Диссертация (1143428), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Для избежания отрицательных последствий, вызываемых снижением , используются усовершенствованныегорелочные устройства, обеспечивающие хорошее смешение топлива и окислителя [398, 399]. Однако малотоксичные горелки очень чувствительны к соотношению “топливо/воздух”, что требует использования сложной автоматики и соответствующего программного обеспечения [193].Снижение температуры горячего воздуха на несколько десятков градусов при сжигании природного газа, благодаря снижению температуры топочного процесса, позволяет на 20...30 % уменьшить выход оксидов азота,однако ведет к уменьшению К.П.Д.
котлоагрегата из-за увеличения потерьтепла с уходящими газами [107].Рециркуляция дымовых газов в зону горения воздействует, главнымобразом, на термические оксиды азота [184...186, 399]. Подавление их образования объясняется разбавлением действующих концентраций реагентовинертными продуктами сгорания и некоторым снижением температуры горения [335, 352, 381]. С.С. Нижник и Е.М. Лавренцов в [184] отмечают, чторециркуляция дымовых газов как метод снижения выхода оксидов азота более эффективна при высокой температуре горения. По мере роста степенирециркуляции эффективность воздействия ее на NO снижается (рисунок2.22).
Недостатком данного метода является возрастание ПАУ и СО по мереувеличения рециркуляции продуктов сгорания [395], а также дополнительные капитальные затраты на установку дымососа и газоходов рециркуляции,увеличение расхода электроэнергии на собственные нужды [105].Впрыск воды и водяного пара подавляет в основном образование“термических” оксидов азота и в значительно меньшей степени влияет навыход “топливных” NOx [190, 337, 400...403]. Подавление NOx происходит врезультате снижения температуры в зоне горения и разбавления действующих концентраций реагентов [400...403]. Подача влаги в ядро горения или вкороб горячего воздуха при сжигании твердого топлива приводит лишь к незначительному снижению выхода оксидов азота.
Основное применение данный метод находит при сжигании природного газа и мазута (рисунок 2.23)[190]. В этом случае подача влаги с горячим воздухом или в зону максимальных температур снижает выбросы NOx на 10...25 % [402] (рисунок 2.24), приэтом большая эффективность метода достигается с ростом нагрузки котла(рисунок 2.25), т.е. с увеличением Tmax факела.
Автор работы [190] на основа-95Рисунок 2.23 Изменение температуры факелаи усредненных концентраций оксидов азота во времени:◁ СNO, (g = 0); ◀ СNO, (g = 0,25); ○ Тф, (g = 0); ● Тф, (g = 0,25);(◁,◀) расчетные кривые соответственно при g = 0 и g = 0,25Рисунок 2.24 Зависимостьконцентрации оксидов азота в дымовых газахкотла ТГМ-84 при сжигании природного газа(Dпп = 400...420 т/ч, ввод влаги через форсункиверхнего яруса горелочных устройств):1 (○) Gв = 0; Gп = 0 (исходный режим);2 (●) Gв = 1,5 т/ч; Gп = 0; 3 (◁) Gв = 2 т/ч; Gп = 0,4 т/ч;4 (◀) Gв = 3,5 т/ч; Gп = 0 т/чРисунок 2.25 Зависимостьконцентрации оксидов азотав дымовых газах котла ТГМ-96при сжигании мазута:1 воздушный распыл мазута(исходный режим);2 подача воды в зону горенияпри воздушном распылении стендовых и промышленных исследований подтвердил положение отом, что влага на процесс образования NOх воздействует в основном “термически”, снижая максимальные температуры в ядре факела, а также получено96выражение для расчета относительного снижения концентрации NOx привводе влаги (применимо (с точностью 13 %) для условий g = (0...0,4);qv = (277...496) кВт/м3; Nr = (0,02...0,7) %):k NOx ТВ(CNO)k(C) kВg0TNOxx g 0ТВ(CNO) (CNO)x g0x g0(2.52),где kВ и kT соответственно относительные концентрации “воздушных” и“топливных” NOx, определяемые по выражениямkВ ( )g E T Tg exp ;RT(2.53)kT = 1 + 0,625g .(2.54)В выражении (2.54): Е/R = 69000 K; (NO)g и NO время образования "воздушных" NOx при вводе влаги и без ввода; Tg и T максимальные темпера-туры зоны горения при вводе влаги и без нее; ( )g / T/Tg135(1T/Ta ).Анализ влияния на снижение концентрации оксидов азота размера капель воды, генерируемых центробежным диспергатором, установленным насрезе амбразуры горелочных устройств, показал следующее (рисунок 2.26).Меньшее снижение NOx получено при размере капель, медианный диаметркоторых dm = 0,12...0,18 мм при g = 0,05...0,1.
Капли таких размеров испаряются через исп < 0,2 с и в зону с Tmax поступают в виде перегретого пара, чтоувеличивает степень диссоциации водяного пара в высокотемпературной области факела, интенсифицируя горение топлива. Капли сравнительно крупных размеров dm = 0,28...0,38 мм при g = 0,1...0,25 проходят зону интенсивного образования NO, испаряясь не полностью (исп > 0,45 c).
