ДИПЛОМ (1207161), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

- «Быстрые» оксиды азота присутствуют в продуктах горения всех видов топлива.

- Время образования «быстрого» NO соизмеримо со временем реакции горения.

- «Быстрый» NO, как и «топливный». Имеет слабую зависимость от температуры и сильную от коэффициента избытка воздуха[22].

Теоретические основы образования оксида и диоксида углерода.

Оксид углерода получается при сжигании органического материала, типа угля, древесины, бумаги, масла, бензина, газа, взрывчатых веществ или карбонатных материалов любого другого типа в условиях недостатка воздуха или кислорода. Когда процесс горения происходит при избыточном питании воздухом, и пламя не контактирует с какими-либо поверхностями, окись углерода не образуется[22]. СО образуется в том случае, если пламя контактирует с поверхностью, температура которой ниже, чем температура воспламенения газообразной части пламени.

При сжигании топлива происходит окисление углерода и его соединений с кислородом воздуха с образованием диоксида углерода (углекислый газ) CO₂ в качестве конечного продукта полного окисления:

C + O₂ → CO₂ (10.1)

C_mH_n + O₂ → … → CO₂ + H₂O (10.2)

В тоже время вследствие локальных недостатков воздуха или неблагоприятных тепловых и аэродинамических условий в топках и камерах сгорания образуются продукты неполного сгорания, подавляющую долю которых составляет монооксид углерода CO (угарный газ):

C + 0,5O₂ → CO (10.3)

C_mH_n + O₂ → … → CO₂ + RH (10.4)

C + CO₂ → 2CO. (10.5)

Реакция (10.5) описывает процесс восстановления CO₂ на поверхности коксового остатка

Содержание CO в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает сотых долей процента (0,001…0,025% об.) и характеризует потери тепла в котлоагрегате от химической неполноты сгорания. Теоретические основы образования оксидов серы. Содержащаяся в топливе сера является источником образования оксидов серы SO_x зависит только от содержания серы в топливе S^p. Сера S может содержаться в трех видах: органическая S, колчеданная S_к и сульфатная S_с. Органическая сера входит в состав сложных высокомолекулярных органических соединений топлива. Сульфатная сера входит в минеральную часть топлива в виде сульфатов щелочных металлов (CaSO₄ и MgSO₄ ) поэтому в процессе горения дальнейшему окислению не подвергается и переходит в золу[22]. В состав газообразных топлив входит только в виде сероводорода H₂S или сернистого ангидрида SO₂. Диапазоны концентраций вредных веществ в дымовых газах при сжигании различных типов топлив приведены в табл. 10.1

Таблица 10.1

Концентрация загрязняющих веществ в продуктах сгорания при сжигании различных видов топлива в котлах

Одним из эффективных технических направлений сокращения вредных выбросов в атмосферу является разработка и внедрение малоотходных технологий сжигания топлива в котлах. Среди факторов определяющих уровень выбросов оксидов азота и серы, кроме температуры горения, следует так же выделить локальные концентрации кислорода и фактическое время пребывания реагирующих компонентов в топке котла.

Если проанализировать максимальную температуру горения, то она зависит от величины теплоты сгорания топлива, температуры воздуха и топлива, а так же от объемов продуктов сгорания и избытков воздуха.

При уменьшении величины теплоты сгорания жидкого топлива путем целенаправленного предварительного вводу в горючую смесь инертных примесей можно ожидать снижение уровня выхода высокотоксичных оксидов азота. Одновременно со снижением температуры в зоне горения в указанных условиях наблюдается уменьшение концентрации реагирующих веществ из-за разбавления инертными средами[22].

11 Разработка мероприятий по снижению вредных выбросов котельной

При работе энергоустановок должны приниматься меры для предупреждения или ограничения прямого и косвенного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водные объекты, звукового давления в близ лежащих районов и минимального потребления воды из природных источников.

В настоящее время разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) содержания вредных элементов в атмосфере. Это необходимо для установления безвредности определённых концентраций элементов для человека, животных и растений.

Основными элементами, загрязняющими атмосферный воздух, являются СО, оксид азота, оксиды серы. Основным источником выбросов СО является автомобильный транспорт, значительное место занимают и отопительные котельные, которые вырабатывают в атмосферу СО в двадцать раз больше, чем промышленные. Источником выбросов оксидов азота в первую очередь является котельные установки, на которые приходится более половины всех технологических выбросов. До 80% выбросов оксидов серы и около 50% твёрдых частиц также приходятся на долю выбросов котельных установок. Причём для выбросов твёрдых частиц малыми котельными значительна.

