Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Оценка и моделирование влияния рециркуляции дымовых газов на технико-экономические и экологические параметры работы котла 20
1.1. Назначение рециркуляции дымовых газов 20
1.2. Влияние степени рециркуляции дымовых газов на технико-экономические и экологические показатели работы котла 23
1.3. Экспериментальное исследование влияния рециркуляции дымовых газов на технико-экономические и экологические показатели работы котла ТП-87 28
1.4. Моделирование выброса оксидов азота с учетом нагрузки и степени рециркуляции 31
1.5. Моделирование зависимости температуры уходящих газов от нагрузки и степени рециркуляции 35
1.6. Моделирование влияния нагрузки парового котла и степени рециркуляции дымовых газов на расход электроэнергии тягодутьевыми устройствами 36
Выводы 38
ГЛАВА 2. Разработка методики получения эколого экономической характеристики парового котла при использовании рециркуляции дымовых газов 40
2.1. Анализ структуры затрат на рециркуляцию дымовых газов 40
2.2. Исходные данные для расчета затрат на рециркуляцию дымовых газов 42
2.3. Алгоритм расчета затрат на рециркуляцию дымовых газов 44
2.4. Анализ затрат на рециркуляцию дымовых газов 54
2.5. Расчет массового выброса оксидов азота з
2.6. Определение эколого-экономической характеристики котла 59
Выводы 62
ГЛАВА 3. Использование экологогэкономических характеристик для оптимизации атмосфероохранной деятельности на ТЭС 63
3.1. Чистый эффект рециркуляции дымовых газов 65
3.2. Оптимальное распределение экологической нагрузки между котлами ТЭС 69
3.2.1. Возможные пути решения 70
3.2.2. Технологическая режимная карта 71
3.2.3. Последовательное распределение технологической и экологической нагрузок 72
3.2.4. Совместное распределение 74
3.2.5. Пример оптимального распределения экологической нагрузки 75
3.2.5.1. Математическая формулировка задачи 75
3.2.5.2. Выбор метода решения 76
3.2.5.3. Исходные данные для расчета 78
3.2.5.4. Оптимальное распределение выбросов оксидов азота между котлами ТЭС методом неопределенных множителей Лагранжа 81
3.2.5.5. Об экономическом эффекте оптимального распределения экологической нагрузки 84
3.3. Оптимальное сочетание технологических и очистных методов 93
3.4. Рециркуляция дымовых газов в газомазутных котлах с промежуточным перегревом пара 99
Выводы 102
ГЛАВА 4. Измерение и регулирование степени рециркуляции дымовых газов в паровых котлах 105
4.1. Вводные замечания 105
4.2. Обзор существующих методов измерения степени рециркуляции дымовых газов 107
4.2.1. Прямой метод 107
4.2.2. Метод смесителя 108
4.2.3. Метод, основанный на измерении перепада давления дымовых газов на поверхности нагрева до отбора
на рециркуляцию 109
4.3. Предлагаемые способы измерения степени рециркуляции дымовых газов НО
4.3.1. Комбинированный метод 110
4.3.2. Метод, основанный на измерении перепадов давления дымовых газов на поверхностях нагрева, расположенных
до и после отбора на рециркуляцию 111
4.3.2.1. Котлы с трубчатыми воздухоподогревателями 112
4.3.2.2. Котлы с регенеративными воздухоподогревателями 127
4.3.2.3. Метод, основанный на измерении перепадов давления в газоходах-рециркуляции .. 130
4.4. Автоматическое регулирование степени рециркуляции дымовых газов 132
Выводы 134
Заключение 137
Библиографический список
- Моделирование выброса оксидов азота с учетом нагрузки и степени рециркуляции
- Исходные данные для расчета затрат на рециркуляцию дымовых газов
- Последовательное распределение технологической и экологической нагрузок
- Обзор существующих методов измерения степени рециркуляции дымовых газов
Введение к работе
Актуальность темы. В составе мероприятий по охране воздушного бассейна на ТЭС важнейшими являются меры по снижению выбросов оксидов азота (NOx). Особенностью оксидов азота является возможность их подавления с помощью технологических (первичных, режимных) мероприятий, не требующих больших капитальных вложений. Исторически первым и наиболее распространенным технологическим методом в газомазутных котлах служит рециркуляция дымовых газов (РДГ). Перераспределяя теплоотдачу между конвективными и радиационными поверхностями нагрева в пользу первых, РДГ, наряду с экологическим действием оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели (ТЭП) котла, снижая его КПД нетто на 0.5-2.5 %. С ростом степени рециркуляции удельная стоимость подавления оксидов азота возрастает, и при некотором ее значении начинает превосходить полезный результат. Предприятию, работающему в условиях рыночной конкуренции (а на это направлены реформы в энергетике последних лет), должно быть небезразлично, какой ценой выполняются установленные для него нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ).
