Comment une centrale électrique au charbon contrôle-t-elle les émissions de NOx ?

En tant que fournisseur du secteur des centrales électriques au charbon, j'ai été témoin de l'importance cruciale du contrôle des émissions d'oxydes d'azote (NOx). Les NOx, qui comprennent le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO₂), sont un groupe de gaz hautement réactifs produits lors de la combustion de combustibles fossiles, comme le charbon. Ces émissions contribuent à divers problèmes environnementaux et sanitaires, notamment le smog, les pluies acides et les problèmes respiratoires. Dans ce blog, j'explorerai les différentes méthodes et technologies utilisées par les centrales électriques au charbon pour contrôler les émissions de NOx.

Comprendre la formation de NOx dans les centrales électriques au charbon

Avant d'aborder les méthodes de contrôle, il est essentiel de comprendre comment les NOx se forment dans les centrales électriques au charbon. Il existe trois principaux mécanismes de formation de NOx : les NOx thermiques, les NOx de carburant et les NOx rapides.

• NOx thermique: Ce type de NOx se forme lorsque l'azote et l'oxygène présents dans l'air de combustion réagissent à des températures élevées. La formation thermique de NOx dépend fortement de la température, la vitesse de réaction augmentant de façon exponentielle à mesure que la température augmente. Dans les centrales électriques au charbon, les NOx thermiques constituent généralement la principale source d’émissions de NOx.
• NOx de carburant: Les NOx de carburant sont formés à partir de l'oxydation des composés contenant de l'azote dans le charbon. Lorsque le charbon est brûlé, l'azote contenu dans le charbon est libéré sous forme de composés azotés volatils, qui peuvent ensuite réagir avec l'oxygène pour former du NOx. La quantité de NOx produite dépend de la teneur en azote du charbon et des conditions de combustion.
• Invite NOx: Le NOx rapide est formé par une série de réactions chimiques qui se produisent dans le front de flamme pendant la combustion. Ces réactions impliquent l’interaction de l’azote de l’air avec les radicaux hydrocarbures présents dans le carburant. Les NOx rapides représentent généralement une fraction relativement faible des émissions totales de NOx dans les centrales électriques au charbon.

Stratégies de contrôle des NOx

Les centrales électriques au charbon utilisent diverses stratégies pour contrôler les émissions de NOx. Ces stratégies peuvent être globalement classées en deux catégories : les modifications de combustion et les technologies de contrôle post-combustion.

Modifications de combustion

Les modifications de combustion impliquent de modifier le processus de combustion pour réduire la formation de NOx. Ces modifications peuvent être mises en œuvre dès la phase de conception de la centrale électrique ou modernisées sur des centrales existantes. Certaines techniques courantes de modification de la combustion comprennent :

• Brûleurs à faible NOx (LNB): Les LNB sont conçus pour réduire la formation de NOx en contrôlant le mélange de carburant et d'air dans la zone de combustion. En créant un processus de combustion plus échelonné, les LNB peuvent abaisser la température maximale de la flamme et réduire le temps de séjour du carburant et de l'air à des températures élevées, réduisant ainsi la formation de NOx thermiques. Les LNB peuvent généralement atteindre des taux de réduction des NOx de 30 à 60 % par rapport aux brûleurs conventionnels.
• Air de surchauffe (OFA): L'OFA est une technique dans laquelle une partie de l'air de combustion est introduite au-dessus de la zone de combustion principale. Cela crée une zone riche en combustible dans la partie inférieure du four, où la concentration en oxygène est faible, et une zone pauvre en combustible dans la partie supérieure du four, où la concentration en oxygène est élevée. En réduisant la concentration d'oxygène dans la zone de combustion primaire, l'OFA peut abaisser la température maximale de la flamme et réduire la formation de NOx thermiques. L'OFA peut généralement atteindre des taux de réduction des NOx de 20 % à 50 % lorsqu'il est utilisé en combinaison avec des LNB.
• Recirculation des gaz de combustion (RGF): Le FGR consiste à faire recirculer une partie des gaz de combustion dans le flux d'air de combustion. Les gaz de combustion recirculés contiennent des gaz inertes, tels que l'azote et le dioxyde de carbone, qui diluent la concentration d'oxygène dans l'air de combustion et abaissent la température maximale de la flamme. En réduisant la température maximale de la flamme, le FGR peut réduire la formation thermique de NOx. FGR peut généralement atteindre des taux de réduction des NOx de 10 à 30 %.

Technologies de contrôle post-combustion

Les technologies de contrôle post-combustion sont utilisées pour éliminer les NOx des gaz de combustion une fois la combustion terminée. Ces technologies sont généralement utilisées conjointement avec des modifications de la combustion pour obtenir une réduction supplémentaire des NOx. Certaines technologies courantes de contrôle de post-combustion comprennent :

• Réduction catalytique sélective (SCR): La SCR est un processus dans lequel un agent réducteur, tel que l'ammoniac ou l'urée, est injecté dans le flux de gaz de combustion et réagit avec les NOx en présence d'un catalyseur pour former de l'azote et de l'eau. SCR est une technologie de contrôle des NOx très efficace, avec des taux de réduction des NOx pouvant atteindre 90 % ou plus. Les systèmes SCR sont généralement installés dans le conduit de fumées entre le préchauffeur d'air et le précipitateur électrostatique.
• Réduction sélective non catalytique (SNCR): Le SNCR est un procédé dans lequel un agent réducteur, tel que l'ammoniac ou l'urée, est injecté directement dans le four à haute température (typiquement entre 900°C et 1100°C). L'agent réducteur réagit avec les NOx présents dans les gaz de combustion pour former de l'azote et de l'eau sans utiliser de catalyseur. Le SNCR est moins efficace que le SCR, avec des taux de réduction des NOx généralement compris entre 30 % et 60 %. Cependant, la SNCR est une technologie relativement simple et rentable, ce qui en fait un choix populaire pour les petites centrales électriques ou pour la modernisation des centrales existantes.
• Injection de absorbant sec (DSI): DSI est un procédé dans lequel un sorbant sec, tel que le bicarbonate de sodium ou le trona, est injecté dans le flux de gaz de combustion. Le sorbant réagit avec les NOx présents dans les gaz de combustion pour former un produit solide, qui peut être éliminé des gaz de combustion par un dispositif de contrôle des particules, tel qu'un précipitateur électrostatique ou un filtre en tissu. DSI est une technologie de contrôle des NOx relativement nouvelle, avec des taux de réduction des NOx généralement de 20 à 40 %.

Le rôle de notre entreprise

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Contactez-nous pour des solutions de contrôle des NOx

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Références

• Association américaine des cendres de charbon. (2023). « Enquête 2023 sur la production et l'utilisation des produits de combustion du charbon. »
• Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI). (2020). « Technologies de contrôle des NOx pour les centrales électriques au charbon. »
• Agence américaine de protection de l'environnement (EPA). (2022). « Normes nationales d'émission de polluants atmosphériques dangereux (NESHAP) pour les unités de production de vapeur des services publics d'électricité alimentées au charbon. »