Диссертация (1143428), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Позже технология двухступенчатого сжигания была внедрена еще на ряде котлов, сжигающих газ,мазут, бурые и каменные угли.Эффективность подавления образования оксидов азота при ступенчатомсжигании топлив существенно зависит от режимных условий. При сжиганииприродного газа минимальный выход оксидов азота наблюдается при избытках воздуха в восстановительной и окислительной зонах, соответственноравных в/ок = 0,75/1,35. В свою очередь, наибольшее снижение выбросовNO при нестехиометрическом сжигании мазута имеет место при величинахизбытков воздуха в восстановительном и окислительном факеле в/ок, равных 0,8…0,85/1,3…1,25.

Одновременно обеспечиваются достаточно благоприятные температурные и концентрационные (по О2) условия дожиганиятоплива почти без увеличения химического недожога, который не превышаетдопустимых значений для газо-мазутных котлов (q3  0,15 %).Нестехиометрическое сжигание дает больший эффект снижения выбросов NOх при работе на природном газе, чем при работе на мазуте и угле.Причиной этого являются “топливные” оксиды азота, образование которыхподавляется в меньшей степени, чем “термических” NOх, поскольку имеетместо только в пределах восстановительной зоны.САФ ВНИИпромгаза, как отмечается в [410], предложил кинетическоеуравнение брутто-реакции образования NO в зоне максимальной температуры факела при двухступенчатом сжигании газа в котлах1002CNO  2  10120,9O2C1C0,8N2 69000 exp   d ,Tф(2.56)где 1 и 2 начальный и конечный моменты пребывания дымовых газов в зонемаксимальных температур, с; CO2 , CN 2 , Тф – переменные значения концентраций кислорода (%), азота (%) и температуры (K), зависящие от .Относительное снижение генерации оксидов азота при переходе с однона двухступенчатое сжигание газа (рисунок 2.28), в [410] предложено оценивать по формулеC NOX =>0CNOX=0CNOX=exp(  2,15) ,(2.57)где  – условная доля вторичного воздуха (или избыток воздуха) на верхнемярусе горелок.На рисунке 2.29 [398] показано сравнительное изменение концентрацийи температуры продуктов сгорания по длине газового факела котла ТГМ-94 сдвухярусным расположением горелок при одноступенчатом и двухступенчатом сжигании.а)б)Рисунок 2.29 – Изменение концентраций и температуры продуктов сгоранияпо длине газового факела котла ТГМ-94 [398]:а  при одноступенчатом сжигании; б  при двухступенчатом сжигании101При переходе с одно- на двухступенчатое сжигание газа в нижний ярусгорелок подается избыток топлива ( 14 %), где вследствие снижения концентрации кислорода СО2, уменьшается степень выгорания топлива.

Температурафакела при этом остается примерно такой же, как и при одноступенчатомсжигании. Горение богатой топливовоздушной смеси идет при высокой температуре Тф = 1811...1884 K, недостатке кислорода и на расстоянии Lф/da = 3,0,СО2 близко к нулю, что приводит к меньшему образованию NOx. Таким образом, на первой ступени горения решающими факторами, влияющими на торможение образования NOx, являются не температура факела, а недостатоккислорода и наличие продуктов недожога (СО, Н2, СН4), участвующих в восстановлении образовавшегося NO. В верхнем ярусе (куда топливо подается снедостатком  28 %) вследствие избытка кислорода степень выгорания топлива выше, а температура факела на 70...150 K ниже, чем при одноступенчатом сжигании, что и определяет меньшие концентрации NOx. Следовательно,на второй ступени решающим фактором, влияющим на уменьшение образования NOx, является снижение температуры факела.При оптимальной организации двухступенчатое сжигание позволяетв  1,5 раза снизить выбросы NOx [105...107, 374, 390, 391, 406...414].

К недостаткам двухстадийного сжигания относятся повышенное содержание СОв продуктах сгорания и необходимость осуществления специальных мероприятий по дожиганию СО в конце топки.В конце 1970-х  начале 1980-х годов почти одновременно в США иЯпонии началось исследование новой технологии факельного сжигания,рассчитанной на подавление оксидов азота, которая получила название“reburning  process” (повторное сжигание). Сущность этой технологии, известной у нас как метод трехступенчатого сжигания, заключается в интенсификации процесса восстановления оксида азота NO углеводородами, возможно, азотсодержащими радикалами, образующимися в зонах горения с недостатком окислителя. Технология сжигания, реализующая этот метод, состоит в том, что в основные горелки котла подается 80…90 % топлива собычно применяемым избытком воздуха, обеспечивающим стабильное воспламенение и эффективное горение.