Существуют направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:

- оптимизация процесса сжигания топлива;

- очистка топлива от элементов, образующихся при сжигании загрязняющих веществ;

- очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;

- рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе;

- сжигание топлива со ступенчатой подачей топлива и воздуха для снижения выбросов оксидов азота;

- частичная рециркуляция дымовых газов;

- подача воды или пара в ядро факела.

Большое влияние на снижение вредных выбросов в атмосферу оказывает обеспечение процесса горения с оптимальным количеством воздуха. При неправильном забросе топлива или проникания через не плотности обмуровки воздух проходит через слой топлива по пути наименьшего сопротивления. В результате повышается химическая неполнота сгорания топлива, что приводит к повышению концентрации СО и сажи [2].

Установлено, что на оксид азота влияет не производительность котла, а тепловое напряжение топочного объема, от которого, в свою очередь зависит температурный уровень в топке. Снижение выбросов оксидов азота можно обеспечить при работе котлов с 50-60% загрузкой. Зависимость оксидов азота определяется типом горелочного устройства и единичной тепло производительности котла. Радикальным методом для котла является замена устаревших конструкций горелок более современными.

Повышение КПД котла и снижение вредных выбросов достигается исключением цикличности в работе механизированной топки, что ликвидирует пик работы выбросов в период разгорания топлива.

Огромное значение в оздоровлении атмосферы имеет перевод малых отопительных котельных с твёрдого на жидкое, а в лучшем случае – на газообразное топливо.

На снижение выбросов влияют различные присадки, которые получили широкое применение в энергетике, но практически не используются в промышленных и отопительных котельных, из-за отсутствия достаточного количества присадок и необходимого для их ввода оборудования. Основное действие присадок – повышение качества сжигания, снижение загрязнения и коррозии поверхностей нагрева.

В таблице11.1 представлена схема классификации теплотехнических методов снижения выбросов оксидов азота с продуктами горения котлоагрегатов, которая охватывает апробированные в теплоэнергетике способы борьбы с NO_x при сжигании различных видов топлива.

Таблица 11.1

Классификация способов снижения выбросов оксидов азота из котлов

Как показали результаты многочисленных исследований частичная рециркуляция дымовых газов в топочную камеру является одним из эффективных методов подавления выбросов NO_x. В этом случае дымовые газы на выходе из котла забираются и подаются в топку либо через шлицы под горелками, либо через кольцевой канал вокруг горелок, либо путем подмешивания газов в воздух перед горелками [22]. Последний способ ввода рециркулирующих газов (рис. 11.1) обеспечивает наибольшее снижение температуры в зоне горения. Рециркуляция дымовых газов наряду с уменьшением температурного уровня в топке приводит к снижению концентрации кислорода, т.е. к растягиванию зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами. Подмешивая до 20…25% продуктов сгорания в воздух, удается снизить содержание NO_x на 30…35%. Подача воды или пара в ядро факела также приводит к снижению выбросов оксидов азота.

Рис. 11.1. Принципиальная схема способа частичной рециркуляции дымовых газов в топку котла

1 – топка котла; 2 – водяной экономайзер; 3 – воздухонагреватель; 4- дымосос рециркуляции дымовых газов; 5 – дутьевой вентилятор; потоки: I – дутьевой воздух; II – дымовые газы; III – продукты сгорания.

Этот способ предусматривает впрыск влаги в количестве 3…5% от расхода топлива, что по аналогии с вводом рециркулирующих газов уменьшает максимальную температуру в зоне горения. По сравнению с обычным сжиганием газа и мазута данный метод позволяет уменьшить образование NO_x. Кроме того, впрыск флаги в топку эффективен не только для подавления оксидов азота, но и для уменьшения образования оксида углерода, углеродов и сажистых частиц вследствие увеличения их скорости выгорания за счет повышения концентраций радикалов H и OH в реакционной зоне[23].

Снижение температуры подогрева и уменьшение избытка воздуха в топке котлоагрегата также несколько сокращают образование NO_x как за счет уменьшения температурного уровня в зоне горения, так и за счет падения концентрации свободного кислорода. Радикальным способом подавления образования оксидов азота является организация многоступенчатого сжигания топлива. В отличие от традиционного (одноступенчатого) сжигания топливо сжигают в несколько ступеней, подводя на каждой ступени только часть воздуха, необходимого для горения.

В практике работы котельной иногда применяют двухступенчатое сжигание топлива ,а в некоторых случаях – трех – и многоступенчатое. Зарубежный и отечественный опыт эксплуатации котлов свидетельствует о возможности в 1,5 … 2.0 раза уменьшить концентрацию NO_x в продуктах сгорания при организации двухступенчатого сгорания.

Двухступенчатое сжигание

Характеристики

Список файлов ВКР