Для рациональной, экономически грамотной постановки атмосфероохранной деятельности на ТЭС в условиях роста цен на топливо, наличия платежей за выбросы и работы с переменной суточной и сезонной нагрузкой необходимо управление выбросами NOx, а для этого – разработка соответствующих структур в составе АСУ ТП ТЭС.
Среди трех наиболее распространенных технологических методов (используются также разновидности ступенчатого сжигания и впрыск воды в зону горения) только РДГ может плавно регулироваться в широком диапазоне путем воздействия на направляющие аппараты дымососов рециркуляции (ДРГ).
Оптимальное управление выбросами оксидов азота требует разработки в рамках АСУ ТП соответствующего обеспечения: алгоритмического для определения оптимальных значений выбросов отдельными котлами и всей ТЭС, и технического для поддержания найденных оптимальных значений в реальном масштабе времени.
Алгоритмическое обеспечение должно включать в себя специальные характеристики оборудования в виде эколого-экономических моделей, а также процедуры поиска оптимальных режимов с учетом действующих ограничений; техническое – методы и аппаратуру для получения необходимой информации и для воздействия на процесс генерации оксидов азота.
Цель работы заключается в разработке методического, алгоритмического и технического обеспечения задач охраны окружающей среды в АСУ ТП ТЭС на примере подавления выбросов оксидов азота газомазутными котлами при использовании РДГ в качестве атмосфероохранного воздействия. В рамках поставленной цели разрабатываются следующие конкретные задачи:
- разработать элементы концепции оптимального экологического поведения ТЭС в части управления выбросами оксидов азота в рамках существующих нормативных ограничений и возможностей современных технических средств АСУ ТП;
– оценить влияние РДГ на технико-экономические и экологические параметры работы котла;
- разработать структуру и методику определения эколого-экономической характеристики (ЭЭХ) котла, связывающей затраты на РДГ, паровую нагрузку, степень рециркуляции и массовый выброс оксидов азота;
- разработать процедуры и оценить эффективность различных вариантов использования ЭЭХ для управления выбросами оксидов азота, в частности для оптимального распределения экологической нагрузки между котлами, между технологическими и очистными методами снижения выбросов, для определения оптимального соотношения между РДГ и впрыском при регулировании температуры пара вторичного перегрева;
- разработать удобный для практики метод непрерывного автоматического измерения степени рециркуляции дымовых газов (СРДГ) в паровых котлах и оценить его погрешность.
Объект исследования - РДГ в энергетических паровых котлах, работающих на газообразном и жидком топливе, при ее использовании как средства управления выбросами оксидов азота.
Предмет исследования - эколого-экономическая оценка РДГ, представление ее в форме, удобной для оптимального управления выбросами оксидов азота, варианты использования ЭЭХ, а также разработка метода измерения СРДГ, удобного для практического использования.
