Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время топливосжигающие установки, производящие электроэнергию и тепло, наряду с автомобильным транспортом, являются основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах. Среди выбрасываемых в атмосферу вредных веществ особое место принадлежит оксидам азота. Оксиды азота, образующиеся из азота топлива, именуемые как «топливные» оксиды азота, являются основным токсичным загрязнителем, выбрасываемым в атмосферу промышленными и энергетическими котлами, особенно при сжигании угля, самого широко используемого топлива, который, наверное, еще в течение многих лет останется одним из основных источников тепла и энергии.
Вместе с тем выход оксидов азота можно регулировать огнетехническими средствами в самом процессе сжигания топлива. Разработанные и разрабатываемые огнетехнические способы управления выходом оксидов азота основываются на существующих представлениях о механизме процесса, которые в последние годы существенно углубились и расширились, особенно в части генерации ((топливных» оксидов азота.
На протяжении ряда лет в КазНИИ Энергетики ведутся систематические исследования процесса образования и разложения оксидов азота при сжигании энергетических топлив. Разрабатываются технологии сжигания с низким выходом оксидов азота.
В настоящей работе исследованы возможности снижения выхода оксидов азота в газовой ступени при совместном сжигании в камерной топке угля и газа с минимальным расходом последнего.
Цель работы:
Разработать основы методики определения параметров газовой ступени, реализуемой в камерной угольной топке и обеспечивающей возможно полное разложение оксида азота.
Задачи работы:
уточнение закономерностей выхода азота топлива при горении угля;
исследование распределения азота топлива при горении угля между летучими и коксовым остатком;
разработка кинетической модели разложения оксида азота при сжигании углеводородного газового топлива - метана и пропана;
- расчет на модели изменения концентраций соединений, определяющих процесс разложения оксида азота в газовой ступени;
- получение необходимых для инженерных расчетов зависимостей
эффективности разложения оксида азота в газовой ступени от избытка воздуха
и температуры в ней;
оценка технологических параметров газовой ступени в камерной угольной топке с низким выходом оксида азота;
оценка возможного вклада в суммарный выход оксида азота коксового остатка, выгорающего после ввода третичного воздуха.
Научная новизна:
- разработана кинетическая модель разложения оксида азота в газовой
ступени, позволяющая рассчитывать процесс и определять влияния на
эффективность разложения состава смеси и температуры;
- установлен характер зависимости эффективности разложения оксида азота
в газовой ступени от избытка воздуха и температуры;
установлено, что при доступном для реализации в камерных топках значении коэффициента избытка воздуха в газовой ступени аге~ 0,95 может происходить в ней снижение оксида азога-на 30%;
расчетом на модели выявлена динамика процесса разложения оксида азота и картина трансформации промежуточных соединений, участвующих в разложении оксида азота;
установлено, что азот угля в процессе его выгорания распределяется между летучими и коксовым остатком пропорционально их теплотворной способности;
- сделана оценка возможной доли оксидов азота из азота коксового остатка в
суммарном выходе оксидов азота из камерной топки со ступенчатым сжиганием
и газовой ступенью;
-обнаружено, что температура в газовой ступени оказывает на эффективность разложения оксида азота разнонаправленное действие при коэффициенте избытка воздуха в газовой ступени а„> 1 и при аге< 1.
Достоверность результатов:
Достоверность результатов исследований обеспечена контролем за режимами экспериментов современными приборами; математическим контролем за промежуточными результатами при численном эксперименте; проверкой воспроизводимости результатов; контролем за согласованием результатов с опубликованными в литературе данными. Практическая ценность:
Полученные зависимости эффективности газовой ступени от избытка воздуха и температуры в ней могут быть использованы для расчетов газовой ступени промышленных котлоагрегатов.
Построенные номограммы связи режимных параметров газовой ступени могут быть использованы для предпроектной оценки параметров газовоздушного режима проектируемой ступени.
Результаты исследования использованы при разработке технических
предложений на разработку системы трехступенчатого сжигания с газовой
ступенью для котла ТПЕ-214А (Новосибирская ТЭЦ-5) совместно с АО
«Сибтехэнерго» и для котлов Е-500-13,8-560 (Тверская ТЭЦ-3), Е-670
(Алматинская ТЭЦ-2) совместно с АО «Барнаульский котельный завод» и АО «Сибтехэнерго». Расчетный выход оксидов азота составляет 200 - 240 мг/нм3. Автор защищает:
- кинетическую модель трансформации оксида азота при сжигании
углеводородных газов - метана и пропана;
- результаты численных расчетов на модели динамики процесса разложения
оксида азота в газовой ступени;
результаты расчетов эффективности разложения оксида азота в газовой ступени в зависимости от избытка воздуха и температуры;
опытные данные по исследованию распределения азота угля между летучими и коксовым остатком в процессе его выгорания;
- возможности использования полученных результатов при инженерных
расчетах параметров газовой ступени разложения оксида азота в камерных
топках.
Личный вклад соискателя:
- исследование распределения азота при горении угля между летучими и
коксовым остатком;
анализ кинетики вероятных реакций образования и разложения оксида азота в топочном процессе;
разработка кинетической модели процесса разложения оксида азота в газовой ступени;
-подготовка исходных данных для машинного эксперимента и выполнение расчетов;
расчет параметров газовоздушного режима газовой ступени;
участие в разработке методики расчета процесса разложения оксида азота в газовой ступени и технических предложений на котлы с газовой ступенью;
участие в экспериментальных стендовых исследованиях процесса образования и разложения оксидов азота;
- анализ полученных на модели и в эксперименте результатов.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в научных статьях и отчетах. Обсуждались на семинарах. Некоторые положения диссертации обсуждались на конференциях в городе Москве на тему «Технологические методы подавления окислов азота и создание котельного оборудования для вновь сооружаемых и действующих ТЭС» (1991г.), в городе Алма-Ате нз тему «Основные научно-технические проблемы создания экологически чистой тепловой электростанции на низкосортных углях и пути их решения» (1991г.)
Диссертация выполнялась в рамках плановых научно-исследовательских работ (НИР) КазНИИ Энергетики.
Публикация материалов работы.
Результаты работы опубликованы в четырех статьях. Результаты исследований вошли также в 9 научных отчетов, выполненных в рамках НИР КазНИИЭ.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и выводов. Объем работы составляет 108 страниц, включая 16 рисунков и таблицу, списка литератур из 85 наименований и приложений, которые содержат материалы по реализации результатов работы и машинную программу расчетов.
