Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Выбросы вредных веществ 8
1.1. Вредные соединения азота 8
1.2. Методы снижения выбросов оксидов азота
1.2.1. Методы очистки дымовых газов от вредных веществ 10
1.2.2. Механизмы образования оксидов азота
1.2.1.1. Термические оксиды азота 12
1.2.2.1. Быстрые оксиды азота 13
1.2.2.2. Топливные оксиды азота 14
1.3. Основные особенности образования оксидов азота при сгорании газомазутного топлива в котлах 18
Выводы 28
ГЛАВА 2. Методы снижения вредных выбросов 29
2.1.Технологические методы снижения выбросов оксидов азота 29
2.1.1.Рециркуляция дымовых газов 30
2.1.2. Нестехиометрическое сжигание топлива, ступенчатое сжигание 41
2.1.3.Впрыскивание в топку воды, пара и других веществ 51
2.1.4.Режимные методы 56
2.2.Конструкторские методы 59
2.3.Комбинация нескольких методов 61
Выводы и задачи исследования 62
ГЛАВА 3. Математическая модель топочных процессов и результаты численного исследования 64
3.1. Анализ и сравнение расчетных методов определения выбросов оксидов азота 64
3.2. Математическая модель топочных процессов 70
3.3. Проверка адекватности модели, тестирование, результаты расчетов 72
3.3.1. Результаты численного эксперимента для котлов ТГМ-84 и БКЗ-420/140 76
3.3.1.1. Аналитические зависимости для котла ТГМ-84 79
3.3.1.2. Аналитические зависимости для котла БКЗ-420 81
3.3.2. Анализ результатов численного эксперимента 82
Выводы
ГЛАВА 4. Методика опытного исследования рабочих процессов котла 89
4.1. Объект исследований. Параметры и характеристики котла ТГМ-84 91
4.2. Анализ работ по снижению выбросов оксидов азота в котлах типа ТГМ-84 92
4.3. Мерные сечения, измерительная аппаратура, датчики 102
4.4. Методика снижения вредных выбросов NOx в котле ТГМ-84 103
4.5. Методика исследований и обработки опытных данных, погрешность испытаний 104
Вы вод ы 107
ГЛАВА 5. Защита окружающей среды и результаты опытных исследований 109
5.1. Результаты испытаний котла при сгорании газа 109
5.1.1. Идентификация математической модели, регрессионные соотношения для выбросов оксидов азота 114
5.2.Испытания котла ТГМ-84Б на газомазутном топливе 115
5.2.1. Идентификация математической модели, регрессионные соотношения 116
5.3. Расчет технико-экономических показателей 118
Выводы 119
Заключение 121
Список литературы
- Методы очистки дымовых газов от вредных веществ
- Нестехиометрическое сжигание топлива, ступенчатое сжигание
- Проверка адекватности модели, тестирование, результаты расчетов
- Методика снижения вредных выбросов NOx в котле ТГМ-84
Введение к работе
з
Актуальность работы состоит в защите окружающей среды от вре-ного воздействия выбросов, необходимости снижения эмиссии окси-ов азота при сжигании топлива в энергетических котлах из-за отрица-эльного воздействия вредных веществ на окружающую человека среду, ащита окружающей среды от вредных выбросов - актуальнейшая роблема, особенно в районах концентрации промышленных редприятий, имеющих значительные отходы токсичных веществ.
Цель работы - защита окружающей среды от загрязнения оединениями азота посредством технологических и конструкторских іетодов при сгорании органического топлива в котлах; посредством птимизации методов снижения выбросов NOx; с использованием іатематического моделирования, теории планирования эксперимента; оздание методики наладки котла с учетом экологических, технических и кономических требований.
Для достижения поставленной цели на базе нормативного метода еплового расчета создана математическая модель котла, учитывающая зменение коэффициента тепловыделения во времени, позволяющая ассчитывать количество выбросов NOx; разработана методика наладки ежимов работы котла на минимальные вредные выбросы, сновывающаяся на положениях центрального композиционного панирования эксперимента.
