En colaboración con la industria, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han completado la primera prueba del mundo real de una forma potencialmente mejorada de medir las emisiones de chimeneas en las centrales eléctricas de carbón. Los investigadores están presentando su trabajo al respecto.semana en la Conferencia Internacional de Medición de Flujo 2019 FLOMEKO en Lisboa, Portugal.
Cada año, para cumplir con los requisitos establecidos por la Agencia de Protección Ambiental EPA, las plantas de energía a carbón deben hacer que sus emisiones de chimeneas sean auditadas o verificadas por un tercero independiente. Los investigadores del NIST querían hacer esta prueba más rápido para salvar las plantasEl equipo de NIST ha diseñado nuevas sondas para detectar las tasas de flujo de emisión y un nuevo método de medición que podría acelerar las auditorías in situ en un factor de 10, dicen los investigadores.
Los resultados del trabajo de campo fueron "prometedores", dijo el ingeniero del NIST Aaron Johnson, y estuvieron razonablemente de acuerdo con los hallazgos del laboratorio. "Nos sorprendió; lo hizo bastante bien en comparación con lo que la EPA tiene en sus libros como sus" mejores prácticas "método."
Para monitorear las emisiones de las centrales eléctricas de carbón, los técnicos deben medir la velocidad a la que se emite el gas de combustión de la chimenea. El flujo dentro de la chimenea contiene remolinos y remolinos, pero generalmente viaja hacia arriba. En las pruebas NIST, cuatro sondas:- llamados tubos de pitot - se insertan horizontalmente en la chimenea.
Las cuatro sondas toman una medición de flujo en cuatro puntos diferentes, para un total de 16 mediciones. Con esta información, los científicos del NIST podrían probar la precisión y exactitud de un nuevo diseño de tubo de Pitot y método de medición.
NIST realizó este trabajo como parte de un acuerdo cooperativo de investigación y desarrollo CRADA con el Electric Power Research Institute EPRI, una organización independiente sin fines de lucro cuyos miembros incluyen compañías de servicios eléctricos, empresas y agencias gubernamentales.
"Las unidades generadoras eléctricas alimentadas con carbón pueden beneficiarse del trabajo actual del NIST al tener estándares y técnicas mejoradas para medir las emisiones en masa con mayor precisión, con una mayor confianza en que todas las entidades informan de manera uniforme", dijo el gerente del programa EPRI Tom Martz.Agregó que el ahorro potencial de tiempo "no es algo que podamos cuantificar con precisión en este momento, pero este será un objetivo clave del trabajo futuro".
El objetivo final es proporcionar investigación que la EPA algún día podría desarrollar en un nuevo estándar para la calibración de emisiones de chimeneas.
"Las ventajas para la industria son que reducirá el tiempo y el costo de las pruebas y tiene el potencial de ser más preciso" que las sondas estándar actuales de la industria, dijo Johnson.
Sin embargo, incluso si la EPA no crea un nuevo estándar, el trabajo podría tener beneficios para la industria al proporcionar a las compañías de plantas de energía más opciones para administrar sus pruebas de emisiones. "Nuestro objetivo es redactarlo como un estándar de la EPA".Johnson dijo: "Pero aún depende de los miembros de la industria decidir si quieren usarlo".
ir con la corriente
Las chimeneas en las centrales eléctricas de carbón están equipadas con monitores que miden continuamente la concentración de emisiones de gases de combustión, que incluyen dióxido de carbono, mercurio, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, así como la velocidad de flujo de los gases de combustión. Por ley federal, los sensores de caudal incorporados deben calibrarse, es decir, comprobar su precisión, durante la auditoría anual.
Para realizar la calibración anual, los auditores usan pequeños dispositivos portátiles llamados tubos de Pitot. Los técnicos de auditoría suben a la pila, generalmente varias docenas de metros cientos de pies de altura, e insertan sus sondas de Pitot horizontalmente en los gases que se agitan hacia arribala chimenea. Toman varias lecturas del flujo en varios puntos dentro de una sección transversal de la pila, que generalmente tiene un diámetro de 7 u 8 metros 25 pies.
