Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние исследований образования омслов азота при сжигании топлива
I.Г. Образование термических окислов азота 13
1.2. Образование топливных окислов азота 17
1.3. Способы подавления процессов образования окислов азота в топочных устройствах 28
Г.4. О расчетных методиках определения выбросов окислов азота топочными устройствами 31
Г.5. Исследования выбросов окислов азота при пы-леугольном сжигании экибастузских углей постановка задачи исследования 33
ГЛАВА II. Экспериментальные установки и методика. исследований 41
2, Г. Факельный стенд с одиночной горелкой 41
2.2«Конструкции исследованных горелок 47
"2.3. Методика и средства измерений основных ве личин на факельном стенде 57
2.4. Методика измерения концентраций окислов азо та 62
' 2.5. Огневая модель топочного устройства котла ПК-39-П 69
2.6. Методика измерений основных величин на ог невой модели котла ПК-39-ІІ 71
2.7. Краткая характеристика котла ПК-39-ІІ и ме тодика испытаний 73
ГЛАВА III. Исследование образования окислов азота при сжигании экибастузских углей на стендах 79
3.1. Экспериментальное исследование образования окислов азота в пылеугольном факеле на стен де с одиночной горелкой 79
3.2. Теоретическая оценка образования воздушных окислов азота на факельном стенде 84
3.3. Исследование образования окислов азота на ог невой модели топки Ермаковской ГРЭС 88
3.4. Влияние режимных факторов на уровень образо вания J/0K на факельном стенде 94
ГЛАВА ІV. Качественный анализ процессов образования: окислов азота при факельном сжигании экибас тузских углей 112
ГЛАВА V. Исследования подавления выбросов мх при факельном сжигании угля 132
5.1. Двухступенчатое сжигание 132
5.2. Поисковые исследования конструктивных форм горелочных устройств для снижения выбросов окислов азота 137
ГМВА VI. Образование окислов азота в топочной камере котлоагрегата пк-39-іі при сжигании экибастуз-ского угля 149
6.1. Изучение образования ЛОх в топочной камере
котлоагрегата 149
6.2. Состояние оборудования котлоагрегата перед исследованием влияния режимных факторов на уровень выбросов 150
6.3. Влияние избытка воздуха на экономичность и и выбросы JVOx 151
6.4. Влияние доли первичного воздуха на потери тепла и уровень выбросов JVO^ 154
6.5. Влияние крутки потока вторичного воздуха на экономичность и уровень выбросов JVOx 156
6.6. Влияние нагрузки котлоагрегата на экономич ность и концентрацию Л^ 158
6.7. Исследование уровня выбросов «Л^ при опытном сжигании высокозольного угля на котле Троицкой ГРЭС 160
Заключение 166
Примечание 172
Литература
- Способы подавления процессов образования окислов азота в топочных устройствах
- Теоретическая оценка образования воздушных окислов азота на факельном стенде
- Поисковые исследования конструктивных форм горелочных устройств для снижения выбросов окислов азота
- Состояние оборудования котлоагрегата перед исследованием влияния режимных факторов на уровень выбросов
Введение к работе
В соответствии с решениями ХХУТ съезда КПСС развитие энергетики в XI пятилетке будет происходить за счет создания мощных тепловых электростанций на дешёвых углях,таких как экибастузский.В связи с бурным ростом промышленности и возможным негативным воздействием на окружающую среду,ХХУІ съездом КПСС была также поставлена задача совершенствования технологических процессов с целью сокращения вредных выбросов в атмосферу.
Теплоэнергетика и,в частности,котельные установки являются одним из основных загрязнителей воздушного бассейна. Так, при сжигании твердого топлива в атмосферу выбрасываются летучая зола,окислы серы и азота,углеводороды.При этом в связи с увеличением производства тепловой и электрической энергии выбросы в настоящее время достигли таких величин,что могут оказать существенное влияние на окружающую среду,природу и населенные пункты.
