Диссертация (Низкотемпературный вихревой метод защиты окружающей среды от вредных выбросов тепловых электростанций), страница 12

Подобные данные о близкой к постоянной величине степени перехода азотсодержащих соединений топлива в оксиды азота для углей восточных месторождений приводятся в работе [291], где это значениепримерно равно 0,2. При изменении Nr от 0 до 0,6 % предполагается, что зависимость N = f(Nr) будет иметь вид, показанный на рисунке 1.18 пунктирнойлинией. При сжигании азейского угля и смеси азейского и черемховского углей в топке котла ПК-24 существует линейная зависимость (рисунок 1.19)между максимальной температурой в топке котла и N. Понижению Тм на100 K в топочном объеме соответствует снижение N примерно на 15 %.Сильное влияние на конверсию азота топлива в NОх (при пылеугольном сжигании) оказывает коэффициент избытка воздуха, (рисунок 1.19).

Снижениекпп при пылеугольном сжигании на 0,1 вызывает снижение N в среднем на20 %, а при НТВ-сжигании N снижается незначительно. Поэтому отличительной особенностью топок с НТВ-сжиганием следует считать меньшую посравнению с пылеугольным сжиганием зависимость концентрации NOx навыходе из топки от коэффициента избытка воздуха.Рисунок 1.20 – Влияниекоэффициента избытка воздухаза КПП на концентрацию NOxи SO2 в уходящих газах при НТВсжигании азейского угля (Nr = 1,1 %)в топке котла ПК-24:D = 71,9 кг/с (259 т/ч)...73 кг/с (263 т/ч)1 – NO2; 2 – SO2Концентрация NOx (рисунок 1.20) при изменении кпп от 1,14 до 1,25,сначала возрастает от 820 до 890 мг/нм3, а затем снижается.

Прикпп = 1,2…1,25 зависимость концентрации NOx за КПП от коэффициентаизбытка воздуха имеет максимум. Однако в топке с НТВ-сжиганием этотмаксимум носит слабо выраженный характер по сравнению с топками с пря-56моточным факелом. При НТВ-сжигании мазута концентрация NOx в уходящих газах также практически не зависит от коэффициента избытка воздуха[289]. Отсутствие заметного влияния коэффициента избытка воздуха на содержание NOx за котлом, вероятно, можно объяснить низким уровнем температуры, характерным для НТВ-топки, при котором NOx образуется в основном из азота топлива. Таким образом, борьба с NOx в топках с НТВсжиганием путем снижения коэффициента избытка воздуха на выходе изтопки не дает такого сильного уменьшения концентрации NОx, которое получается в топках с прямоточным факелом, особенно при сжигании газа илимазута.С увеличением кпп от 1,18 до 1,5 при нагрузке на котле 71,9 кг/с(259 т/ч)...78 кг/с (263 т/ч) концентрация SO2 линейно убывает от 280 до110 мг/нм3.

Такое сильное снижение концентрации SO2 (более чем в 2 раза)нельзя объяснить одним разбавлением продуктов сгорания. Как известно, наконцентрацию SO2 в уходящих газах более сильное влияние по сравнению сизменением коэффициента избытка воздуха оказывает содержание серы всжигаемом топливе. В опытах, когда проводились измерения концентрацииSO2 в уходящих газах, содержание серы в сжигаемом топливе изменялосьследующим образом: при  = 1,18  Sr = 1,00 %; при  = 1,38  Sr = 0,75 %; при = 1,48  Sr = 0,38 % [35]. Поэтому полученное снижение концентрации SO2(рисунок 1.20) необходимо рассматривать как результат двух процессов: разбавления продуктов сгорания и изменения состава сжигаемого топлива.Выполненные отборы проб газов по длине и по глубине факела при сжигании азейского, ирша-бородинского и кузнецкого углей показывают (рисунок 1.21), что основное количество NOx и SO2 образуется в “вихревой” зоне.В центре “вихревой” зоны располагается максимум концентрации NOx и SO2и минимальные концентрации кислорода и продуктов неполного горения.Это объясняется выгоранием в “вихревой” зоне основной массы топлива итем, что в этой же зоне располагается максимум температур, а значит должнопроходить более интенсивное выделение азота и серы из топлива и образование NOx и SO2.В прямоточной части факела топки с НТВ-сжиганием образование NOпроисходит менее интенсивно вследствие того, что в этой зоне уровень температур и концентрация кислорода ниже, чем в вихревой зоне.

Кроме того,такое распределение интенсивности образования NO объясняется тем, чтоиз-за специфической аэродинамики НТВ-топки в прямоточной части факеланаходится значительно меньшее количество частиц топлива (мелкие части-57цы), чем в вихревой зоне (крупные частицы топлива). К выходу из топки образование NOx заканчивается и концентрация NOx несколько понижается засчет перемешивания и усреднения концентраций. Снижение концентрацииSO2, NOx происходит также при движении газов по конвективному газоходуза счет присосов воздуха.а)б)Рисунок 1.21 – Изменение состава топочных газов по глубине топочной камерыкотла ПК-24 ст. № 9 ИТЭЦ-10 [35]:а  НТВ-сжигание азейского угля (лючок № 6): Nr = 1,07 %, D = 72,5 кг/с (261 т/ч), кпп = 1,44, Тм = 1440 K;б – НТВ-сжигание азейского угля (лючок № 2): Nr = 1,63 %, D = 75 кг/с (270 т/ч), кпп = 1,41, Тм= 1510 K.Концентрации: 1 – Н2; 2 – СО; 3 – СН4; 4 – NO2; 5 – О2; 6 – RO2Образовавшаяся в топке котла окись азота NO при температуре дымовых газов ниже 870 K начинает окисляться до двуокиси азота [104...109] поуравнению2NО + О2 = 2NO2.(1.4)Скорость протекания этой реакции увеличивается при снижении температуры и увеличении концентрации кислорода.

