Введение к работе
Актуальность проблемы. Охрана окружающей среды одна из важнейших проблем, стоящих перед теплоэнергетикой. Паровые котлы ТЭЦ и промышленных котельных, работающие на органическом топливе, являются источником выбросов в атмосферу большого количества токсичных веществ. Особо токсичными компонентами продуктов сгорания являются оксиды азота. Учитывая важность этой проблемы в последние годы проводится большой объем исследований, направленных на снижение выбросов оксидов азота в атмосферу.
Существенный вклад в решение этой проблемы внесли научные коллективы МЭИ, ВТИ, САФВНИИпромгаза, И-та газа АН Украины и др. В настоящее время на котлах большой мощности находят применение ряд технологических методов, позволяющих снижать выбросы оксидов азота до 50-60%. Наиболее перспективным среди этих методов в отечественной и зарубежной теплоэнергетике признано ступенчатое сжигание топлива.
Проблема снижения выбросов оксидов азота котлами малой мощности стоит не менее остро, чем для крупной теплоэнергетики, учитывая большое количество этих котлов и расположенность их, как правило, в густонаселенных районах. В то же время для большинства таких котлов некоторые из методов, успешно применяемых на котлах большой производительности ( например, ступенчатое сжигание), не могут быть технически реализованы, другие же не могут быть рекомендованы к внедрению без их совершенствования, так как основаны на снижении интенсивности топочных процессов и ухудшении технико-экономических показателей котельной установки. Единственным стимулом для реализации таких затратных атмосфероохранньк мероприятий для предприятий является только необходимость соблюдения существующих норм ПДВ.
Современный подход к решению проблемы снижения выбросов оксидов азота должен базироваться не на снижении эффективности использования топлива, а напротив, на более эффективном его использовании.
Для котельных оборудованных котлами малой мощности весьма важно так же и то, чтобы реализация ат.мосфероохранных
мероприятий не была бы связана со значительными капитальными и эксплуатационными затратами, возможна силами персонала котельной, не требовала значительных дополнительных площадей, не сопровождалась появлением побочных негативных явлений экологического характера.
В ряде случаев возникает проблема выбора оптимального метода снижения выбросов оксидов азота из нескольких близких по своим эколого-технико-экономическим показателям методов, что требует разработки специальной научно-обоснованной методики.
Целью работы является разработка новых и совершенствование существующих методов, обеспечивающих эффективное снижение выбросов оксидов азота газомазутными котлами малой мощности при одновременном повышении эффективности использования топлива.
Научная новизна работы заключается в следующем:
теоретически обоснован, разработан и экспериментально проверен в промышленных условиях для газомазутных котлов малой мощности метод снижения образования оксидов азота при одновременном повышении КПД котельной установки путем размещения в топке промежуточного излучателя;
разработана методика расчета снижения выбросов оксидов азота в зависимости от характеристик промежуточного излучателя;
- разработана математическая модель и реализующая ее
программа, позволяющая установить оптимальные начальные
условия ввода влаги в топку котла с целью увеличения степени
снижения генерации оксидов азота и повышения эффективности
использования топлива;
установлено влияние влаги, содержащейся в водомазугной эмульсии, используемой как эффективное средство снижения образования вредных выбросов при сжигании мазута, на параметры и технико-экономические показатели котельной установки;
разработан эффективный способ химической очистки продуктов сгорания от оксидов азота без ухудшения технико-экономических показателей котельной установки и позволяю-щий.при необходимости, форсировать топочный процесс без опасения превышения норм ПДВ по оксидам азота ;
- разработана методика выбора оптимального метода снижения выхода оксидов азота при сжигании топлива в газомазутных котлах.
Практическая ценность и внедрение результатов'работы.
Разработан для газомазутных котлов малой мощности метод снижения образования оксидов азота путем размещения в топке промежуточного излучателя с одновременным повышением КПД котельной установки. Предложена методика расчета, позволяю; щая устанавливать зависимость максимальной температуры факела, определяющей концентрацию оксидов азота, от характеристик промежуточного излучателя. Разработаны рекомендации для реализации метода в промышленных условиях. Метод внедрен в промышленной котельной Московской швейной фабрики им. Клары Цеткин.