Одним из самых токсичных компонентов выбросов ТЭС являются окислы азота.По степени воздействия на. живые организмы окислы азота относятся ко второму классу опасных веществ ( вещества высокоопасные) ,и для них установлены безопасные предельно-допустимые концентрации - ПДК в рабочих зонах промышленных цехов и в атмосферном воздухе населённых пунктов. Различают среднесуточные и разовые ПДК.Последние являются основными показателями токсичности тех или иных веществ.Так, ПДК для окислов азота в 6 раз меньше,чем для «5^и составляет 0,085 мг/м3/1/
Баланс выбросов окислов азота предприятиями различных отраслей промышленности по СССР характеризуется следующими показателями :тепловые электрические станции-72,Ъ%,автомобиль-
ный транспорт - 17,Ъ%,черная металлургия - 6,^.Среднегодовые значения уровня загрязнения воздуха в городах СССР в мг/м3 №% составляет:Европейская территория страны -0,04Драл-0,04,Средняя Азия и Казахстан - 0.06,Сибирь и Дальний Восток 0.06 /3/.
Санитарные нормы в окружающем воздушном бассейне раньше обеспечивались за счет рассеивания газов с помощью дымовых труб.Однако этот метод ограничен как по возможности,так и по затратам.В связи с необходимостью суммации окислов азота и серы,роста мощности станции,наличия фона из-за централизации промышленности необходимо строить слишком высокие и дорогие дымовые трубы.Данный метод в некоторых случаях удовлетворяет санитарным требованиям,однако отрицательное воздействие выбросов на окружающую среду распространяется на большие территории.
В Советском Союзе уделяется огромное внимание защите окружающей среды. В 1980 году третья сессия Верховного Совета СССР приняла Закон СССР "Об охране атмосферного воздуха". Закон устанавливает комплекс научно-обоснованных технических, экономических, социальных и других мероприятий,направленных на предупреждение и устранение загрязнения атмосферного воздуха,других вредных воздействий на него.
Сессия Верховного Совета приняла также постановление о порядке введения в действие Закона СССР "Об охране атмосферного воздуха".Этот закон введён в действие с Г января 1980 г.
С 01.01.80 г. введён новый ГОСТ 17.2.3.02.78 Охрана природы.Атмосфера .определяющий правила установления допустимых выбросов проектируемыми и действующими промышленными предприятиями.Этот документ устанавливает не только необхо-
- 7 -димость соблюдения предельных допустимых концентраций-ПДК
вредных выбросов,но предусматривает также предельно допустимые выбросы вредных веществ предприятием.При этом предельно допустимые выбросы будут назначаться компетентными органами, исходя из необходимости соблюдения ПДК,с учетом всех существующих в данной местности предприятий, загрязняющих атмосферу.Это еще более ужесточает требования к вредным выбросам. Для предприятий,которые в момент введения нового ГОСТа не обеспечивают соблюдения норм,назначаются временно согласованные выбросы и регламентируется разработка поэтапных мероприятий по снижению выбросов,вплоть до достижения ДДК. При этом применение высоких дымовых труб рассматрива -ется как последняя мера,допустимая при исчерпывании других технических средств по сокращению выбросов вредных веществ.
Как показали исследования КазНЙЙЭнергетики /87*98/, СибтехэнергоДралВТИ /52*56/ уровень выбросов окислов азота на котлах с пылеугольными топками на экибастузских углях находится в пределах 0,58-1,06 г/нм3.