Задачи исследований - разработка эффективной методики защиты кружающей среды в процессе наладочных испытаний котла на іинимальньїе вредные выбросы, которая позволила бы одновременно пучшить технико-экономические показатели котла, существенно ократить объем работ при наладках котлов, обеспечить экономию рудоресурсов, средств при пуске котла; обеспечить разработку
режимных карт с необходимой для надежной эксплуатации котл аналитической, графической информацией.
Методы исследований включают аналитическое обобщени известных научных и технических результатов, математическо моделирование и численный эксперимент на ПЭВМ; экспериментальны исследования на энергетическом котле ТГМ-84Б с использование! современной измерительной аппаратуры; обработку экспериментальны данных с использованием методов теории планирования испытаний.
Достоверность результатов работы подтверждена сходимосты полученных результатов на математической модели и данных натурны испытаний котла ТГМ-84Б; сходимостью с результатами исследовани аналогичного котла, полученными другими авторами; использование! общепринятого мерителя и регистрирующих приборов.
Научная новизна работы. Для защиты окружающей среді предложена и апробирована методика наладки котла на минимальны' вредные выбросы при меньших трудозатратах с использование! положений теории планирования эксперимента.
Разработана математическая модель котла, учитывающа. изменение коэффициента тепловыделения, текущей концентраци оксидов азота, температурных режимов работы от времени сгорани: топлива, позволяющая анализировать различные мероприятия с цельн снижения вредных выбросов.
Практическое значение работы. Для защиты окружающей средь разработана методика наладки котла на меньшие выбросы вредны: веществ и даны рекомендации к составлению режимных карт.
Получены экспериментальные зависимости эмиссии оксидов азот; от коэффициента избытка воздуха, доли газов рециркуляции, о режимов работы горелок котла на газе, мазуте, и смеси топлив. Внедрение результатов работы. Создана методика наладки котла ні минимальные вредные выбросы оксидов азота, программньк
змплексы, реализованные на ПЭВМ, которые используются в учебном ооцессе и в практике наладки котлов ТЭЦ. Получена аналитическая и >афическая информация для составления режимных карт котлов и, в істности, котла ТГМ-84Б Волжской ТЭЦ-1.
Методы очистки дымовых газов от вредных веществ
Механизмы образования оксидов азота Первая группа методов снижения выбросов оксидов азота, называемых технологическими, учитывает физические, химические и др. процессы образования оксидов азота при сгорании топлива в топке котла [88].
Считают, что механизмы образования оксидов азота в полной мере ещё не разработаны. Достаточно отметить, что имеющиеся математические модели процессов выгорания газообразного или жидкого топлива включают 140 обратимых реакций реагирования 38 исходных веществ, промежуточных и конечных продуктов реакции, [26]. . В то же время многочисленные исследования позволяют с большой достоверностью выделить три основные группы оксидов азота, образующихся при горении: "термические", "быстрые" и "топливные".
Термические оксиды азота "Термические" оксиды азота образуются в процессе цепной реакции окисления атмосферного азота кислородом: N2 + 02 =2NO - 180 кДж/моль. (1) Скорость реакции разложения-образования dCNO/dx = ki CN2 СО2 - k2 [CNO] . (2) где константы к-, = 6 106 [exp(-Ei/RT)]; k2 = 3 106 [exp(-E2/RT)]. Энергия активации . = 542 кДж/моль; Е2 = 360 кДж/моль [66]. Я.Б.Зельдовичем предложена схема цепной реакции окисления: 02 + М- 0 + 0 + М инициирование цепи, (3) О + N2 r NO + N, (4) N + 02 о N0 + 0, О + О + М - 02 + М обрыв цепи. (5) Энергия активации этой реакции высокая (561 кДж/моль), поэтому скорость образования оксидов азота сильно зависит от температуры , реакция протекает при температуре выше1800 К.
