Диссертация (1143428), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Переход к сжиганию биотоплива (в частности древесного топлива, древесных отходов и отходов биологической промышленности (гидролизный лигнин)) сопровождается снижением выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. При этом сводятся к нулю выбросы SO2, двуокиси углерода и резко снижаются выбросыNO [312...316].
Однако доля биотоплива в большой энергетике в ближайшеевремя вряд ли превысит 10 % (на сегодняшний день она составляет 3…4 %).1.9 Выбор и обоснование направлений исследования,конкретизация решаемых в работе задачПроведенный анализ опыта сжигания твердого органического топливапоказал, что среди существующих технологий сжигания преобладает технология прямоточного пылеугольного факела. Имея очевидные преимущества,эта технология не лишена недостатков, основными из которых являются:наличие в схеме ППФ высокотемпературного ядра факела, в которомвозможно расплавление золы, вследствие чего возникает опасность шлакования поверхностей нагрева котельной установки;ухудшенные условия горения относительно крупных частиц топлива посравнению с мелкими частицами;вследствие применения мелкоразмолотого топлива резкий рост взрывоопасности установки пылеприготовления;генерация в зоне ядра факела значительного количества вредных веществ (в первую очередь оксидов азота).Как альтернатива прямоточному пылеугольному факелу может рассматриваться метод низкотемпературного вихревого сжигания.
Анализ опытаНТВ-сжигания показал, что этот метод перспективен как при создании нового котельно-топочного оборудования, так и при реконструкции и модернизации действующих котлов. Организация низкотемпературного вихревого топочного процесса позволяет:путем создания вихревой зоны в нижней части топки (НВЗ) перейти к66сжиганию груборазмолотого топлива, повышая тем самым взрывобезопасность системы пылеприготовления, обеспечивая рост срока службы размольного оборудования и снижение затрат на размол топлива. Переход к сжиганию дробленого топлива полностью ликвидирует систему пылеприготовления котла;благодаря наличию нижней вихревой зоны стабилизировать воспламенение топлива и увеличить полноту его выгорания (включая высоковлажныеи высокозольные низкосортные топлива без их подсветки газом или мазутом)при снижении максимума температур в ядре факела на 150...200 K, практически полной ликвидации шлакования топки и поверхностей нагрева, росте коэффициента тепловой эффективности топки, что дает возможность увеличитьпаропроизводительность котла на 15…20 % в существующих габаритах;обеспечить устойчивый процесс горения вне зависимости от колебанийнагрузки котла и технических характеристик топлива;обеспечить снижение выбросов оксидов азота NOx на 30…50 %; оксидовсеры SOx на 20…40 % за счет их связывания с основными оксидами золы(CaO и MgO) в условиях НВЗ НТВ-топки;обеспечить дальнейшее снижение выбросов оксидов серы за счет введения в топку (или добавления к топливу) СаО-содержащих присадок.Анализ опыта НТВ-сжигания показал, что в низкотемпературной вихревой зоне НТВ-топки возможно протекание реакции разложения на поверхности угольных частиц образовавшейся окиси азота NO с образованием окисиуглерода и экологически чистого молекулярного азота [56, 76...79, 317]:2 NO + 2 C = N2 + 2 CO .(1.6)Это обстоятельство отмечается в ряде работ ЭНИН им.
Г.М. Кржижановского[78...79]. Гетерогенная реакция (1.6) протекает на поверхности углеродныхчастиц и, следовательно, количество разложившихся NO определяется константой скорости реакции и величиной поверхности реагирования, которая, всвою очередь, является функцией гранулометрического состава топлива. Поверхность реагирования горящих углеродных частиц изменяется во временивследствие выгорания (уменьшения диаметра) частиц, а также под действиемтермопневморазрушения частиц топлива, отмеченного в [318]. Из-за специфической организации аэродинамики процесса горения в НТВ-топке основное количество топлива выгорает в нижней вихревой зоне (НВЗ), где организовано вращательное движение частиц.
