Une solution de turbine à gaz permet à une centrale électrique chinoise de réduire ses émissions de NOx

Les gouvernements du monde entier luttent contre les émissions d'oxydes d'azote (NOx), non seulement dans le secteur des transports, mais également dans celui des turbines à gaz, les exploitants devant investir dans des équipements pour répondre à des normes de plus en plus strictes.

Pour garantir qu'une centrale électrique à cycle combiné de 500 MW à Tongzhou en Chine puisse répondre à la nouvelle législation, Sulzer a conçu un système de réglage automatique de la combustion (CATS) personnalisé, écrit Lucas How.

La solution avancée en boucle fermée a permis d'éviter d'importantes dépenses d'investissement et de longs délais de dénitration des gaz de combustion et de mise à niveau des brûleurs, tout en garantissant l'efficacité de la turbine à gaz en équilibrant les paramètres clés de fonctionnement.

En 2021, la province chinoise du Jiangsu a annoncé sa « Norme d'émission de polluants atmosphériques pour les turbines à gaz stationnaires », qui stipulait que d'ici mars 2023, toutes les turbines à gaz de la région devront atteindre une limite d'émission de NOx de 30 mg/m3 (état standard, base sèche). , 15% O2).

Cela a posé un défi à la centrale électrique de Tongzhou. Il a été constaté que la turbine à gaz Siemens V94.2 de l'usine émettait entre 35 et 45 mg/m3 de NOx en fonctionnement normal. Pour répondre à la nouvelle norme d'émissions, il était clair que la turbine nécessitait une solution de modernisation.

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Les opérateurs de l'usine ont contacté Sulzer, un fournisseur de services indépendant mondial pour les équipements rotatifs doté d'un héritage inégalé.

Grâce à un réseau mondial de centres de service spécialisés, Sulzer propose des réparations et des mises à niveau de classe mondiale pour tous les types de turbomachines. Avec son approche constante de l'innovation, Sulzer propose des solutions leaders sur le marché pour répondre aux exigences d'exploitation modernes des turbines à gaz. Par conséquent, l’entreprise était un choix naturel avec lequel s’associer pour identifier la meilleure approche pour réduire les émissions.

La première option explorée par Sulzer était la dénitration des gaz de combustion. Semblable aux véhicules diesel utilisant de l'AdBlue, une solution d'urée serait introduite dans le flux gazeux pour effectuer une réduction catalytique sélective (SCR) – une méthode bien établie pour réduire les émissions de NOx.

Cependant, comme la turbine n'était pas équipée de ce système, elle nécessiterait un CAPEX d'environ 2 millions de dollars et des dépenses d'exploitation annuelles de 685 000 dollars.

Une option plus rentable consistait à mettre à niveau le brûleur. Cependant, le remplacement d'une cartouche de brûleur à faible teneur en NOx équivaudrait toujours à un CAPEX de 342 000 $ et à un OPEX annuel de 137 000 $.

En plus d'être des solutions coûteuses, les deux options entraîneraient de longs délais de livraison et des temps d'arrêt associés, ce qui n'est pas idéal pour une application de production d'électricité.

Sulzer a plutôt proposé une solution plus avancée. En équilibrant les paramètres de combustion au sein de la turbine à gaz, il était possible de respecter la norme d'émissions.

Cela nécessiterait un CATS, qui pourrait fournir un contrôle dynamique en temps réel du processus. Sa fonction clé serait d'optimiser la stabilité de la combustion en identifiant et en réagissant aux seuils opérationnels, en maintenant les émissions de NOx sous la limite législative.

Sulzer estime qu'un tel système pourrait être développé, testé et mis en œuvre pour environ 685 000 USD. Les principaux avantages comprenaient un délai d'exécution relativement court et une réduction des dépenses d'exploitation une fois le système opérationnel.

Avant de pouvoir concevoir le CATS, il était important d’identifier les principales caractéristiques de combustion. Cela impliquerait de collecter de grandes quantités de données concernant la combustion des turbines, la génération de NOx et les contrôles existants.

Pendant plus de six mois, Sulzer a collecté et analysé des dizaines de milliers d'ensembles de données de fonctionnement des unités, discernant les valeurs caractéristiques des seuils qui, s'ils étaient dépassés, affecteraient la stabilité de combustion et les émissions de NOx. Cela aiderait à créer le modèle de contrôle auquel le CATS adhérerait.

Des recherches approfondies ont été menées sur la turbine elle-même. Dans ce cadre, des tests de réglage de la combustion ont été réalisés dans différentes conditions opérationnelles, permettant d'évaluer les paramètres.

Tout au long de tous les tests, une surveillance continue des émissions de NOx a été effectuée pour montrer comment certains paramètres affectaient les émissions. La clé était d’atteindre la norme d’émissions sans réduire l’efficacité de la turbine à gaz.