Вторым по значению фактором, определяющим скорость реакции образования оксида азота, является концентрация кислорода. Выход оксидов азота линейно растет с увеличением концентрации атомарного кислорода.
Из этих условий вытекают два принципиальных направления, лежащих в основе всех методов подавления "термических" оксидов азота: снижение максимальных локальных температур в зоне горения топлива, снижение общего уровня температуры и уменьшение содержания кислорода в зоне максимальных температур.
Сейчас предложены и другие механизмы образования N0 из атмосферного азота. Предполагается, что "термические" оксиды азота образуются одновременно по нескольким реакциям, некоторые из которых требуют меньших энергетических затрат [7]. С. Фенимором был предложен механизм образования N0 по реакции атомарного азота с гидроксилом: N + ОН о N0 + Н. (6) Большой вклад в изучение процессов окисления азота внесли российские ученые: Я.Б.Зельдович, Д.А.Франк-Каменецкий, Н.Н.Семенов, П.Н.Садовников, И.Я.Сигал, В.Р. Котлер, А.К.Внуков, В.И.Бабий и другие отечественные и зарубежные специалисты.
Быстрые оксиды азота "Быстрые" оксиды азота образуются в корне факела в интервале температур 1000 - 1500 К, когда образование "термических" оксидов не происходит. Их возникновение объясняют энергетически мало затратным связыванием атмосферного азота радикалами СН и СН2 с последующим окислением: СН + N2 о HCN + N, (7) С + N2 о CN + N, (8) СН2 + N2 о HCN + NH. (9) В присутствии радикала ОН протекает реакция NH + OH - NO + H2. (10) +RH N2 Цианистые соединения HCN.CN реагируют, образуя амины (NH, NH2, NH3), которые взаимодействуют далее с промежуточными радикалами Образование "быстрых" оксидов азота было обнаружено С.Фенимором вначале 70-х годов, экспериментально подтверждено И.Я.Сигалом. Установлена сильная зависимость их выхода от коэффициента избытка воздуха и смещение пика концентрации N0 в область богатых горючих смесей а=0.5-0.8. Количество "быстрых" оксидов азота зависит от температуры горения слабо, [66].
Но в тоже время имеются данные о том, что выход "быстрых - оксидов увеличивается с ростом температуры в зоне реагирования или скорости нагрева продуктов сгорания в начале факела [8, 20, 74], может составлять 40 - 120 мг/м3 и, возможно, даже до 200 мг/м3 и не может быть снижен ступенчатым горением.
"Быстрые" оксиды азота образуются непосредственно во фронте ламинарного пламени на участке 10 % его ширины [66], их доля в суммарном выбросе оксидов энергетическими паровыми котлами не превышает 10-15 %; в котлах малой мощности с суммарным выбросом оксидов до 150-200 ррт их доля может составить 30-50% [20].
Топливные оксиды азота "Топливные" оксиды азота образуются из азотосодержащих соединений топлива на начальном участке факела при достаточно низких температурах до образования термических оксидов. Их скорость образования значительно превосходит скорость реакций образования термических оксидов. Это было подтверждено исследованиями в конце 60-х годов Томасом и Шоу.
Исследования ВТИ и других организаций показали, что концентрация топливных оксидов азота зависит от содержания азота в топливе и от вида азотосодержащих в топливе [67]. Содержание азота в топливе мало, до 1...1.5%, но некоторые месторождения природного газа могут содержать и 2...4% молекулярного азота. Ориентировочный механизм их возникновения объясняют переходом связанного топливного азота в промежуточные радикалы с последующим частичным окислением. Этот механизм предполагается многоступенчатым и не до конца изучен.
Вероятно, вначале азотосодержащие топлива претерпевают термическое разложение, предшественниками N0 могут быть азотосодержащие в топливе с малой молекулярной массой NH3, HCN, CN [20,73].
Энергия диссоциации связей N - N в 2-4 раза превосходит энергию диссоциации связей С - N и N - Н, азотосодержащие соединения топлива легче превращаются в N0, чем азот воздуха [20].
