Диссертация (1143428), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Предложенная схема была реализована на котле ПК-24 ИркутскойТЭЦ-10 (схема ЛПИ-ИТЭЦ-10) [95, 285...287], а дальнейшая длительная эксплуатация подтвердила ее высокую эффективность [285]. В нижней вихревойзоне НТВ-топки возможна установка внутритопочных ширм, позволяющихинтенсифицировать отвод тепла от топочных газов [430].
Пониженный уровень температур в НТВ-топке практически полностью исключает генерацию“термических” оксидов азота [35, 77], в [431...435] отмечено разложение оксидов азота на поверхности горящих коксовых частиц, а многократная циркуляция топливных и золовых частиц приводит к связыванию оксидов серыминеральной частью топлива [181, 287, 292, 436].Внутритопочная адсорбция оксидов серы при сжигании топлива в кипящем слое может быть организована путем введения в кипящий слой адсорбирующего вещества [292]. В качестве адсорбента может быть использованмолотый известняк или доломит (СаСО3, MgCO3). Известняк вступает в реакцию с сернистым ангидридом SO2 при температуре 750...790 С с образованием сернокислого кальция СаSO4, который легко удаляется из слоя вместе сзолой.
В результате выбросы SO2 с дымовыми газами могут быть снижены на90 % [358, 427, 428]. При сжигании в кипящем слое уменьшается также возгонка сульфатов щелочных металлов, что ослабляет высокотемпературнуюкоррозию труб и отложения на них. Однако, как отмечается в работе [428],каталитическое действие известняка может привести к увеличению концентрации NOx в уходящих газах. Так, рост молярного отношения Са/Sот 1,7 до 3,7 увеличивает выбросы NOх от 200 до 400 ppm.Динамика взаимодействия оксидов серы с компонентами золы топливаи сорбентом в НТВ топочной камере рассмотрена в работе [437]. В процессереагирования твердой частицы СаО с газообразными SO2, частица считаетсяшарообразной и пористой.
Пористая структура вещества частицы СаО представлена в виде набора случайно перекрывающихся и случайно распределенных по размерам пор. Так как общая площадь поверхности всех пор многобольше наружной поверхности частиц, не занятой порами, считается, чтохимическая реакция взаимодействия СаО с SO212СаО + SO2 + О2 = СаSO4(2.59)идет только на внутренней поверхности пор, а объем образующегося СаSO4больше, чем объем исходного СаO. Схема конверсии в поре приведена на рисунке 2.30.105Рисунок 2.30 – Схема конверсии в пореSр – реакционная поверхность(поверхность поры) в момент времени =0;hn и hp – координаты соответственноповерхности поры и поверхности реагированияпри =0 и h=0; n – нормаль к реакционнойповерхности или поверхности порыРисунок 2.31 – Сопротивлениепри реагировании частиц СаОПри разработке данной модели ее авторами приняты следующие допущения:реакция сульфатизации СаО имеет первый порядок по SO2 и нулевойпорядок по СаО и О2;в начальный период времени протекания реакции, движение Sp и Sn идет понормали к поверхности поры, а затем по нормали к реакционной поверхности;координаты поверхности поры и реакционной поверхности в каждый последующий момент времени определяются соответствующими координатамиhn() и hp(), где доля реагирования СаО в момент определения координат;реакция протекает только на реакционной поверхности Sp (в слоеобразующегося продукта реакция не протекает);слой продукта рассматривается как дополнительное диффузионное сопротивление для поступающего из свободного пространства поры к реакционной поверхности SO2;диффузия SO2 идет по нормали к реакционной поверхности и поток SO2через слой продукта постоянен по толщине слоя.С учетом принятых допущений уравнение для доли реагирования СаОзаписано следующим образом:c* (1 ) 1 ln(1 )d,d 1+ 1 У 1 ln(1 )2(2.60)106Уd ',' 2'1ln(1)(1 Z) (1 ) (2.61)где доля реагирования СаО; безразмерное время; с* безразмернаяконцентрация SO2 на реакционной поверхности; форм-фактор (параметрструктуры пор); диффузионно-кинетический параметр; Z параметр,учитывающий увеличение объема твердой фазы после реакции.Начальные условия для решения уравнений (2.60, 2.61) имеют следующий вид: = 0, = 0, П = П0, S =S0, где П – пористость частицы СаО.Изменение пористости частицы в ходе реакции учитывается уравнением:П = П0 – (Z–1)(1–П0).(2.62)Безразмерная концентрация SO2 на реакционной поверхности (с*) вычисляется следующим образомс* = сАi/c0,(2.63)где сАi – концентрация SO2 на реакционной поверхности, кмоль/м3; c0 – средняя концентрация SO2 в объеме топки, кмоль/м3.При определении концентрации SO2 с* на реакционной поверхностиучитываются следующие основные сопротивления (рисунок 2.31):диффузионное сопротивление R1 пограничного слоя частицы;диффузионное сопротивление R2 в порах частицы СаО;диффузионное сопротивление R3 слоя продукта реакции;кинетическое сопротивление R4 поверхностной реакции.Глубина реагирования определялась путем численного решения уравнения (2.62).