Методы исследования - поиск опубликованных данных о результатах испытаний паровых котлов, связанных с РДГ, проведение собственных испытаний, анализ и обобщение полученной информации, разработка расчетно-экспериментальных методик и математическое моделирование, адаптация известных математических методов оптимизации для их использования в данной предметной области, метрологический анализ.
Прикладная ценность. Использование результатов данной работы позволяет:
1. Использовать возможности современных средств АСУ ТП для управления выбросами оксидов азота на ТЭС. В зависимости от технической оснащенности создавать системы управления выбросами различной степени интеграции, от локальных (на одном котле) до полностью интегрированных в составе всей ТЭС.
2. Решать следующие оптимизационные задачи, получая реальный экономический эффект:
- распределять суммарные выбросы оксидов азота между котлами ТЭС в рамках ПДВ с учетом удельных затрат на подавление выбросов каждым котлом;
- устанавливать оптимальное соотношение между технологическими мероприятиями по подавлению оксидов азота на одном котле, если их несколько, например, ступенчатым сжиганием и РДГ;
- устанавливать оптимальное соотношение между технологическими и очистными (СКВ, СНКВ) мероприятиями по подавлению оксидов азота на одном котле;
- обоснованно принимать решения в ситуации выбора «затраты на экологию – «платежи за выбросы»;
3. Измерять и регулировать СРДГ в паровом котле в режиме нормальной эксплуатации, а также в процессе наладки и испытаний.
4. Повысить инвестиционную привлекательность и конкурентоспособность энергетической компании как предприятия с высоким уровнем экологического менеджмента в соответствии с международным стандартом ISO 14001.
Научную новизну представляют:
1. Концепция управления выбросами, основанная на разработке и использовании ЭЭХ технологического оборудования (паровых котлов).
2. Методика разработки и моделирования ЭЭХ.
3. Метод измерения СРДГ как коэффициента соотношения расходов в ветвях разветвляющегося потока путем измерения перепадов давления дымовых газов на поверхностях нагрева до и после отбора на рециркуляцию.
Достоверность полученных результатов основана на использовании в расчетных алгоритмах общепризнанных нормативных методов теплового и аэродинамического расчетов паровых котлов, типовых энергетических характеристик котлов, использовании результатов эксперимента для определения наиболее важных зависимостей, а также на многократной обкатке и проверке расчетных методик в множестве студенческих типовых расчетов, дипломных проектов и выпускных работ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Элементы концепции оптимального управления выбросами оксидов азота газомазутной ТЭС на основе разработки и использования ЭЭХ паровых котлов.
2. Методика моделирования ЭЭХ газомазутного котла при использовании РДГ в качестве атмосфероохранного воздействия.
3. Методики оптимального распределения экологической нагрузки между котлами ТЭС , а также оптимального сочетания технологических и очистных способов снижения выбросов оксидов азота на основе использования ЭЭХ.
4. Метод непрерывного автоматического измерения СРДГ в паровых котлах.
Реализация результатов. Результаты работы использованы для коррекции режимных карт котла ТП-87 ст. № 8 ТЭЦ-16 Мосэнерго и энергетических котлов ГРЭС № 5
(г. Шатура). Они используются в научно-исследовательских работах, выполняемых при участии автора, а также в учебном процессе на кафедре АСУ ТП МЭИ.
Личный вклад соискателя. Автору принадлежат теоретическое и экспериментальное обоснование цели работы, выбор объектов и постановка задач, разработка алгоритмов расчетов, построение моделей, организация экспериментов и участие в них, анализ и использование полученных результатов.
Апробация работы. Разделы и положения диссертации докладывались и обсуждались на 12 научно-технических конференциях и отраслевых совещаниях, часть из которых упомянута в разделе «Основные публикации по теме диссертации» данного автореферата, и получили положительную оценку.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 37 научных работах, в том числе в двух методических указаниях, в 12 докладах на различного рода конференциях, в 13 статьях в журналах и сборниках, в том числе 7 – в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК. В тексте диссертации имеются ссылки на 25 из них. По результатам работы получено три авторских свидетельства на изобретения. Часть результатов отражена в зарегистрированных во ВНИТЦ отчетах по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 133 наименования, и четырех приложений. Содержит 199 страниц машинописного текста, 38 рисунков и 29 таблиц.