Степень перехода быстро нарастает с увеличением коэффициента избытка воздуха при температуре 950-1300К. Выход топливных оксидов азота сравнительно слабо зависит от температуры и пропорционален квадрату средней концентрации кислорода в факеле.
Состав газов влияет на скорость образования топливных оксидов азота. Эта скорость тем больше, чем больше содержание водорода и меньше содержание метана в исходной смеси [27].
Расчетные и опытные данные показывают, что при значениях а меньше 0.9 количество оксидов азота полностью определяется суммой топливных и быстрых оксидов, а выход термических оксидов азота пренебрежимо мал [8].
Для топочных процессов рабочий диапазон максимальных температур в зоне активного горения составляет 1500-21ООК. В этом диапазоне имеют место все три механизма образования окислов азота.
Нестехиометрическое сжигание топлива, ступенчатое сжигание
Следует отметить, что при работе котла на мазуте и смеси топлив двухступенчатое сжигание не ухудшает температурный режим пароперегревателя. При работе на газе с нагрузкой 0.8ДН0М при переходе на двухступенчатое сжигание наблюдалось повышение температуры пара на выходе из отдельных змеевиков средних ширм на 20-30С, но не выше допустимой 530С. В котле с четырехъярусной компоновкой (сжигание газа и мазута) часть горелок верхнего яруса использовалась для подачи вторичного воздуха (82 0.20). Получено снижение выбросов NOx в 1.5 - 2 раза [76]. На этом же котле при трехъярусном расположении горелок исследовалось двухступенчатое сжигание, осуществленное путем простого перераспределения дутьевого воздуха между ярусами горелок (сжигание можно назвать и нестехиометрическим), получено снижение NOx на 20%.
А в котле ТГМ - 94 (сжигание природного газа) ступенчатость реализована при перераспределении между ярусами горелок топлива, а не воздуха [7]. Достигнуто более чем двукратное снижение выбросов NOx.
Один из самых распространенных способов организации ступенчатости - отключение части горелок по топливу и увеличение расхода топлива в оставшихся горелках для сохранения нагрузки через отключенные по топливу горелки подается дополнительный воздух. В этом способе возможны самые различные комбинации, так как изучается не только ступенчатость сжигания, но и взаимное влияние отключенных и не отключенных горелок на образование N0. На котле ТГМ - 94 (сжигание природного газа, 21 горелка, 3 яруса, нагрузка D/D0= 0.8, ат 1.05) в двухступенчатом сжигании "по вертикали" остаток воздуха (8 = 0.15) общего расхода подавался через отключенные по топливу горелки верхнего яруса [7]. Достигнуто снижение концентрации N0X в 2 раза.
Подбор комбинаций отключенных горелок на котле ТГМ - 94 (Зяруса, 21 горелка, D/D0 = 0.5, ат = 1.2 и г = 0.18) привел к снижению N0X на 20 - 40% [4].
В уже упомянутой работе [75] описаны результаты трехступенчатого сжигания на котле ТГМ - 94. Вторичный воздух подается "по горизонтали", третичный - "по вертикали" через сопла над третьим ярусом горелок. При 52 = 0.15; 53 = 0.15 (D/D0 = 0.93 - 0.99, природный газ) выбросы N0X уменьшены на 60 - 70%.
В обобщениях работы [3] снижение N0X оценивается следующим образом: для нестехиометрического сжигания (перераспределение дутьевого воздуха) - 25 - 35%, двух- или трехступенчатого сжигания- 35 -50%.
Опыт внедрения ступенчатого сжигания газа на котлах ТКЗ с односторонним расположением горелок показал, что глубина ступенчатости, выражающаяся в доле вторичного дутья или степени перераспределения газа или воздуха между горелками, ограничена и находится в пределах 15 - 20% [24].
Это определяется как условиями надежности ограждающих поверхностей в топке, так и затяжкой факела в ширмовый пароперегреватель.