На каждом шаге интегрирования производилась количественнаяоценка указанных сопротивлений. Далее из четырех сопротивлений выбиралось то, значение которого было максимальным. Концентрация SO2 на реакционной поверхности определялась с учетом только этого сопротивления,которое рассчитывалось из уравнения материального баланса потока вещества через реакционную поверхность, основываясь на предположении линейного изменения концентрации газовой реагенты по толщине слоя продукта,пограничного слоя частицы или по длине поры.Результаты расчетов реагирования оксидов серы с СаО приведены на107рисунке 2.32 и удовлетворительно согласуются с данными работ [438…440].Анализ протекания реакции сульфатизации показывает, что при высокихтемпературах (более 1200 K, но ниже 1470 K) реакция протекает в кинетической области.Рисунок 2.32 Зависимости доли реагирования от временидля частиц СаО с диаметром 25 (1), 100 (2), 400 (3) мкм:−−−−−− результаты расчетов; × × × × × данные из работ [438...440]Влияние диффузионного сопротивления слоя образующегося продукта иначального диаметра пор на скорость реакции проявляетя при 0,9.
ПриТ 1050 K влияние слоя образующегося продукта начинает сказываться всесильнее. Так, при Т 850 K уже по достижении величины доли реагирования0,4…0,5 слой продукта почти полностью блокирует реакцию. В областисредних температур (1200 Т 900 K) наблюдается существенное влияниеначального диаметра пор на скорость протекания реакции. При одинаковойначальной пористости скорость реакции тем выше, чем меньше диаметр пори, следовательно, больше количество пор в одной частице. При температурахчастицы выше 1470 K реакция сульфатизации резко тормозится.Расчеты показали, что величина доли реагирования существенно зависитот места и времени пребывания частиц в топке.
Мелкие частицы, пребывая внижней вихревой зоне, имеют большую глубину реагирования, нежели частицы более крупных размеров. Частицы, которые выпадают с провалом, целесообразно отправлять на домол с целью последующего повторного ввода втопку для увеличения их доли реагирования.Расчеты сульфатизации частиц в газоходах котла показали, что реакцияздесь протекает чрезвычайно медленно, что объясняется низкими температурами потока (Т 950 K) и малым временем нахождения частиц. Величина доли108реагирования за счет реакции в газоходах увеличивается не более, чем на 0,01.Таким образом, эффективность SOxсвязывания оксидов серы минералькной частью в котле зависит от соотношения содержания серы Sr и кальцияCaO в угле, от топочного устройства и температурного уровня топочногопроцесса.Для прогнозирования степени связывания оксидов серы в котле при пылеугольном сжигании в [441] предложено выражение, полученное с использованием экспериментальных данных УралВТИ:SOx=кst100 , %(aSO st + bSO )(2.64)где st = CaOd/1,75Std соотношение содержания кальция и серы в угле;aso и bso взаимосвязанные эмпирические коэффициенты, характеризующиетопочное устройство.
Для пылеугольного сжигания в прямоточном факелеaso = 0,025 и bso = 0,086.Очистка продуктов сгорания от оксидов азота и серы. Проблемыочистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы осложнены тем, что ихконцентрации в уходящих газах паровых котлов относительно невысоки(NO2 не превышает 1,0...1,5 г/м3, а SO2 – 0,1...0,3 % об.), а сами уходящие газысодержат примеси (золовые частицы, O2, CO и др.). Учитывая, что по санитарному законодательству России вредные воздействия от загрязнения атмосферы оксидами азота, серы и золовыми частицами суммируются (принцип“суммации”) [105, 107], наиболее перспективными следует считать методыочистки газов, позволяющие обеспечить одновременное снижение выбросовNOx и SОx.При высокотемпературном бескаталитическом восстановлении оксидов азота в качестве газа-восстановителя используется аммиак, которыйвводится в поток продуктов сгорания [442].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
