Диссертация (Низкотемпературный вихревой метод защиты окружающей среды от вредных выбросов тепловых электростанций), страница 11

Благодаря установке аэродинамических козырьков теплообмен в топке несколько возрос и Tт понизилась с1250 K до 1200…1220 K .49Исследования “горячей” аэродинамики топки выявили наличие двух режимов работы НВЗ: “настильного”, когда поток НД идет вдоль фронтовогоската топочной воронки, и “фонтанирующего”, при котором струя НД вытесняется скоплениями топлива в объем НВЗ, что ведет к увеличению q4ун.Для ликвидации фонтанирующего режима течения струи НД была организована подача в топку частиц с размером, не превышающим max  30 мм,что снизило q4ун с 4,5 % до 1,46…2,97 % и увеличило КПД (брутто)с 87,6…91 % до 91,1…92,95 %.Исследования внутритопочного теплообмена были проведены в основном при сжигании азейского угля, частично  при сжигании черемховскогои ирша-бородинского углей.

Замеры значений локальных температур газовдали возможность построить поле температур по сечению топочной камеры,а замеры тепловых потоков – изорады по стенам топки. Анализ полученныхрезультатов показал, что коэффициент тепловой эффективности экрановНТВ-топки имеет величину больше нормативной, и составляетэкр = 0,45…0,5, что объясняется увеличением доли конвективной составляющей.Для исследования выгорания топлива в характерных сечениях топки были проведены замеры скорости, температуры и состава газового потока с одновременным отбором проб твердой фазы. Результаты опытов показали, чтосуммарное выгорание топлива в НВЗ составляет более 90 % (“настильный”режим) при уменьшении выноса частиц в ПЧФ. Прямым взвешиванием количества топлива, сброшенного из НВЗ при аварийном останове котла определено, что кратность циркуляции топлива в НВЗ (по отношении к подаваемому в топку) составляет 8…10, а изучение гранулометрического составасброшенного материала показало, что он в основном тоньше исходного, чтоявляется следствием термомеханического разрушения крупных частиц топлива в НВЗ НТВ-топки.

Отбор твердой фазы из потока газов по сечению НВЗпоказал, что относительная концентрация твердой фазы (  ), во фронтовойчасти НВЗ в 3…5 раз выше, чем в районе заднего ската.Экспериментальные исследования по определению концентраций выбросов вредных веществ (NOx, SO2 и БП) проведены во время испытаний присжигании дробленых топлив по НТВ-методу. Исследования проводились вшироком диапазоне нагрузок котла  от 55,6 кг/с (200 т/ч) до 86,7 кг/с (312 т/ч),коэффициенте избытка воздуха кпп = 1,1…1,65, при сжигании углей пяти марок: кузнецкого, нерюнгринского, ирша-бородинского, азейского, смеси азей-50ского и черемховского, характеристики которых приведены в таблице 1.8, агранулометрический состав угля – на рисунке 1.14. Эти угли характеризуютсябольшим выходом летучих веществ (в азейском угле Vdafлет до 48 %).Таблица 1.8 – Характеристики углей, сжигаемых в котле ПК-24 ст.

№ 9 ИТЭЦ-10Характеристикитоплива(на рабочуюмассу, %)ЗольностьВлажностьВыход летучихСодержаниеуглеродаСодержаниеводородаСодержаниесерыСодержаниекислородаСодержаниеазотаТеплотасгорания, кДж/кгСжигаемый угольИршаЧеремховАзейскийбородинскийский+азейский5,7…9,64,2…15,3 11,7…22,726,7…31,2 22,0…26,1 17,0…25,044,1…47,6 41,5…57,3 44,5…48,0ОбозначениеНерюнгринскийАrWrVг7,8…17,98,6…16,720*Cr66,1*45,6…48,345,1…52,441,8…50,550,8…61,3Hr3,3*2,8…3,13,1…3,73,0…3,63,4…3,6Sr0,2*0,2…0,30,36…1,70,4…1,30,34…0,4Or7,5*13,2…13,99,5…13,810,5…12,24,1…10,8Nr0,60,70,8…1,31,07**1,31…1,80Qir21390…2419016530…1781016740…1946017710…1925015270…19320Кузнецкий12,6…19,514,1…25,540,8…43,8* Табличные значения по данным [249].** Среднее значение по данным лабораторного анализа.Рисунок 1.14 – Гранулометрический состав угля, сжигаемого во времяпроведения испытаний на котлах ПК-24 ИТЭЦ-10:1 – схема ППФ; 2 – НТВ-метод51Схема сечений отбора проб газов во время испытаний на котле показанана рисунке 1.15.Рисунок 1.15 – Схема сечений отбора проб газов на котле ПК-24 ИТЭЦ-10 [35]:1 – сопла нижнего дутья; 2 – сечение отбора проб газа на анализ О2, RO2, SO2, NOx;3 – нижнее третичное дутье; 4 – топливные горелки; 5 – аэродинамические козырьки;6 – шнековый питатель; 7 – ширмовый пароперегреватель; 8 – конвективный пароперегревательострого пара; 9 – переходная зона; 10 – экономайзер II;11 – воздухоподогреватель II; 12 – экономайзер I; 13 – воздухоподогреватель I;14 – сечение отбора газов на анализ О2, RO2, SO2, NOx, БП; 15 – трубы Вентури;16 – скруббера; 17 – дымососы; 18 – сечения отбора газов на анализ О2, RO2, NOxПри исследованиях топочного процесса, реализованного на котле ПК-24ст.