Моделирование выброса оксидов азота с учетом нагрузки и степени рециркуляции
Для детального исследования влияния рециркуляции дымовых газов на концентрацию оксидов азота и технико-экономические показатели работы котла под руководством автора были проведены экспериментальные работы на котле ТП-87 (ст. № 8) ТЭЦ № 16 ОАО Мосэнерго. В данном разделе приведены основные результаты экспериментальных работ, существенные для дальнейшего изложения; подробная процедура проведения испытаний, их результаты, характеристики используемых приборов изложены в [83] и в Приложении 1.
Котел ТП-87 с естественной циркуляцией, номинальная паропроизводительность 116.7 кг/с (420 т/ч) при параметрах пара 14.0 МПа, 555 С. Температура горячего воздуха 420 С. Четыре горелки конструкции Уралтехэнерго производительностью 7.5 т/ч (2.17 кг/с) по мазуту и 8500 м /ч (2.36 м/с) по природному газу установлены в один ряд на подовом экране. Котел реконструирован для сжигания газа и мазута. Подробное описание котла и горел очных устройств приведено в [56, 57].
Дымовые газы с температурой -300 С отбираются из рассечки первой ступени водяного экономайзера и двумя дымососами рециркуляции газов подаются в периферийные каналы горелок. При работе на газе в эти каналы подается и воздух, который1 смешивается с дымовыми газами. С увеличением степени,рециркуляции возрастает температура перегретого пара.(0.25 С - мазут, 1.6 С - газ на каждый процент степени рециркуляции). Также возрастает температура горячего воздуха (0.8 С/% - мазут, 0.9 С/% - газ). Наибольшее повышение температуры дымовых газов наблюдалось в конвективною шахте за экономайзером второй ступени; при работе на газе эта1 температура возрастала в среднем на 3.1 С/%. Следует отметить также, что температуры пара, дымовых газов и горячего воздуха при, работе на газе более чувствительны к действию рециркуляции, чем при работе на мазуте. Реакция температуры уходящих газов на рециркуляцию обратная: с ростом степени рециркуляции она несущественно, но падает. Среднее значение показателя AtyK/Ar для мазута,равно минус 0.07 С/%, для газа -минус 0.085 С/%. зо Следовательно, включение ДРГ незначительно повышает КПД брутто котла за счет уменьшения потерь тепла с уходящими газами.
Такой результат оказался неожиданным, так как общепринято, что включение газовой рециркуляции вызывает рост температуры уходящих газов. Так, по данным [21] для аналогичных котлов Ульяновской и Минской ТЭЦ № 5 при возрастании степени рециркуляции от 0 до 0.17 температура уходящих газов возрастала на 7 С; на Минской ТЭЦ № 3 увеличение степени рециркуляции на 10 % привело к росту потерь тепла с уходящими газами на 0.48 %, что соответствует росту температуры уходящих газов на 12 С.
Следует также отметить, что полученный результат нельзя считать абсолютно точным, так как температура уходящих газов измерялась только с левой стороны газохода. Тем не менее характер кривых, показывающих изменение температуры дымовых газов, вызванное рециркуляцией, по длине газохода (см. Приложение 1, рис. П. 1.3) показывает, что и с правой стороны газохода температура уходящих газов с ростом степени рециркуляции должна уменьшаться.
Теоретически наблюдаемый результат возможен, так как энергия, затраченная на привод дымососов рециркуляции, интенсифицирует процесс конвективного теплообмена и может привести к более полному охлаждению дымовых газов.