Уровень выбросов окислов азота на котле ПК-39-ІІ Ер-маковской ГРЭС при ОС =1,2 составляет около 1,0 г/нм3.На этой станции установлены дымовые трубы высотой 180-250 м. Такая высота была выбрана из условия обеспечения ЦЦК лишь по окислам серы.В КазНИИЭнергетикии были проведены расчетм концентрации М2 в районе Ермаковской ГРЭС по методике /2/. В этих расчетах не учитывался фон по содержанию вредных газов в связи с наличием мощного Павлодарского промышленного узла.Они показали,что максимальная концентрация М2 в приземном слое равна 0,268 мг/м3 и находится на расстоянии 4,5 км. от станции.В этом месте концентрация окислов азота превышает .'предельно допустимую в 3,5 раз.Согласно существу-
- 8 -ющему в настоящее время правилу суммирования вредных газовых выбросов их концентрация в 4,5 раза превышает допустимую. Такое положение связано с тем,что высота дымовых труб для ЕГРЭС была выбрана по старым санитарным нормам,которые лимитировали концентрацию S02 и не учитывали ЛОх
Аналогичное трудное положение складывается при сооружении Экибастузского энергетического комплекса.Сосредоточение четырех ГРЭС мощностью 4 млн. квт каждая с блоками по 500 МВт может привести к тому,что даже при сооружении дымовых труб высотой 420 м. санитарные нормы загазованности в приземном слое воздуха при существующем уровне выбросов
Л/0Х не обеспечатся.Необходимо снизить концентрацию
окислов азота в дымовых газах до уровня ниже 0,5 г/м3 при коэффициенте избытка воздуха сС =1,4 /58/.
Проблема защиты атмосферы от выбросов окислов азота с дымовыми газами тепловых электростанций на твердом топливе в принципе может быть решена следующими путями:
-очисткой дымовых газов от окислов азота перед выбросом в атмосферу;
предотвращением образования окислов азота путем модификации процесса горения топлива.
Очистка дымовых газов от окислов азота связана с определенными трудностями,а именно: с огромными объёмами уходящих газов при относительно низких концентрациях JVOx , малой химической реакционной способностью окиси азота,а также наличием в газах других компонентов.Применение существующих методов очистки дымовых газов требует знанительных капиталовложений, энергетических расходов и т.д./101/,которые превышают на один-два порядка затраты на технологические методы подавления в топках.Поэтому можно утверждать,что технически
рациональное и экономически оправданное решение данной проблемы заключается в предотвращении образования окислов азота в процессе сжигания топлива.Для применения технологических методов необходимо детальное рассмотрение характера образования Мх при сжигании экибастузского угля.Получение этой информации позволило бы сделать выводы о возможностях и путях подавления образования окислов азота.
В связи с изложенным настоящая работа посвящена вопросам образования и подавления окислов азота при пылеуголь-ном сжигании экибастузских углей.
Целью настоящей работы является определение путей и эффективности снижения выбросов J/0 при пылеугольном сжигании экибастузского угля.Для этого необходимо решить следующие задачи: выяснить возможность исследования образования J/0 на огневых стендах,выявить закономерности образования окислов азота,установить влияние различных параметров факела и характеристик топлива на уровень выбросов *M&x .
Научная новизна. В диссертации: -показана возможность приближённого моделирования образования JV&X на огневых стендах ;
-выявлены основные закономерности образования <МОх в факеле вихревой горелки при сжигании экибастузского угля.Установлено, что окислы азота образуются на начальном участке факела,в зоне зажигания.
-получены экспериментальные зависимости уровня выбросов №7Х от следующих факторов:тепловой нагрузки и концентрации кислорода на выходе из топки,зольности и содер.жания азота в топливе, крутки и доли первичного воздуха горелки, -в результате поисковых исследований выявлена возможность значительного снижения выбросов JVOx за счет режимных и кон -
структивных мероприятий.
Практическая ценность. Результаты работы показывают, что достаточно надёжные данные по выбросам окислов азота и способов их снижения можно получить на огневых стендах, при соблюдении приближённого подобия факела. Это позволяет значительно сократить объём и затраты на экспериментальные работы по снижению выбросов окислов азота на котельных агрегатах. Полученные закономерности и основные факторы влияющие на образование окислов азота, используются при разработках инженерных методик расчёта концентрации М0Х в дымовых газах, мер по существенному снижению выбросов. На котлах П-57 и ПК-39-П получены зависимости JJ0X от режимных факторов. При этом на последнем котле снижение окислов азота на 15-25^ сопровождается незначительным изменением технико-экономических показателей его работы. В результате внедрения режимных мероприятий на Ермаковской ГРЭС, за счёт снижения народнохозяйственных затрат на компенсацию последствий загрязнения атмосферы выбросами окислов азота, получен экономический эффект в сумме 417 тыс.руб.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы: результаты экспериментального исследования образования окислов азота при факельном сжигании пыли эки-бастузского угля в вихревых горелках, положение о возможности приближённого моделирования процессов образования J\I0X на огневых стендах, результаты теоретического анализа процесса образования JV0x в пылеугольном факеле и предложения о путях снижения выбросов окислов азота котельными агрегатами, сжигающих экибастузский уголь.