Остальное топливо (предпочтительно ввиде природного газа или другого высокореакционного топлива) подается вдополнительные горелки с большим недостатком воздуха, чтобы после егосмешения с продуктами сгорания основного факела коэффициент избыткавоздуха снизился до 0,9…0,95. Еще выше располагают сопла для ввода третичного воздуха, необходимого для завершения топочного процесса.102Влияние нагрузки на образование NOx проявляется следующим образом. Снижение нагрузки парогенератора приводит к практически линейномууменьшению количества NOx, что объясняется прежде всего меньшей температурой в зоне горения [392, 407].Усовершенствованные горелочные устройства с пониженным образованием вредных веществ являются одним из наиболее экономичных методов по снижению выбросов NOx, сажи и канцерогенных веществ.

Горелочные устройства с пониженным образованием токсичных продуктов сгоранияможно разделить на следующие типы: с затянутым смесеобразованием, с рециркуляцией продуктов сгорания, со ступенчатым сжиганием топлива, многофакельного типа и др. [105, 106, 123, 203...212, 390, 407, 415...417]. Какправило, с их помощью удается улучшить процессы выгорания топлива, увеличить К.П.Д. и повысить надежность работы котлов.Исследования работы горелок двухстадийного сжигания на котлахПТВМ [106] позволили получить расчетную зависимость для оценки снижения генерации оксидов азота:3  NO x  NO xдв1100  1    100, % ,NO x  1   I  II  (2.58)где I, II  коэффициенты избытка воздуха в первой и второй ступенях.Применительно к камерам сгорания газотурбинных установок (ГТУ),предварительное смешение топлива и окислителя возможно организовать путем создания специальной конструкции камеры горения.

В лаборатории камер сгорания ГТУ Центрального котлотурбинного института им. И.И. Ползунова совместно с Ленинградским металлическим заводом при участии авторанастоящей работы разработана новая двухзонная конструкция камеры сгорания с предварительным смешением [418] в том числе варианты ееоформления, и проведены расчеты основных узлов. Разработаны методика,алгоритм и программа расчета двухзонных камер сгорания. Проведенныерасчеты показали, в сравнении с существующим вариантом использованиепредлагаемой камеры сгорания в составе ГТУ ГТЭ-150 позволяет обеспечитьснижение выбросов оксидов азота: от 340 до 55 мг/нм3 при работе на жидкомтопливе и от 190 до 24 мг/нм3 – на природном газе.

Разработанная камерасгорания опробована и прошла испытания на крупномасштабном огневомстенде ЦКТИ им. И.И. Ползунова; в настоящее время она внедрена и эксплуатируется в составе ГТУ ГТЭ-150 на ГРЭС-3 Мосэнерго.103В топках, разделенных двухсветными экранами, уменьшение образования NOx происходит в результате снижения максимальных температур взоне горения путем интенсификации теплообмена в топке [106, 107, 419],таблица 2.1.Таблица 2.1 – Зависимость образования NОx от количества двухсветных экрановКоличество двухсветных экрановС(NOx)n/CNOx123451,00,750,590,510,445Одним из методов снижения выхода оксидов азота при сжигании газаявляется повышение светимости газового факела (путем повышения содержания в нем твердых частиц углерода), что увеличивает теплоотдачу отфакела [351, 420], но одновременно может повысить величину q4.

Кроме того, принимая во внимание ограниченность запасов природного газа, а такжеценовую ситуацию на топливном рынке, прямое сжигание газа в топках котлов оказывается крайне нежелательным.Значительное снижение выхода оксидов азота (на 20...50 %) можнообеспечить за счет конструкции топочного устройства. В ряде топок, такихкак топка МЭИ с пересекающимися струями, -топка ВТИ, вихревая топкаЦКТИ, низкотемпературная вихревая топка (НТВ-топка) ЛПИ, это достигается благодаря специфической аэродинамической организации сжигания топлив [16, 28...40, 48...58, 107, 183, 210, 212, 214, 281, 421...429].При сжигании твердого топлива в НТВ-топке [16, 25, 37, 49, 52, 281, 429и др.] основной процесс горения протекает при коэффициенте избытка воздуха  < 1 в условиях многократной циркуляции частиц топлива в нижнейвихревой зоне (НВЗ), что интенсифицирует подвод окислителя к поверхности реагирующих частиц.

Организация многократной циркуляции позволилаперейти к сжиганию дробленого топлива, что дало возможность отказатьсяот системы пылеприготовления – дорогого и взрывоопасного элемента котельной установки. Сжигание дробленого топлива происходит с высокой эффективностью при полном исключении использования жидкого топлива дляподсветки факела. При этом уменьшается температура газов в топочной камере и практически полностью решаются проблемы шлакования поверхностей нагрева, снижается вероятность протекания высокотемпературной коррозии экранов за счет уменьшения температурного уровня и концентрациикислорода в топке, снижаются концентрации вредных веществ в уходящих104газах.

Характеристики

Список файлов диссертации