Несмотря на полученные в эксперименте результаты, в дальнейшем, при построении типовой эколого-экономической характеристики будет принята усредненная для данного типа котла зависимость ty r).
На рис. 1.1 показаны усредненные по методу наименьших квадратов зависимости концентрации оксидов азота в дымовых газах (приведенные к двуокиси) от степени рециркуляции для трех нагрузок котла: номинальной ( о), 0.8 и 0.5 от номинальной при работе котла на газе.
Исходные данные для расчета затрат на рециркуляцию дымовых газов
По данным таблицы 2.4 на рис. 2.1 представлены зависимости затрат на рециркуляцию дымовых газов от степени рециркуляции при различных нагрузках котла.
Зависимости Z(r) при фиксированной D имеют нелинейный характер; затраты существенно зависят от нагрузки. Так, при г = 0.15 рост нагрузки от 0.5D0 до D0 приводит к возрастанию затрат в 5.2 раза. Нелинейность зависимости Z(r) вызвана квадратичным возрастанием гидравлических сопротивлений от расхода дымовых газов и воздуха и соответствующим возрастанием мощности ТДУ.
На рис. 2.2 приведена структура затрат на рециркуляцию при номинальной нагрузке котла. Топливная составляющая ZT зависит от г линейно вследствие принятой в расчете линейной зависимости Afyx(r). В структуре затрат преобладает электрическая составляющая, причем с ростом степени рециркуляции отношение ZJZT возрастает. Так, при г = 0.05 ZJZT = 2.2; при г = 0.25 соответственно 3.1. 2500
В составе электрической составляющей основная доля приходится на привод ДРГ, затем следует догрузка дьімососові и в- меньшей степени дутьевых вентиляторов. При г = 0.15 соотношение Z/pr : Z/ : Z/B составляет 0.57 : 0.28 : 0.15; при этом с ростом .степени рециркуляции относительная доля затрат на привод ДРГ возрастает.
Следует отметить, что указанные здесь соотношения между составляющими затрат относятся только к рассмотренной схеме реализации рециркуляции дымовых газов на данном котле; на других котлах с другой аэродинамикой, с другим способом ввода рециркулирующих газов в топку эти соотношения будут другими и затраты должны определяться по другим расчетным формулам, учитывающим конкретику котла. рэДрг+2эД+2эДв
Располагая результатами промежуточных расчетов по алгоритму (табл. 2.2), а именно расходом топлива В и количеством дымовых газов на выходе из котла VT, по формулам (1.2), (1.3), (1.4) и значениям коэффициентов (1.5) полученной ранее модели зависимости C ox{D,r) можно рассчитать значения массового выброса оксидов азота т при любых D и г.
В качестве произведения BVr принимается расход дымовых газов на всасе дымососов Qa (формула 3.9 в табл. 2.2). Ниже, в табл. 2.6 приведены результаты расчета.
Для удобства дальнейшего моделирования ЭЭХ необходимые данные сведены в таблицу 2.7. На этом завершается подготовка исходных данных для определения эколого-экономической характеристики котла. Таблица 2.6
Представленное на рис. 2.3 семейство кривых, наглядно описывает возможности котла в экологическом плане- во всем диапазоне нагрузок и уровней атмосфероохранного воздействия с: указанием, цены достигаемого уровня выбросов: Но табличного или графического представления зависимости Z(m,D) недостаточно для эффективного использования полученной характеристики в рамках АСУ ТП для определения и автоматического поддержания . оптимальных эколого-экономических режимов. Необходимо представление зависимости Z(m;D) в аналитической форме, что дает возможность записать полученную ЭЭХ в память ЭВМ (контроллеров, расчетных станций), получать значение затрат на
Классическим путем получения аналитических моделей по результатам эксперимента является регрессионный анализ [80], в соответствии с которым проверяются все более усложняющиеся полиномиальные модели с оценкой коэффициентов методом наименьших квадратов. Метод требует большого объема экспериментальных данных. В настоящей работе исходные данные для моделирования ЭЭХ получены экспериментально-расчетным методом, при котором наиболее важные зависимости ( CNOx(D r) Л ух(Аг) коэффициенты к в формулах для расчета гидравлического сопротивления h — (Q/k) ) получены экспериментально, а затраты — расчетным путем.