При температуре уходящихгазов около 410 K эта реакция еще заметно обратима и протекает очень медленно. Проведенные опыты показали, что по результатам замеров перед трубами Вентури мокрых золоуловителей содержание NO2 в общей массе NOxне превышает 8…10 %.58Измерение концентрации оксидов серы показало, что образование сернистого ангидрида происходит более интенсивно в зоне расположения топливных горелок (рисунки 1.22, 1.23), где концентрация SO2 достигает3000…4000 мг/нм3. Далее по ходу движения газов содержание сернистогоангидрида снижается. В связи с большим избытком воздуха, имевшим местопри работе котла, происходило снижение концентрации SO2 на 20...25 % посравнению с пылеугольным сжиганием [34, 287].

Кроме того, уменьшениеконцентрации сернистого ангидрида протекает за счет связывания SO2 кальциевыми и магниевыми компонентами золы из-за возросшего при НТВсжигании времени контакта продуктов сгорания с частицами золы в вихревой зоне [287]. На выходе из котла концентрация SO2 составляет100…200 мг/нм3.№точкиl*,мО2NOxSO2%мг/нм3мг/нм3точки№l*,мО2NOxSO2%мг/нм3мг/нм337310,86,448072210,89,369722,43,297122,40,8101034,27,247366133,62,3930322043,64,8882134941,210,039810902290435353,44,810,163,4151272,57,4860487За КПП5,2874204*  расстояние от фронта котладо точки замера62,56,385020303,98326951,29,6620Рисунок 1.22 – Результаты измеренийтемпературы и концентраций О2, NOx,SO2 в НТВ-топке котла ПК-24 [35](азейский уголь (Nr = 1,1 %), D = 72,2 кг/с(260 т/ч), кпп = 1,33, Тм = 1520 K)За КПП*  расстояние от фронта котладо точки замераРисунок 1.23 – Результаты измеренийтемпературы и концентраций О2, NOx, SO2в НТВ-топке котла ПК-24 [35](азейский уголь (Nr = 1,1 %), D = 86,7 кг/с(312 т/ч), кпп =1,15, Тм = 1540 K)Для связывания образующихся при горении топлива оксидов серы внизкотемпературных топках возможна подача известняка (СаСО3).

Расходизвестняка согласно [292] можно рассчитать по формуле, учитывающей59уменьшение концентрации диоксида серы SO2 за счет связывания с содержащимися в золе соединениями СаО и MgO:Визв = 0,01Вр3,125J(Sr  1Ar (0,57(CaO/100) + 0,8(MgO/100))), кг/с, (1.5)где Вр  расчетный расход топлива, кг/с; Sr  содержание в топливе органической и пиритной серы, %; СаО, MgO  содержание оксидов кальция и магния в золе топлива, %; J  коэффициент избытка кальция над стехиометрически необходимым; 1  степень связывания оксидов серы (0,75...0,9).При значениях Визв  0 подача в топку известняка не требуется.Расчеты, проведенные по зависимости (1.5), показывают (таблица 1.9),что при сжигании черемховского угля требуется ввод известняка в количестве 0,087 кг/с. Это объясняется относительно невысоким содержанием CaO иMgO в золе черемховского угля и достаточно большим содержанием серы(Sr = 1,1 %).

При сжигании смеси азейского и черемховского углей в равныхдолях (по массе) ввод известняка не требуется.Таблица 1.9 – Результаты расчета расхода известнякаУгольЧеремховскийАзейскийИршабородинскийНерюнгринскийСмесь азейскогои черемховскогов равных долях(по массе)Расчет- СодерСодерныйжаниежаниеРасходСодержание вВводрасходсеры взолы визвестзоле топлива, % известнякатопли- рабочей рабочейняка,ва, кг/с массе, % массе, %кг/сВрSrАrСаОMgOВизв11,1881,1274,21,5требуется0,08713,5210,412,88,52,0не требуется -0,15914,9610,26265не требуется-0,429,4560,212,73,51,0не требуется-0,03913,5170,7519,96,351,75не требуется-0,069Расчетным путем установлено минимальное количество азейского угля всмеси с черемховским, при котором еще не требуется ввод известняка (рисунок 1.24); эта величина составила 27 % (по массе).Исследования [287] показали, что в дымовых газах содержится БП, образующийся в процессе горения при недостатке кислорода. По имеющимся60Расход известняка, кг/сданным [293] концентрация БП в газообразных продуктах сгорания при сжигании угля в пылеугольном факеле, составляет 40…100 мкг/100 м3.0.10.270.05000.050.100.2Рисунок 1.24 – Расходизвестняка в зависимостиот доли азейского угляв смеси с черемховским(по массе)0.4Доля азейского угля в смесиДля определения уровня концентрации БП на котле ПК-24 ст.