Апробация. Основные материалы диссертационной работы доложены на следующих семинарах, совещаниях и конференциях:
- n -
Конференция молодых учёных-энергетиков КазНИИЭнергетики, Алма-Ата,1974.
Всесоюзный научно-технический семинар"Образование окислов азота в процессе горения и пути снижения их выбросов",Киев, 1975.
Всесоюзное научно-техническое совещение "Вопросы проектирования и эксплуатации мощных парогенераторов на экибастуз-ских углях",1976.
Всесоюзное научно-техническое совещание "Повышение і качества сжигания топлива и охрана воздушного бассейна от загрязнения вредными выбросами ТЭС",Ленинград,1977.
Республиканское научно-техническое совещание "Задачи научно-технической общественности в решении проблем защиты окружающей среды от вредных выбросов ТЭС",Караганда,1978,
Всесоюзный семинар "Освоение энергоблоков 500 МВТ на эки-бастузских углях",Свердловек,1980.
Конференция "Механизм образования и методы подавления окислов азота в процессах горения топлива",Киев,Г98Г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и получено I авторское свидетельство.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав,заключения,списка использованной литературы из 116 наименований и приложения. Основной материал работы содержит 13$ стр.текста, : 52 рисунка и таблиц.
В первой главе дается обзор литературы по образованию j/O .расчётам выбросов и методам подавления окислов азота при сжигании натуральных топлив,в том числе и экибастузского угля. Здесь сформулированы задачи исследования.
Во второй главе приводятся описания экспериментальных
- Г2 -установок,методик измерений и расчёта основных величин.
В третьей главе представлены результаты исследований образования окисяов азота на огневых стендах и влияния различных факторов на их уровень выбросов.В этой же главе приводится сопоставление результатов исследований по образованию на огневых стендах с опытными данными,полученными на натурном котлоагрегате.
В четвёртой главе приведён качественный анализ процесса образования Л/Ох из азотистых соединений угля при факельном сжигании.
Пятая глава посвящена поисковым исследованиям возможностей и эффективности подавления выбросов ЛОх на огневом факельном стенде.
В шестой главе приводятся результаты промышленных исследований влияния режимных факторов на выброс JVOx и технико-экономические показатели работы котельных агрегатов ПК-39-11 и П-57.
В выводах кратко формулируются результаты проведенных исследований.
Настоящая работа выполнена в лаборатории котельных агрегатов КазШИЭнергетики в 1973—1982 г.г.
- ІЗ -
Способы подавления процессов образования окислов азота в топочных устройствах
Способы подавления процессов образования окислов азота в топочных устройствах На первых этапах разработки способов снижения выбросов JVOx исследователи /9,11 / считали, что основной причиной образования №х в топках котлов является окисление азота воздуха. Поэтому способы подавления образования
JV0X разрабатывались исходя из термической природы их образования. При этом основные принципы заключались в снижении уровня температуры и ограничении концентрации кислорода в факеле. Были предложены следующие способы подавления образования J/0X : рециркуляция дымовых газов в топку, работа с пониженными избытками воздуха, двухступенчатое сжигание, впрыск воды и пара в зону горения. Однако оказалось, что эти способы не всегда обеспечивали хорошие результаты, так как термическое окисление азота воздуха не было единственным источником JWX .