Отдельно следует упомянуть специальные горелки двухступенчатого сжигания. К ним принадлежат, например, горелки разработки ИГАН УССР [1,13]. В такой горелке двух ступенчатость достигается специальной организацией подвода воздуха, объединяющей принципы вихревой и прямоточной горелок: первичный закрученный периферийный воздух, в который подается газ образует первую ступень сгорания; вторичный воздух поступает через центральный канал прямым потоком и, смешиваясь на некотором расстоянии от среза сопла с продуктами неполного сгорания, образует вторую ступень сгорания. Изменяя соотношение между взаимодействующими вторичным и первичным воздушными потоками (рекомендуют соотношение 0.2 - 0.4), регулируют температуру, размеры и параметры факела, а также выход N0X. Получено снижение выбросов N0X по сравнению с одноступенчатыми горелками: при номинальной нагрузке котла - в 3 раза, при D/D0 = 0.5 - в 2 -2.2 раза.
По абсолютным величинам это снижение от 436 - 460 до 130 -145 мг/м3. Авторы считают, что таким образом в горелке получено полное подавление термических оксидов азота, так как остаточное количество выбросов соответствует уровню быстрых оксидов. Очевидно, все-таки надо полагать, что на выходе присутствуют и термические и быстрые оксиды.
Первоначально данные двухступенчатые горелки предназначались для промышленных котлов; В настоящее время разработаны горелки для энергетических котлов.
Основные ограничения метода - Метод требует тщательного регулирования режимов сжигания в топке. Он считается целесообразным, если нет опасности ухудшения режимов сжигания [7], т.е. снижать выбросы N0X необходимо до определенного уровня, за которым следует резкое увеличение химического недожога q3. Уменьшить q3 можно за счет более высокого общего коэффициента избытка воздуха ат, однако, это в свою очередь, приводит к увеличению потерь с уходящими газами q2 [2]. - Требуется значительная реконструкция топочной камеры, устройства дополнительных воздуховодов, установки новых горелок и сопл, что приводит к дополнительным затратам [76].
Снижение КПД котла. Для двухступенчатого сжигания возможно снижение на 0.2 - 0.3% [18]. Это связано с увеличением потерь q3 или q2. Наряду с этим, в работе [76] отмечается, что технико-экономические показатели котла не ухудшаются.
Применение методов проблематично на котлах сверхкритического давления при использовании сернистых мазутов и сернистых газов: в зоне НРЧ возникает сероводородная коррозия экранных труб. В работе [11] делается вывод о целесообразности двух- и трехступенчатого сжигания без сернистого газа.
Увеличение температуры перегретого пара из-за роста температуры газов на выходе из топки [75]. Возможно увеличение температуры уходящих газов на 40 - 50 С [18]. Обгорание обмуровки в районе работающих с недостатком воздуха горелок [72], что не может быть рекомендовано при длительной работе котлов [72]. Основные выводы - Данное направление считается одним из радикальных способов -снижения N0X [1] и наиболее эффективным. Это объясняется тем, что можно достигнуть значительного снижения N0X без существенной реконструкции котла. Метод дает значительный эффект применительно к котлам с большими значениями теплонапряжения топочных камер [30].
-Двухступенчатое сжигание не ухудшает технико-экономические показатели котла, что является большим преимуществом по сравнению с другими известными методами подавления образования окислов азота(ввод влаги в зону горения, рециркуляция дымовых газов, снижение температуры горячего воздуха и др.) [76].