Процедуру подбора эмпирической формулы для функции двух переменных, которой является искомая зависимость, удобно разбить на два этапа, каждый из которых сводится к подбору эмпирической формулы для функции одного переменного. Задача аппроксимации функции одного переменного, хотя еще не полностью автоматизирована в прикладных математических пакетах (Mathcad, Matlab, Maple) , но приближается к этому; сложность процедуры во многом зависит от характера исходной зависимости.
В рассматриваемом случае исходные данные (рис. 2.3) представлены семейством гладких монотонных кривых, но, тем не менее, они не могут быть аппроксимированы полиномами, степенными и другими широко известными функциями. Для подбора структуры аппроксимирующей модели автору пришлось перебрать с десяток функций, используя старый добрый метод выравнивания [81, 82].
Для удобства графического представления на двумерном графике функция двух переменных, геометрической интерпретацией которой является поверхность в пространстве, представляется в виде семейства функций одной переменной при фиксированных значениях другой. На рис. 2.3 фиксируются значения паровой нагрузки D.
Последовательное распределение технологической и экологической нагрузок
значения X , т? и так до тех пор, пока для всех т? не будет соблюдаться условие (3.9). Значения т? приведены в табл. 3.2 (нижняя строка). Функция Лагранжа имеет вид: F = Z+XM, (3.16) где Z- целевая функция (ЗЛО); X, — неопределенный множитель Лагранжа; М- суммарный выброс пяти котлов (ПДВ). Дифференцируя (3.16) по ті и приравнивая к нулю частные производные, определяем экстремум функции Лагранжа: dF/dmj = dZxldmx + X = 0,. . ., dF/dmn = dZJ8mn + Х = 0. (3.17) Величины dZi/dnii можно назвать характеристиками экологического относительного прироста (ХЭОП) [96]. Они должны быть монотонными функциями ті. Это условие соблюдается. Значение параметра X определяется следующим образом: уравнения (3.17) разрешаются символьно относительно т(: /Hi(Zb X), . . ., mn(Zn, X) . (3.18) Подставив выражения; (3.18) в (3-8), из полученного уравнения; также символьно определяем X . Далее, используя выражение для X,, из выражений (3.18) определяем оптимальные значения выбросов: ти,- . Для функций вида (3.11)-(3.15) выражения (3.17) цмеют вид dF/дгщ - -aJimi + btf + X , отсюда mi = -bt + а,-5Х--5 . (3.19) Подставив выражения для т; в (3.8) и выполнив преобразования, получим Г0 5 = (М+ Ъх + Ь2 + . . . + Ъп)1(а\05 + a{ + ... + ап05). При М= 160.21 г/с (табл. 3.2) X 05 = 0,110. Зная величину А/0 5 , по формуле (3.19) определяем т( , Рассчитанные при первом проходе значения т( определены без учета ограничений (3.9), поэтому следующим шагом будет проверка условий (3.9). Если хотя бы для одного т, указанное условие не выполняется, например, Wi wimax, принимается m\ = т\так и для оставшихся п — \ котлов определяются новые оптимальные значения т, , но для суммарного выброса М— т\тзх, т.е. находятся новые
Используя выражения (1.2) - (1.4), связывающие величины mh D, и г,- для каждого котла, определяются оптимальные значения атмосфероохранного воздействия Г{ для реализации найденных оптимальных значений т . Параметр г, передается в качестве уставки локальным регуляторам степени рециркуляции на каждом котле, воздействующим на направляющие аппараты дымососов рециркуляции.