Влияние избытка воздуха изучалось во многих работах / 9-12,15-17 /, причем получены анологичные результаты. С увеличением избытка воздуха концентрация Щ возрастает до определенных значений" и затем падает. На этом основан способ подавления J/0X при работе топки с пониженными избытками воздуха. В работе / 35 / показано, что при любом содержании азота в топливе уровень Мх возрастал с увеличением избытка воздуха, но не одинаково для топлив с различным содержанием азота.Топливо с большим содержанием азота давал больший рост выбросов. Этот способ подавления
Щ эффективен для жидкого и газообразного топлива, так как при их сжигании можно организовать экономичный процесс горения при малых od .Однако для твердого топлива снижение ф ниже 1,1 - 1,2 приводит к увеличению механического и химического недожога, что ограничивает возможность использования этого способа снижения МОц и делает необходимым исследование его применимости для конкретных углей.
Подавление J/0X с помощью рециркуляции дымовых газов приводится в работах / 4,5,10,12,33,40 /.Рециркуляция продуктов сгорания в зону горения уменьшает температуру и содержание кислорода за счет балластирования топливно-воздушной смеси, и следовательно, обуславливает снижение ЛОх . В работе И.Я.Сигала / 10/ при сжигании газа в котельном агрегате ТС-35 при рециркуляции 18% продуктов сгорания в горелку наблюдалось снижение J/0X в два раза, а при 30$ - в три раза. В ряде работ указано, что степень снижения J/0X сильно зависит от места ввода рециркулируемых газов и максимальная при их подаче в корень факела / 4,5,10 /. Работы / 4,36,37 / указывают, что рециркуляция эффективна при сжигании газообразного и жидкого топлива, но мало эффективна при пылеугольном сжигании / 4,33 /. Так, применение рециркуляции 10% газов через пылесистему и 1Ъ% во вторичный: воздух горелки дало незначительное снижение Мх / 40 /.
Двухступенчатое сжигание является эффективным способом уменьшения выбросов №х для всех видов топлива. Этим способом можно достичь снижения Мх до 50 - 70$ / 33 -37 /. При двухступенчатом сжигании горение осущ?ствляется в двух зонах. В первой зоне горение происходит с недостатком воздуха, а во второй зоне при вводе необходимого количества воздуха осуществляется дожигание. В этих условиях общая температура в обеих зонах снижается. При этом вследствии вое - зо становительной среды и низкой температуры в первой зоне существенно снижается концентрация как термических, так и топливных JVOY .Так, опыты на топливах с различным содержа л нием азота показали, что при двухступенчатом сжигании суммарный уровень Жк много меньше уровня топливных М0Х , образующихся при одноступенчатом сжигании / 35 /. Ступенчатое сжигание ограничивается полнотой дожигания продуктов неполного сгорания во второй зоне, а также опасностью коррозии экранов топки в первой зоне из-за наличия восстановительной среды. Двухступенчатое сжигание может осуществляться в виде различных модификаций, либо в виде нестехиометричес-кого сжигания, когда в часть горелок отключается подача топлива, а остальные работают с недостатком воздуха, либо с помощью специальных горелок.
В настоящее время разрабатываются специальные горелоч-ные устройства, реализующие двухступенчатый факельный процесс горения. Это достигается торможением процесса подмешивания вторичного воздуха к воспламененной аэросмеси путем, например,выбора необходимых скоростей вторичного воздуха или крутки потока / 33,38 /. Примером может служить двухре-гистровая горелка "Бабкок-Вилькокс" /33/. Конструкция этой горелки позволяет независимо друг от друга менять характеристики внутреннего и наружного потоков вторичного воздуха по скорости и крутке. При сжигании высококачественных битуминозных углей с АР=13,2% горелка позволила снизить содержание Л0Х на 50$.