De lejos, el tipo más común de sensor utilizado para este trabajo es una "sonda S". Tiene dos orificios o puertos. Un puerto se enfrenta directamente al flujo de gas y detecta la presión que se acumula en el tubo.El otro puerto está en la dirección opuesta. Cuanto más rápido sea el flujo, mayor será la diferencia de presión entre los dos puertos; medir esta diferencia de presión permite a los auditores calcular la velocidad del flujo.
Las sondas S no requieren calibración, pero cada medición puede tomar varios minutos, ya que el técnico tiene que rotar manualmente el sensor hasta que un lado mire directamente hacia el flujo. Esto es complicado porque el flujo no necesariamente viaja directamente hacia arribaen el punto de prueba. En la base de la pila, el gas de combustión generalmente viaja alrededor de una curva cerrada, lo que crea remolinos y remolinos complicados que no desaparecen incluso en chimeneas altas.
El uso de sondas en S requiere tanta mano de obra que una calibración anual en el sitio puede demorar un día o más en completarse ". Y la planta de energía pierde dinero todo el tiempo que los auditores están allí, por lo que quieren que entren los técnicos yfuera lo más rápido posible ", dijo Johnson.
Para acelerar este proceso, los científicos del NIST han realizado tres innovaciones. Primero, han creado dos nuevos modelos de tubos de pitot, con cinco agujeros en lugar de dos, que funcionan mejor que las sondas S y pueden ofrecer ventajas sobre otros cincomodelos de orificios de tubos pitot actualmente en uso.
Las sondas, diseñadas por el físico del NIST Iosif Shinder, vienen en dos formas: hemisféricas y cónicas.
Segundo, los científicos han desarrollado un esquema de calibración para sus nuevos sensores que no requiere que un técnico rote la sonda dentro de una chimenea para encontrar la dirección verdadera del flujo para cada medición. Entonces, aunque los sensores tendrían que ser calibradosantes de su uso, tomarían mucho menos tiempo para usar durante una auditoría real.
Tercero, el software desarrollado por Jim Filla de NIST que es compatible con un sistema automatizado disponible comercialmente para medir el flujo en tiempo real.
El verdadero negocio
Hasta ahora, el rendimiento de las nuevas sondas se había medido solo en las instalaciones de prueba del NIST, que incluye un simulador de chimenea a escala y un túnel de viento. Pero los laboratorios del NIST no pueden replicar todos los aspectos de una planta de energía real, como la presencia dehollín en el flujo de la chimenea.
"Una cosa es probarlo en nuestro túnel de viento", dijo Johnson. "Otra es prepararse para probarlo en una pila que está a 120 grados F."
La primera ejecución de campo, en julio de 2018, tuvo lugar en una planta de gas natural, donde el flujo es relativamente sencillo de medir.
La segunda, en septiembre de 2018, se llevó a cabo en una central eléctrica a carbón con un flujo particularmente complicado.
La planta de carbón tenía una plataforma cerrada donde los tubos de pitot se insertaban en la chimenea. Pero la plataforma de la planta de gas natural estaba abierta a los elementos. Y a aproximadamente 45 metros 145 pies en el aire, "las cosas tiemblan,"dijo el técnico del NIST Joey Boyd." Mientras trabajas, la pila se balancea y el piso debajo de ti se mueve ".
Cuando los investigadores del NIST analizaron los datos, sus resultados fueron prometedores y acordaron dentro del 2% con sus hallazgos de laboratorio.
"Las sondas se desempeñaron igual de bien en la chimenea que en el centro de pruebas del NIST", dijo Johnson.
Las pruebas de campo futuras ayudarán a los investigadores a resolver el mayor problema que tenían: la obstrucción del sensor, en la que los puertos de los tubos de Pitot se engrosan con agua y partículas y deben enjuagarse antes de que una prueba pueda continuar.
Además, el trabajo les enseñó que necesitaban escribir señales de software especiales en sus equipos cada vez que había una "purga": una ráfaga de aire a alta presión a través de la sonda de Pitot que podría dañar una parte clave del aparato si era ciertolas válvulas no se cerraron a tiempo
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Original escrito por Jennifer Lauren Lee. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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