На рис. 3.4 представлена блок-схема оптимального распределения экологической нагрузки с использованием метода неопределенных множителей Лагранжа.
В Приложении 3 приведена программа оптимального распределения экологической нагрузки между котлами ТЭС методом динамического программирования. Программа написана на стандарте языка Си. Используется разбиение допустимых диапазонов выбросов m/1"" mf m,max с шагом 1 г/с. При этом погрешность найденных оптимальных значений т равна ±1 г/с. Такая точность вполне достаточна, так как погрешности исходных данных, используемых при определении ЭЭХ, существенно больше. Если это необходимо, можно увеличить точность результата путем коррекции программы. D, Исходные данные
Блок-схема алгоритма оптимального распределения экологической нагрузки между котлами ТЭС методом неопределенных множителей Лагранжа 3.2.5.5. Об экономическом эффекте оптимального распределения экологической нагрузки.
Любая инновация должна быть экономически оправданной. Как бы не было привлекательно техническое решение, но если оно не выдерживает испытания экономикой, оно не приживется. При оценке экономического эффекта предлагаемого решения оно сравнивается с аналогом, наилучшим из существующих на данный момент, которое называется базовым. В данном случае подобная стандартная процедура не совсем корректна, так как сама постановка вопроса об оптимальном распределении экологической нагрузки стала возможной при наличии соответствующего инструмента, а именно эколого-экономических характеристик. Поэтому правильнее будет сравнивать не два варианта оптимального распределения, а два способа организации (две концепции) атмосфероохранной деятельности на ТЭС, а конкретно поддержания выбросов оксидов азота на уровне ПДВ: с использованием ЭЭХ (новый), и без них (базовый).
В настоящее время нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу тепловыми электростанциями осуществляется в соответствии с отраслевой инструкцией РД 153-34.0-02.303-98 [132] путем установления технологических (удельных) нормативов выбросов для каждой котельной установки. Технологические нормативы устанавливаются в соответствии с ГОСТ Р 50831-95 [131] и для оксидов азота равны соответственно 125 мг/м при работе на газе и 250 мг/м - при работе на мазуте.
Большинство отечественных газомазутных энергетических котлов оснащены средствами подавления выбросов оксидов азота (NOx), позволяющими снижать их концентрацию до уровня, обеспечивающего соблюдение норматива предельно-допустимого выброса (ПДВ), установленного для ТЭС. Как правило, это малотоксичные горелки, а также технологические мероприятия: различные разновидности ступенчатого сжигания и рециркуляция дымовых газов. Для гарантированного соблюдения
Обзор существующих методов измерения степени рециркуляции дымовых газов
Для прямого измерения степени рециркуляции по формуле (4.1) необходимо измерять величины Qpn и QT. Для измерения Qpn в газоходах устанавливаются специальные сужающие устройства, чаще всего это мультипликаторы (малогабаритная разновидность трубы Вентури) [109].
Мультипликаторы требуют индивидуальной градуировки с помощью напорных трубок и точной установки по центру газохода. Может быть также использована осредняющая напорная трубка, не требующая индивидуальной градуировки, так как ее коэффициент расхода может быть получен расчетным путем как для стандартных сужающих устройств [109].
Прямое измерение величины Ог затруднено большими сечениями газоходов, неравномерностью поля скоростей в них и отсутствием прямых участков требуемой длины. Поэтому указанный метод может быть применен для малых котлов с небольшими сечениями газоходов. Для котлов средней и большой мощности он практически не применяется.