Теоретическая оценка образования воздушных окислов азота на факельном стенде
Кинетика образования JfO за счёт окисления азота воздуха изучена достаточно хорошо и описывается уравнением 1.3. Пренебрегая членом, учитывающим разложение J/0 , рассчитаем,аналогично /49/, образование JVD в факеле стенда. С учётом этого уравнение 1.3. примет вид: где Jff2f t t Т - средние объёмные доли газов в % и средняя температура в расчётном сечении. Время пребывания газов определим приближённо по зависимости: г- $ . , (3.2) Q % ш 7 Р где 0 = -— видимые объёмные тепловые напряжения, ккал/м3ч; К3 - коэффициент заполнения топки; QH - низшая теплота сгорания угля, ккал/кг; V - количество газов, образующихся при сгорании I кг угля. Испльзуя правило Вельтера-Бертье /73/ преобразуем зависимость 3.2 в более удобный для расчётов вид г — - , ( 3.3) (б-а +а,ос) а Т где а -форсировка топочной камеры, ккал/мгч; а и 6 -постоянные величины, связывающие соответсвен-но теоретически необходимое количество воздуха и количество газов с теплотой сгорания
Используя уравнения 3.1 и 3.3 и экспериментальные результаты, полученные на стенде, расчитаем скорость образования и концентрацию воздушных окислов азота в объеме топки факельного стенда. В результате этого получена кривая I ( рис. 3.4) , представляющая скорость образования воздушных окислов азота по длине факела. Из расчета следует, что скорость образования JVO максимальна в сечении факела с максимальной температурой. Графически проинтегрировав кривую Г, получим распределение объемной концентрации JYO по длине стенда ( кривая 2 на рис. 3.4) . Как видно из рисунка, образование JVO по расчету заканчивается на относительном расстоянии факела, равном — =10,что соответ d ствует времени пребывания около 2 сек. Концентрация JVOx при этом составляет около 0,00043$ или 8,6 мг/нм3,что приблизительно в 100 раз меньше экспериментальной. Однако на уровень образования окислов азота может оказать влияние турбулентность газового потока / 78 /, вследствие пульсаций температуры.
Оценим это влияние по методике Л.А. Вулиса / 78 /. Среднюю скорость химической реакции при наличии пульсаций температуры можно записать: К (Т) = хк(т) , (3.4) где д - отношение средней константы скорости реакции к константе при средней температуре. Эта величина зависит от пульсаций температуры и формы колебаний температуры и определяется следующим образом: где дТ - превышение температуры над средним значением; tp - "форм-фактор" колебаний.
В настоящее время отсутствуют надежные данные по интенсивности пульсаций температур и форме их колебаний. Согласно / 78 / примем, что колебания имеют наиболее правдо-подобную форму : синусоидальную /( =0,7 /. Величина -=-принимает два значения : 5% и 10%.
Используя для расчета константу скорости реакции по уравнению /3.1 /, вычислим Л/0 по уравнению 3.5. Результаты расчета для условий факельного стенда представлены в таблице 3.1 .
Как видно из таблицы 3.1, наличие пульсаций температуры -=- = 5% приводит к ускорению скорости реакции окис 7 ления азота воздуха в 2,00 - 2,64 раза, а пульсаций -—- = 10% - к ее ускорению в 7,2 - 12,9 раза.
С учетом этих величин рассчитана средняя скорость реакций окисления азота воздуха. По результатам расчета ( рис. 3.2 и 3.5) графическим интегрированием этих кривых установлена величина концентрации Л/0Х . Оказалось,что теоретическое количество воздушных окислов при пульсации температуры -jr- = Ъ% равно 0,00102 % по объему или 20,4 мг/т/ґ , а при у- = 10 % - Щ = 0,00303 % з „ _, АТ 1 объемных или 60 мг/нм3. В последнем случае концентрация воздушных окислов составляет 6,4 % от общего содержания Л0Х в факеле.
Этот расчет приближенный, так как отсутствуют данные по интенсивности пульсаций температур в факеле стенда и в пылеугольном факеле вообще. Однако, он позволяет сделать вывод, что воздушные окислы азота при сжигании экибастузско-го угля составляют лишь небольшую долю от общей концентрации окислов азота, и основным источником этих окислов является азот топлива. Поскольку основной зоной, где развивается процесс образования окислов азота, является начальный участок факела, меры борьбы с образованием окислов азота-должны состоять в воздействии на этот участок.