Проверка адекватности модели, тестирование, результаты расчетов
На Рис.19 для исследуемых котлов приведены графики изменения адиабатической температуры. Естественно, что с увеличением доли газов рециркуляции при фиксированном значении а температура понижается. Наблюдается тенденция: с ростом а несколько уменьшается темп снижения адиабатической температуры газов. Так, увеличение доли газов рециркуляции на 1% для котла ТГМ-84 при а=1.05 приводит к снижению адиабатической температуры на 10С, при а=1.15 - на 8С. При заданных параметрах котла БКЗ 420/140 (таблица 5) тенденция аналогичная, но темп уменьшения температуры несколько выше: увеличение доли газов рециркуляции на 1% вызывает снижение адиабатической температуры при а=1.05 на 10.9С, при а=1.15 - на 9.1 С. На Рис.20 для исследуемых котлов показаны графики изменения максимальной температуры. С увеличением доли газов рециркуляции при фиксированном значении а максимальная температура понижается. Наблюдается тенденция: с ростом а несколько уменьшается темп снижения максимальной температуры газов. Так, увеличение доли газов рециркуляции на 1% для котла ТГМ-84 при а=1.05 приводит к снижению максимальной температуры на 5С, при а=1.15 - на 4.4С. При заданных параметрах котла БКЗ 420/140 (таблица 5) тенденция аналогичная котлу ТГМ-84. Здесь при увеличении доли газов рециркуляции на 1% максимальная температура при а=1.05 уменьшается также на 5С, при а=1.15 - на 4.2С. На Рис.21 для котлов даны графики изменения температуры на выходе из котла. С увеличением доли газов рециркуляции при фиксированном значении а температура на выходе из котла понижается. ТГМ-84
Рис 21 Но наблюдается противоположная тенденция: с ростом а несколько увеличивается темп снижения температуры газов на выходе из котла, хотя и незначительно. Так, увеличение доли газов рециркуляции на 1% для котла ТГМ-84 при а=1.05 приводит к снижению выходной температуры на 1.8С, при а=1.15 - на 2.2С. Для котла БКЗ 420/140 тенденция аналогичная: увеличение доли газов рециркуляции на 1% вызывает снижение адиабатической температуры при а=1.05 также на 1.8С, при а=1.15-на ту же величину (1.8С).
Величина вредных выбросов для котлов
На Рис.22 для исследуемых котлов приведены графики изменения суммарных выбросов оксидов азота. Естественно, что с увеличением доли газов рециркуляции при фиксированном значении а количество вредных выбросов суммарных оксидов азота понижается. С ростом а незначительно уменьшается темп снижения вредных выбросов суммарных оксидов азота и он почти одинаков для котлов ТГМ-84 и БКЗ 420/140. Так, увеличение доли газов рециркуляции на 1% при а=1.05 приводит к снижению величины вредных выбросов суммарных оксидов азота на 1.4%, при а=1.15- на 1.15%.
На Рис.23 для исследуемых котлов приведены графики изменения вредных выбросов термических оксидов азота. С увеличением доли газов рециркуляции при фиксированном значении а количество вредных выбросов термических оксидов азота понижается, и почти одинаково для котлов ТГМ-84 и БКЗ 420/140. Так, увеличение доли газов рециркуляции на 1% при а=1.05 и 1.15 приводит к снижению величины вредных выбросов термических оксидов азота на 1.6%.
Паропроизводительность исследуемых котлов ТГМ-84 Таганрогского завода модификаций «А» и «Б» 420 т/ч, давление в барабане 155 бар, температура перегретого пара 560С, температура питательной воды 230С, водный объем 93 м3, жаровой объем 44 м3,расчетное топливо газ и мазут [102]. Теплонапряжение объема qv = 0.212 мВт/м3, теплонапряжение зоны активного горения (ЗАГ) qnr = 0.653 мВт/м3, время пребывания в ЗАГтлг = 1.1 с (3 яруса, 18 горелок); qnr = 0.773 мВт/м3, тлг = 0.74 с (2 яруса, 4-6 горелок).
Котельный агрегат ТГМ-84 однобарабанный вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, П - образной компоновки с симметричным расположением поверхностей нагрева.