Этот метод может быть использован в случае, когда рециркулирующие дымовые газы перед подачей их в топку смешиваются с дутьевым воздухом (горячим или холодным). При этом используются уравнения материального и теплового баланса смесителя. Ниже рассмотрено использовании данного метода на примере «малозатратного» способа реализации рециркуляции на котле ТГМ-96Б, когда дымовые газы отбираются из конвективной шахты котла и подаются на всас дутьевых вентиляторов (ДВ) в воздухозаборную шахту. Измерение где Дссрвп - присос (переток) воздуха в дымовые газы в регенеративном воздухоподогревателе (РВП); А«прс - присосы воздуха в топочную камеру и газовый тракт котла до места отбора на рециркуляцию; anp. — коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов на рециркуляцию; tCM - температура газовоздушной смеси после смешивания (перед РВП, за ДВ), С; /хв — температура холодного воздуха перед смешиванием с дымовыми газами в воздухозаборной шахте, С; r..p. - температура дымовых газов в месте отбора на рециркуляцию, С Погрешность степени рециркуляции, измеренной; по формуле (4.2), определяется главным образом представительностью параметра м (т.е. качеством; перемешивания» дымовых газов и воздуха в смесителе), а также погрешностью определения присосов Лярвп и Дапрс. В данном случае хорошее качество перемешивания компонентов не вызывает сомнений, так как смесь проходит через дутьевой вентилятор, но определение величины присосов является сложной и трудоемкой операцией без достаточного метрологического обоснования [114, 128]. Поэтому погрешность определения г по формуле (4.2) велика и трудно поддается оценке., - измерение г по формуле (4.3) возможно только для одного режима работы котла, при котором АР - constj Т.ЄІ при неизменных нагрузке котла, расходе и: качестве топлива; количестве подаваемого воздуха. При изменении каждого; из этих параметров необходимо снова определять APf, что требует времени на отключение; и последующее включение рециркуляции. Частое включение и отключение рециркуляции практически неприемлемо, так как нарушает режим работы котла; - невозможно автоматизировать процесс измерения г, что ограничивает область применения способа; - отклонения влияющих на объем дымовых газов параметров от значений, при которых определялся перепад АР\, приводит к погрешности измерения г, которую трудно оценить и учесть, вследствие чего погрешность измерения оказывается неопределенной, а это существенно снижает информативную ценность результата измерения.
Комбинированный метод использует прямое измерение ?рц, описанное в п. 4.1.1, и косвенное измерение Qr на основе известных соотношений, связывающих расход топлива, избыток воздуха и объем образующихся дымовых газов [112,113]: Qr = К 21-02, B = VTB, м3/с , (4.4) где К\, Ki — коэффициенты, зависящие от теплоты сгорания и влажности топлива, м /кг (м / м ); 02 - содержание кислорода в дымовых газах за местом отбора на рециркуляцию, %;В — расход топлива, кг/с (м /с).
Формула (4.4) дает значение Vv и Qr при нормальных условиях (101.325 кНУм2, 0 С), поэтому при расчете г расход Qm также должен быть приведен к нормальным условиям путем умножения на поправочный коэффициент 273 / ( Т- 273), где Т - температура рециркулирующих газов, К. (Возможен другой вариант: QT приводится к реальной температуре путем умножения на (Г-273)/273).
Расчеты Qr по формуле (4.4) и г по формуле (4.1) могут выполняться программируемым цифровым контроллером, на входы которого подаются сигналы от расходомера топлива, кислородомера и расходомеров рециркулирующих газов. При этом контроллер выполняет функции автоматического регулирования и косвенного измерения регулируемого параметра. По комбинированному методу получены три авторских свидетельства: два на «способ» [104, 106] и одно на «устройство» [110]. Недостатки комбинированного метода: - необходимость установки и индивидуальной тарировки сужающего устройства на линиях рециркулирующих газов; - необходимость установки дополнительного кислородомера с отбором газов из линии рециркуляции или измерение присосов воздуха в тракте между отбором газов на штатный кислородомер и местом отбора на рециркуляцию; - наличие методических погрешностей , вызванных отклонениями реальных расходов QT от расчетных, найденных,по формуле (4.4); - большое количество разнородных измерений, сравнительная сложность расчетных формул. Отмеченные недостатки в конечном счете ограничивают применение комбинированного метода.