Поисковые исследования конструктивных форм горелочных устройств для снижения выбросов окислов азота
Конструкция горелочного устройства определяет протекание процессов зажигания и смесеобразования пылеугольного факела.В настоящее время имеется значительное многообразие конструкций горелок. Некоторые из них позволяют осуществить двухступенчатое сжигание.При этом реализация такого сжигания с помощью горелок весьма перспективна с точки зрения устранения коррозии,так как воздух,подаваемый в горелку,может создать защитную окислительную среду.
Однако, как показали исследования по выбросам окислов азота,при сжигании экибастузских углей на промышленных установках и стендах горелки,используемые в настоящее вре -мя на энергоблоках 300 и 500 МВт на этих углях не позволяют резко снизить выбросы Л//7„ Для установления влияния конструктивных факторов горелки на факельном стенде были проведены опыты с различными горелками,которые имели отдельные конструктивные элементы, отличающиеся от используемых сейчас.
Режимные параметры опытов с различными горелочными устройствами даны в табл. 5.1.
Как было показано ранее,одной из важнейших величин, определяющих уровень ЛОх в уходящих газах является содержание азота.Содержание азота в каждой партии угля относительно стабильно,однако в отдельных партиях наблюдаются значительные колебания.При этом отобрать среднюю представительную пробу угля из вновь поступившей партии весьма трудная задача, и такая проба обычно получается при помоле угля,т.е. в процессе опытов. Поэтому в некоторых опытах для устранения искажений также проводились сравнительнительные и небольшие по количеству опыты на горелке ПК-69-ІІ,которая считалась контрольной. Основываясь на этих данных,а также учитывая более подробные результаты,полученные в главе 3 для этой же горелки,можно с достаточной достоверностью анализировать результаты,полученные на других горелках.
Улиточный ввод аэросмеси позволяет интенсифицировать процесс подсоса горячих газов из зоны интенсивного горения. При этом можно ожидать сильного разубоживания кислорода в зоне прогрева,выхода и горения летучих с азотистыми соединениями. Для достижения этой цели в вариантах горелок с улиточным подводом аэросмеси была убрана форсуночная труба,что обеспечило подсос небольшого количества горячих газов непосредственно в горелку.
Как видно из опытов ( рис. 5.2) на горелках вариант 2,3 с улиточным подводом аэросмеси,уровень J/0K при малых избытках воздуха ниже чем на контрольной горелке при тех же условиях.Однако увеличение избытка воздуха нарушает в обоих вариантах горелок это соответствие и уровни Мк выравниваются и равны уровню контрольной горелки.Горелка по варианту 3 с большим улиточным подводом не дала никаких отличий в уровнях Л/0Г от горелки по варианту 2.
В серии опытов на модернизированной горелке по варианту 4 варьировался размер выступа канала аэросмеси в глубь топки.Были испытаны горелки с / =40,70 и 90 мм.Ввод аэросмеси на некотором удалении от устья горелки по мере аэродинамического раскрытия потока вторичного воздуха ухудшает смешение аэросмеси и г вторичного воздуха.
Кроме того,по мере удаления от устья,увеличивается количество осевых рециркулирующих газов,что способствует зажиганию аэросмеси при пониженной концентрации кислорода и, следовательно,понижению образования МОх . Результаты опытов представлены на рис. 5.3.Из него видно,что горелка варианта 14 с соплом аэросмеси,выдвинутым в топочный объем на расстояние =45 мм,обеспечивает снижение при избытке воздуха ОС =1,2 на 30% по сравнению с контрольной горелкой. При дальнейшем увеличении избытка воздуха различия уменьшаются и при оС =1,5 горелки дают практически одинаковую концентрацию А/Ох .Процесс горения в камере с горелкой № с I = 45 мм протекал устойчиво.
Состояние оборудования котлоагрегата перед исследованием влияния режимных факторов на уровень выбросов
Каз.НИИЭнергетики и Казэнергоналадка продолжили работы по выбросам J/Ox на котле ПК-39-ІІ (корпус 6А) в июле-августе 1977 года. В отличие от предыдущих испытаний они были направлены на выявление влияния режимных факторов на уровень выброса окислов азота и технико-экономические показатели работы котлоагрегата. Измерения концентрации окислов азота производились до регенеративного воздухоподогревателя - РВП.