Локальноеохлаждение факела водяной струей ведет к снижению СNOx, но увеличиваетq3. Наибольший эффект снижения СNOx оказывают капли с dm = 0,17...0,23 ммпри g = 0,1...0,2, у которых исп является наиболее близким ко времени образования “воздушных” оксидов азота (NO = 0,23 с) в котле ПК-41-1.Впрыск воды сопровождается дополнительными потерями тепла, которое расходуется на нагрев воды до кипения, испарение и перегрев пара (%):97Рисунок 2.26 Относительное изменение концентрации NOx и потери теплаот химической неполноты сгорания при впрыске водыв топку котла ПК-41-1 (мазут марки М100, Dкотла = Dном, т = 1,01):● dm = 0,12...0,18, g = 0,05...0,1; ◀ dm = 0,17...0,23, g = 0,1...0,2;○ dm = 0,28...0,38, g = 0,1...0,25 (373 Tw )c w L (Tух 373)c p q 2 g 100 ,Q рr(2.55)где Tw, K, и сw, Дж/(кгK), температура и теплоемкость вводимой воды;Tух, K и сp, Дж/(кгK), температура и теплоемкость уходящих газов;L теплота парообразования, Дж/кг; Qrр располагаемое тепло, Дж/кг;g доля впрыска.Как отмечается в [190], в случае значительного химического недожога(q3 > 1,0 %) ухудшение экономичности из-за впрыска воды полностью компенсируется интенсификацией горения, а рассмотренный метод становитсявесьма актуальным при необходимости на станции утилизации сточных вод.При сжигании водоугольных суспензий [404, 405] процесс горенияпротекает параллельно с испарением влаги в условиях задержки выхода летучих и на начальных стадиях процесса приводит к снижению максимальныхлокальных температур в зоне горения приблизительно с 2000 до 1700 K(1600 K), что приводит к уменьшению образования воздушных NОx.
Недостаток использования влаги состоит в том, что ввод влаги повышает вероятность коррозии поверхностей нагрева и приводит к дополнительным потерямтепла с уходящими газами [117].98Ступенчатое (или стадийное) сжигание заключается в том, что черезгорелки с топливом подается воздух в количестве, меньшем стехиометрического (обычно = 0,8...0,95), а остальное необходимое по балансу количествовоздуха вводится в топочную камеру далее, по длине факела.
При этом послевоспламенения и сгорания летучих в факеле резко снижается концентрациякислорода, в результате чего тормозятся окислительные реакции с образованием NO и интенсифицируются реакции, приводящие к переходу азотсодержащих радикалов (NHi и CN) в молекулярный азот N2. При наличии в определенных зонах факела газов-восстановителей происходит восстановление ужеобразовавшегося оксида азота до N2. Таким образом, на первом этапе горенияосуществляется сжигание топлива при недостатке окислителя, а на втором –дожигание продуктов газификации при пониженных температурах (рисунок 2.27). Благодаря этому в начале факела из-за пониженной концентрациикислорода уменьшается образование “топливных” оксидов азота, а снижениетемпературного уровня на второй стадии уменьшает образование “термических” NOx [406...412].Рисунок 2.27 – Принципиальнаясхема двухступенчатого сжиганияв сравнении с одноступенчатым:1 одноступенчатое сжигание;2 двухступенчатое сжигание(T – температура, С; коэффициент избытка воздуха)Рисунок 2.28 – Влияние условнойдоли вторичного воздуха наотносительное снижение C NOпри переходе с одноступенчатогона двухступенчатое сжигание газана котлах ТГМ-94 и ТГМ-84:X =0● ТГМ-94: C NO = 680 мг/м3;X =0▲ ТГМ-84: C NOX = 340 мг/м3;D/D0 = 0,9...1,0; т = 1,02...1,1499Простейшая схема двухступенчатого сжигания для промышленных иэнергетических котлов работает с коэффициентом избытка воздуха в горелках αг < 1,0 при наличии специальных воздушных сопел, расположенных выше верхнего яруса горелок.
При проектировании новых и реконструкциидействующих котлов со схемой двухступенчатого сжигания важно правильноопределить место ввода и количество третичного воздуха, чтобы получитьвозможно больший эффект, т.е. снижение выбросов оксидов азота сминимальными отрицательными последствиями для работы котла.Технология двухступенчатого сжигания для котла БКЗ-210-140Ф Западно-Сибирской ТЭЦ разработана сотрудниками ВТИ [413]. В основном котелработал на кузнецких углях нескольких марок (от Д до СС), но большуючасть времени поступал высокозольный промпродукт кузнецкого газовогоугля. Испытания котла после реконструкции топочной камеры показали[414], что его надежность не изменилась, показатели экономичности топочного процесса q3 и q4 остались примерно на прежнем уровне, а концентрацияоксидов азота снизилась с 900 до 490…570 мг/нм3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