Поверхности нагрева размещены в топочной камере, являющейся восходящим газоходом. Топочная камера имеет размеры в плане между осями труб 6016x14080 мм и разделена двухсветным экраном на две полу топки; 16 комбинированных газомазутных горелок расположены на фронтовой стене в три яруса. В нижнем ярусе (отметка 6750) и в третьем верхнем ярусе (отметка 11450) - по 6 горелок, во втором ярусе ( отметка 8750) - 4 горелки. Амбразура диаметром 800 мм. выполнена из фасонного шамотного кирпича, имеет пережим диаметром 650 мм. для лучшего перемешивания, выравнивания скоростей по сечению и предотвращения встречного движения пламени по ее стенкам при малых нагрузках. Угол раскрытия амбразуры в топку равен 34, средне расходная расчетная скорость воздуха в узком кольце при работе на мазуте с максимальной и минимальной нагрузкой котла равна, соответственно, 30.6 и 18.3 м/с. Аналогично, для газа расчетная скорость 32 и 19.1 м/с. Скорость газа на выходе из отверстий газовых насадков на номинальной нагрузке 135 м/с. Расход газа через горелку верхнего яруса составляет 83% от расхода газа через горелки среднего и нижнего ярусов. Для закрутки воздуха в каждой горелке перед выходом в амбразуру установлен тангенциальный завихритель, имеющий ячеистое строение. Лопатки завихрителя наклонены под углом 55 к радиусу. Производительность горелки при работе на газе с давлением 0.3 кгс/см2, номинальной нагрузке - 2000 м3/ч. Производительность одной форсунки при давлении мазута 20 кгс/см2, температуре 125С равна 2150 кг/ч, угол раскрытия топливного конуса 80.
Природный газ Саушкинского и Коробковского месторождений на 97-98.5% состоит из метана, фактически содержит 0.95-1.6% азота, имеет температуру воспламенения 700С.
Мазут марок М-40 и М-100 содержит 81.2% углерода, 11.1% водорода, серы 0.64-2.5%,азота 1%.Температура вспышки- 90-165С.
Газовоздушный тракт котла выполнен по двух поточной схеме, допускающей эксплуатацию котла с пониженной нагрузкой в случае отключения одного из основных механизмов (дымососа, дутьевого вентилятора, РВП) с одновременным выводом из работы потока с отключенным механизмом. Подача атмосферного воздуха в котел производится двумя параллельно работающими (по одному на поток) дутьевыми вентиляторами центробежного типа ВДН-26 производительностью каждого вентилятора 212.6 103 м3/ч, напор 525 кгс/м2. Каждый вентилятор имеет лопаточный аппарат для регулирования расхода воздуха.
Методика снижения вредных выбросов NOx в котле ТГМ-84
Сжигание мазута: D = 250 т/ч. Исходный уровень NOx 141 ррм или 288 мг/м3. CNOX уменьшилась до 76 ррм или 155 мг/м3. Несколько увеличилась концентрация Ссо. При работе только на нижнем ярусе горелок можно набрать D = 350 т/ч, рис.27, [23].
Опыт внедрения ступенчатого сжигания на котлах ТКЗ показал, что наибольший эффект достигается в котлах со встречным расположением горелок. В этом случае удается достигнуть более низких избытков воздуха в горелках без нарушения надежной работы экранов, а также легче обеспечить быстрое и полное смешение вторичного воздуха с продуктами неполного сгорания [24].
Опыт внедрения ступенчатого сгорания газа на котлах ТКЗ с односторонним расположением горелок показал, что глубина ступенчатости, выражающаяся в доле вторичного дутья или степени перераспределения газа или воздуха между горелками, для этих котлов ограничена в пределах 15-20% [24]. Это определяется условиями надежности ограждающих поверхностей, затяжкой факел в ширмовый пароперегреватель. На одном из головных котлов ТГМ - 84 Стерлитамакской ТЭЦ при освоении сжигания сернистого мазута была реализована схема с встречной подачей части воздуха помимо основных горелок по проекту ХФ ЦКБ Энергоремонт.
18 горелок в 3 яруса были заменены 4 прямоточными горелками типа ХФЦКБ-ВТИ производительностью по мазуту 7.5 т/ч и по газу 8000 м3/ч, расположенными на фронтовой стене по две на каждую полу топку, в 2 яруса по высоте. Для предотвращения удара факела в задний экран и организации эффективного сжигания во встречных потоках часть воздуха (20-25%)подавалась помимо основных горелок через аппараты Переходной процесс при переводе котла на двухступенчатс встречного дутья, что представляет собой случай ступенчатого сжигания "по горизонтали", [59].