№ 9 ИТЭЦ-10, были проведены отборы проб для анализа на содержаниеNOx и SO2 газа из топочной камеры, конвективного газохода за ВП и за“мокрыми” скрубберами. Для сравнения двух схем сжигания ЭНИНом параллельно с исследованиями на котле ст. № 9 были проведены замеры концентраций NOx за ВП и скрубберами котлов № 8 и 10 (схема ППФ). Анализрезультатов показал, что при сжигании дробленого топлива концентрацияNOx в уходящих газах за котлом ст.

№ 9, определенная по методикеСАФВНИИПромгаза (она дает завышенные показатели), находится на уровне 680…960 мг/нм3 (рисунок 1.16), что примерно на 30 % ниже, чем у соседнего пылеугольного котла № 10 при тех же нагрузках [48].Понижение концентрации NOx в уходящих газах является следствиемболее низкой температуры факела (150...200 K) для метода с НТВсжиганием. Незначительное влияние нагрузки котла при НТВ-сжигании52Рисунок 1.16 – Влияние нагрузки, способа сжигания и сорта угляна концентрацию NOx за КПП котла ПК-24Низкотемпераутрное вихревое сжигание углей:1  нерюнгринский (Nr = 0,6 %), 2  ирша-бородинский (Nr = 0,7 %);3  смесь азейского и черемховского (Nr = 1,07 %), 4  кузнецкий (Nr = 1,31...1,80 %).Прямоточный факел: 5  смесь азейского и черемховского углей (Nr = 1,07 %)1800T M, K17001600150014005565758595D, кг/са)     ирша-бородинский;  кузнецкий уголь;  азейский уголь;  смесь азейскогои черемховского углей.+  вихревое сжигание;  пылеугольноесжиганиеTТ, K1400130012001100556575D, кг/сб)Рисунок 1.17 – Зависимостимаксимальных температур(Тм) в топочной камере (а),и на выходе из топки (Тт) (б)от нагрузки на котле ПК-24при сжигании различныхмарок углей:859553мазута на концентрацию NOx в уходящих газах отмечается и в работе [289].Следует также отметить более слабую зависимость максимальной температуры в топке котла от нагрузки (рисунок 1.17, а), при сжигании немолотоготоплива, которая, по-видимому, и определяет слабую зависимость от нагрузки концентрации NOx на выходе из топки.

Независимость концентрации NOxот нагрузки на котле можно объяснить и тем, что при нагрузках на котле более75 кг/с мы имеем пониженные значения "кпп по условию максимальногоК.П.Д. (q4 снижается с ростом "кпп быстрее, чем растет q2). Слабая зависимость концентрации NOx от нагрузки отмечается также в работах [289, 290].Поскольку в топке котла ПК-24 как при пылеугольном сжигании топлива, таки по методу с НТВ-сжиганием максимальные температуры в топке ниже1800 K (рисунок 1.17, а), можно предположить, что образующиеся NOx являются в основном “топливными”.Рисунок 1.18 – Зависимость степениперехода азотистых соединенийтоплива в NOx от содержанияазота в топливе:1 – по данным испытаний на котлеПК-24 ст. № 9 [34]:  нерюнгринский уголь;  ирша-бородинский уголь;  азейский уголь;   смесь азейскогои черемховского углей;  кузнецкий уголь;2 – по данным ВТИ для котлов,сжигающих пыль экибастузскихи других каменных углейРисунок 1.19 – Степень перехода азотатоплива в NOx в зависимости от максимальной температуры в топке котла ПК-24 ст.

№ 9при сжигании азейского угля и смесиазейского и черемховского углей [35]:а) кпп = 1,1…1,2; б) кпп = 1,2…1,3;в) кпп = 1,3…1,4.1 – метод НТВ-сжигания; 2 – схема ППФ54На образование NOx из азота топлива указывает зависимость концентрации NOx в уходящих газах от содержания азота в топливе (рисунок 1.18). Существует однозначная связь между содержанием азота в топливе и концентрацией NOx за котлом: с ростом Nr концентрация NOx возрастает. При НТВсжигании кузнецкого угля (Nr = 1,31...1,80 %) отмечаются наибольшие значенияконцентраций NOx за котлом, на уровне 900...930 мг/нм3, а при НТВ-сжиганиинерюнгринского угля (Nr = 0,6 %)  наименьшие, на уровне 630...670 мг/нм3(температура на выходе из котла (Т”т) не превышает 1400 K, рисунок 1.17, б).Степень перехода азота топлива в NOx в проведенных на котле ПК-24опытах определялась как отношение замеренной концентрации NO2 оксидовазота на выходе из топки к предельно возможной при данных условиях концентрации оксидов азота NO2т, как если бы весь азот топлива переходил воксиды азота = NO2/ NO2т.(1.1)Здесь NO2 = NO2зам(Vсг/Vг) – концентрация NO2 в пересчете на объем влажных продуктов сгорания топлива, мг/нм3; NO2зам – замеренная в опытах концентрация NO2, мг/нм3; NO2т – предельно возможная концентрация оксидовазота, определяемая какNO2т46 6 N r3 10д , мг/нм ;14100V(1.2)где Nr – содержание азота в топливе на рабочую массу, %; Vсг, Vг – объем сухих и влажных продуктов сгорания на 1 кг сгоревшего топлива при соответствующем данному опыту коэффициенте избытка воздуха, нм3/кг.Подставляя значения NO2 и NO2т в (1.1) получим:N =Vсг  NO 2зам  14.46  10 4  N r(1.3)Расчеты по определению степени перехода азота топлива в NОх, проделанные в [34, 35] для случаев НТВ-сжигания и сжигания в ППФ, показывают,что степень перехода азотсодержащих соединений топлива в NO2 зависит отспособа сжигания топлива, уровня температур в топочной камере, коэффициента избытка воздуха и содержания азота в топливе.55В диапазоне изменения Nr от 0,6 до 2 % (рисунок 1.18) отмечается независимость N от Nr .