Результаты освоения метода НТВ-67сжигания указывают на то, что в каждый момент времени в этой зоне можетнаходится до 300…400 кг топлива. Крупные частицы топлива залегают наскатах холодной воронки до достижения ими такого минимального размера,когда под действием набегающего потока воздуха струи нижнего дутья произойдет их вовлечение в движение в вихревой зоне, а затем вынос в прямоточную часть факела. Такое рассмотрение процесса горения говорит о том,что пониженное образование NOx в полной мере не объясняется уменьшением температуры процесса горения и некоторым повышением коэффициентаизбытка воздуха.
В НТВ-топке, а именно в НВЗ, имеется значительное количество реагирующего углерода, на поверхности которого протекает реакция(1.6), приводящая к дополнительному снижению концентрации NO в уходящих газах. Поэтому необходимо проведение дополнительных исследований,направленных на изучение процесса разложения оксидов азота в процессегорения в НТВ-топке, влияния аэродинамики топочной камеры и поверхности реагирования (гранулометрического состава) топлива на величину разложения NOx.Многократная циркуляция топливных и золовых частиц способствуетсвязыванию оксидов серы минеральной частью топлива (СаО и MgO компонентами золы), а дополнительное введение в топочную камеру СаОсодержащих присадок (извести, известняка и др.) в ряде случаев позволяетдобиться нормативного содержания оксидов серы в уходящих дымовых газах.Однако исследования генерации и преобразования вредных веществ принизкотемпературном вихревом сжигании до настоящего времени были неполными, носили во многом экспериментальный характер, а в ряде случаевограничивались лишь прямыми замерами концентрации основных загрязнителей в уходящих газах реконструированных котлов.
Отсутствие достоверных и апробированных расчетных методик не позволяет провести надежнуюоценку и прогнозировать концентрацию загрязнителей (в основном оксидовазота и серы) как при разработке нового котельно-топочного оборудованияна основе метода НТВ-сжигания, так и при реконструкции действующихкотлов, в то время как гарантия выполнения экологических нормативов является непременным требованием при проведении экспертизы проектов и ихреализации.Таким образом, цель настоящей работы защита окружающей среды отвредных выбросов тепловых электростанций низкотемпературным вихревымметодом.68Объекты исследования: метод низкотемпературного вихревого сжиганияорганического топлива, процессы горения, образования газообразных загрязнителей (оксидов азота и серы) и их дальнейшее взаимодействие с продуктами топочного процесса при работе котлов.Условием достижения поставленной цели является решение следующихосновных научно-технических задач:на основе анализа физико-химических процессов перехода химическисвязанной энергии топлива в тепловую, механизмов образования и трансформации вредных продуктов сгорания (оксиды азота и серы) в топочныхкамерах котельных установок, сжигающих органические (преимущественнотвердые) топлива, а также результатов теоретических и экспериментальныхисследований, разработать и апробировать на опытных данных методикурасчета процесса горения твердого топлива, учитывающую механизмы генерации и преобразование оксидов азота и оксидов серы в топочном процессе;используя результаты теоретических и экспериментальных исследований, адаптировать разработанную методику к условиям низкотемпературноговихревого сжигания, определить ее достоверность, провести тестирование;на основе математического моделирования разработать и апробироватьна опытных данных методику расчета генерации газообразных оксидов азотаи серы, учитывая их дальнейшее взаимодействие с продуктами топочногопроцесса;ориентируясь на расчетные результаты, разработать и апробировать надействующем оборудовании режимы работы НТВ-топок (и их отдельныхузлов), которые позволят повысить эффективность вихревого сжигания(в частности низкореакционных бурых углей, торфа), а также обеспечить высокоэффективное сжигание каменных углей с одновременным выполнениемтребований нормативных документов к уровню выбросов вредных веществ;для разработанной методики обеспечить применение современных подходов в части математического аппарата моделей, физическую обоснованность используемых алгоритмов и принципов; адаптировать разработаннуюметодику к условиям прямоточного пылеугольного факела, провести ее отладку и тестирование с использованием экспериментальных данных другихавторов.692 МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ И МЕТОДЫПОДАВЛЕНИЯ ГЕНЕРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВВ ТОПКАХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ2.1 Классификация вредных выбросов ТЭСОсновная масса выбросов загрязнителей приходится, наряду с промышленными и отопительными котельными, на крупные котлы тепловых электростанций (ТЭС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
