫 번째 옵션은 연도가스 탈질이었습니다. AdBlue를 사용하는 디젤 차량과 유사하게, NOx 배출을 줄이기 위한 잘 확립된 방법인 선택적 촉매 환원(SCR)을 수행하기 위해 요소 용액이 가스 흐름에 도입됩니다.

그러나 터빈에는 이 시스템이 장착되지 않았기 때문에 약 200만 달러의 CAPEX와 685,000달러의 연간 운영 비용이 필요했습니다.

보다 비용 효율적인 옵션은 버너 업그레이드였습니다. 그러나 저NOx 버너 카트리지 교체는 여전히 $342,000의 CAPEX와 $137,000의 연간 OPEX에 해당합니다.

두 옵션 모두 고비용 솔루션일 뿐만 아니라 리드 타임이 길고 관련 가동 중지 시간이 길어 발전 애플리케이션에 적합하지 않습니다.

대신 Sulzer는 보다 발전된 솔루션을 제안했습니다. 가스 터빈 내 연소 매개변수의 균형을 맞추면 배출 기준을 충족할 수 있었습니다.

이를 위해서는 프로세스에 대한 실시간 동적 제어를 제공할 수 있는 CATS가 필요합니다. 주요 기능은 작동 임계값을 식별하고 이에 반응하여 연소 안정성을 최적화하고 NOx 배출량을 법적 한도 이하로 유지하는 것입니다.

Sulzer는 이러한 시스템이 약 USD 685,000에 개발, 테스트 및 구현될 수 있다고 추정했습니다. 주요 장점으로는 상대적으로 짧은 소요 시간과 시스템 가동 후 OPEX 최소화가 있었습니다.

CATS를 설계하기 전에 주요 연소 특성을 식별하는 것이 중요했습니다. 여기에는 터빈 연소, NOx 생성 및 기존 제어에 관한 대량의 데이터 수집이 포함됩니다.

Sulzer는 6개월 넘게 수만 세트의 장치 작동 데이터를 수집하고 분석하여 초과할 경우 연소 안정성과 NOx 배출에 영향을 미치는 임계값의 특성 값을 식별했습니다. 이는 CATS가 준수할 제어 모델을 만드는 데 도움이 됩니다.

터빈 자체에 대한 광범위한 연구가 수행되었습니다. 그 일환으로 다양한 작동 조건에서 연소 튜닝 테스트를 수행하여 매개변수를 평가했습니다.

모든 테스트 전반에 걸쳐 특정 매개변수가 배출에 어떤 영향을 미치는지 보여주기 위해 지속적인 NOx 배출 모니터링이 수행되었습니다. 핵심은 가스터빈의 효율을 저하시키지 않으면서 배출가스 기준을 달성하는 것이었다.