В октябре- ноябре 1976 года был выполнен расширенный текущий ремонт блока. По условиям работы станции в период проведения испытаний блок .№ 6 в останове не находился и поэтому детального внутреннего осмотра оборудования не проводилось.
Во время испытаний разбежка в оборотах двигателей пи тателей сырого угля составляла - 30 об/мин.Во всех нагруз -ках котел работал с запасом по тяге и дутью.На горелках №5, 6,7,10 не работали приводы закручивающих аппаратов горелок по вторичному воздуху.На всех горелках были частично изношены завихрители в каналах первичного воздуха и центральные форсуночные трубы на месте подвода аэросмеси.
Присосы в топку и газоход пароперегревателя составляли 1Q% при норме 8%,а суммарные присосы по тракту котла-в 2 раза выше нормативных.
В период проведения испытаний в топке котла сжигался экибастузский уголь следующего технического состава:теп р j лотворная способность 4 =3900 4200 ккал/кг; при среднем р Р значении ,=4060 ккал/кг, зольность А =36,5 + 39,3 %,при. средней 37 %; влажность /У =5,1+6,9 %,при средней 6%;выход летучих I/ =29,5 32,8, при средней 31,1$. При проведении балансовых опытов средняя проба угля имела следующий элементарный состав: С =47,7$, f/p -2,65 , 0Р=Ъ,1Ъ%, =0,7 , J"=0,5$, =37,1$, =5,6$.
Опыты с различными избытками воздуха производились при нагрузке корпуса 415 + 420 т/ч,положении лопаток завих-рителей вторичного воздуха горелок 45,тонкости помола пыли, ориентировочно R =14-17$,доле первичного воздуха от теоре-тически необходимого Л0І = 0,32-0,33,температуре аэросмеси tf =-І50-гІ60с.
С изменением коэффициента избытка воздуха на выходе из топки от 1,03 до 1,33 (рис. 6.Г) потери тепла с механическим недожогом снижаются с 3,0% до 1,0$,потери тепла с уходящими газами возрастают с 6,4$ до 7,2%,а условные потери электроэнергии на тягу и дутье увеличиваются с 0,62 до 0,9%.
При величине коэффициента избытка воздуха на выходе из топки й =1,03 Г,05 потери тепла с химическим недожогом практически отсутствуют.Оптимальный по экономичности коэффициент избытка воздуха на выходе из топки при минимальных тепловых потерях находился в пределах Г,23 Г,24,при изменениях ос 1 в диапазоне 1,20 + 1,26 тепловые потери возрастают на 0,1$.
При изменении избытка воздуха на выходе из топки в указанных пределах избыток воздуха на уровне горелок сое -тавил ОС =0,9Lf Г,29,скорости вторичного воздуха на выходе из горелок изменились от 17 до 31 м/с,а соотношение ско W„ ростей —— = Г,0 + 1,8,температура газов в поворотной ка-W, мере и далее по газоходам котла возросла на Ю-15С.
Таким образом,концентрация окислов азота уменьшается с падением избытка воздуха и минимальное JVOx наблюдается при #г=Г,05.В этом случае концентрация Л на 40$ ниже,чем при ОС" =1,23- Г,24,т.е. оптимальном по экономичности избытке воздуха.При # =1,05 тепловые потери с механическим недожогом возрастают на 1,7%,но с учетом некоторого уменьшения потерь с уходящими газами и расходом энергии на тягу и дутье,суммарные тепловые потери увеличиваются на 1%.
Эти результаты показывают,что за счет снижения избытка воздуха можно существенно сократить выброс Л/Ох без значительного снижения экономичности сжигания.Такой способ понижения концентрации можно применить на станции в качестве аварийного,когда по метеусловиям возникает потребность в снижении Мк ,например,при направлении ветра на г. Павлодар.