Концентрация оксидов азота на котле ТГМ-84 с встречным дутьем была значительно ниже, чем на сравниваемом котле: при сжигании газа на 65% и при сжигании газ-мазут (50/50) - на 35-45%.
Подача газов рециркуляции в общий воздух горелок для котлов типа ТГМ-84 ограничена 15% для газа и 12% для мазута. Ограничение по подаче газов рециркуляции при работе на мазуте вызвано опасением увеличения сажи в продуктах сгорания и наброса факела на заднюю стенку топки [24]. В процессе эксплуатации для выявления оптимальных режимов работы горелочных устройств необходима наладка котла [24].
Особенность испытаний и эффективность их результатов по снижению NOx на максимальной нагрузке котла и регистрация очень низких концентраций NOx на малых нагрузках связаны с использованием новых совершенных средств измерений состава дымовых газов [9], [23], [105].
Концентрация оксидов азота, окиси углерода и кислорода определялась в сечении за дымососом и в рассечке водяного экономайзера с помощью переносного газоанализатора фирмы TESTO [59], между пакетами водяного экономайзера из конвективных шахт [23].
Измерительная система прибора TESTO-300, состоящая из зонда, конденсатоуловителя, шлангов и штуцеров, перед началом каждого измерения проверялась на герметичность. Температура газов измерялась при помощи термопары со специальным чехлом и отверстиями для дымовых газов. Термопара располагалась в специальном зонде, который устанавливался в центре потока дымовых газов. Центр потока определялся по максимальной температуре газов. Для измерения разрежения использовался газозаборный зонд.
Самый лучший вариант: индивидуальный подвод РДГ по горелкам с регулированием расхода - подача в канал между центральным и периферийным воздухом и лучше в канал, где проходят газовые трубки коллектора (смешение газа и РДГ). Необходимо обеспечить контроль общего расхода РДГ.
Самая простая схема - ввод РДГ на вход дутьевого воздуха вентилятора (рекомендуется при работе на газе [18]). Весь воздух -первичный и вторичный - смешан с РДГ. Следует получить зависимость г = f( Dne), индекс "пе" - перегретый пар (свежий пар).
Ступенчатое сжигание топлива - второй рекомендуемый метод подавления NOx в котле ТГМ-84. Его можно реализовать по схеме, предложенной в работе [24]. Следует иметь ввиду, что этот вариант не уменьшает величины тлг, но зато уменьшает qnr, что при qnr 0.8 не предоставляет больших возможностей по снижению NOx. Для уменьшения тлг можно использовать рекомендованный в работе [3] способ отключения по топливу верхнего яруса горелок (реализуется в трехъярусном исполнении котла). Начать можно с отключения двух горелок из шести, например, по такой схеме: остаются две крайние и две средние горелки. При этом необходимо решить вопрос об увеличении тепловой мощности горелок первого и второго яруса, поскольку нагрузка котла не должна уменьшаться. Через отключенные по топливу горелки подается воздух. Отключение горелок третьего яруса является разновидностью ступенчатого сжигания.
Перед реализацией комбинации двух указанных способов следует проверить их отдельное воздействие на подавление NOx. При осуществлении комбинации двух методов необходимо рассмотреть вопрос о возможности их реализации во всем эксплуатационном диапазоне нагрузок котла (210 т/ч и выше). На каждой нагрузке при постоянной доле мазута следует проводить не менее трех наладочных опытов с целью определения критических избытков воздуха и оптимальных режимов работы котла и вспомогательного оборудования.
Критическим считается избыток, при котором концентрация СО в дымовых газах не превышает 0.02%. Распределение воздуха и топлива по горелкам производится таким образом, чтобы во всех включенных в работу горелках поддерживались одинаковые производительность и избыток воздуха