Разработана математическая модель и программа расчета, позволяющая определять оптимальные условия ввода влаги в топки котлов для снижения образования оксидов азо-та.Полученные результаты расчетов послужили основой для реализации метода на котлах Глуховского ХБК, Московской ситценабивной фабрики, Московского желатинового завода и других предприятий.
На основании результатов расчетов параметров и показателей работы котельной установки при сжигании водомазутной эмульсии разработано техническое задание на перевод котельной А/О'Трикотажник" ,(г.Ивантеевка,Моск.обл.) с мазута на водома-зутную эмульсию с целью снижения вредных выбросов и утилизации замазученных вод, принятое к реализации.
На основе результатов теоретического анализа и экспериментальных данных показана возможность значительного снижения выбросов оксидов азота газомазутными котлами без снижения КПД путем очистки газов промывкой щелочным раствором с добавкой пероксида водорода.
Предложена методика выбора оптимального метода снижения выбросов NOx, которая Управлением топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы признана целесообразной для использования при выборе атмосфероохранных мероприятий для внедрения в действующих районных тепловых станциях, а также проектируемых газомазутных промышленных и комунальних котельных.
— 6-
Достовепность и обоснованность результатов работы обеспечивается:
-применением современных методов математического моделирования;
-удовлетворительном совпадении расчетных и экспериментальных данных;
-использованием современных методов измерений и обработки результатов экспериментов;
-экспериментальной проверкой теоретических и расчетных выводов на действующем оборудовании в условиях промышленной эксплуатации.
-Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании общих концепций настоящей работы, постановке и непосредственном участии в проведении расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, в разработке, создании, освоении и внедрении конструктивных и технологических мероприятий по снижению образования оксидов азота промэнергети-ческими газомазутными котлами.
Автор защищает: -разработанные методики расчета относительной концентрации оксидов азота в зависимости от характеристик промежуточного излучателя; оптимизации начальных условий ввода влаги для снижения генерации оксидов азота при сжигании газа; выбора оптимального технологического метода снижения выбросов оксидов азота промэнергетическими газомазутными котлами;
-результаты теоретических и экспериментальных исследований и разработанные на их основе рекомендации для промышленной реализации;
-метод очистки продуктов сгорания щелочным раствором с добавкой пероксида водорода.
Диссертация содержит изложение и обобщение материалов, являющихся личным вкладом автора работы, в проведении которых участвовали сотрудники и аспиранты кафедры Промышленной теплоэнергетики МГТА им. А.Н.Косыгина: В.В.Попалов, В.В.Зеленов, И.П.Кузнецова, Н.А.Егоров и др.
Автор выражает глубокую признательность заведующему кафедрой доктору технических наук профессору А.С.Охотину за оказанное содействие в выполнении работы.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих совещаниях и конференциях:
- II Всесоюзной конференции "Проблемы энергетики тепло-
технологии" (г.Москва, 1987г.);
- Всесоюзном совещании "О мерах по усилению охраны
природы и улучшению использования природных ресурсов в лег
кой промышленности" (г.Приволжск,1988г.); -Межвузовской
конференции Теплотехнические проблемы энергосберегающей
технологии в текстильной и легкой промышленности"
(г. Москва, 1989 г.);
Всесоюзной научно-практической конференции "Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны"(г.Ташкент, 1990г.);
Всесоюзной конференции "Проблемы охраны окружающей среды на предприятиях легкой промышленности" (г.Москва, 1991г.);
VII Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену (г. Ташкент, 1991 г.);
- заседаниях секции научного Совета ГКНТ СССР
"Теплообмен излучением "Актуальные проблемы теплообмена и
охраны воздушного бассейна в тепл технологии" (г.Усть-
Илимск,1990 г., г. Самара, 1991 г.);
Международной научно-практической конференции "Достижения науки и техники в производстве"(г. Москва, 1995 г.);
- Межвузовской научной конференции "Современные
проблемы текстильной и легкой промышленности"(г. Москва,
РосЗИТЛП, 1996 г.).
Публикации. Основное содержание выполненных исследований, научных, теоретических, экспериментальных и практических разработок опубликовано в 30 статьях и материалах научно-технических конференций, описании к авторскому свидетельству. Результаты исследований и практического внедрения освещены в 10 отчетах по НИР МГТА им. А.Н.Косыгина за 1985-1994 г. г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 128 наименований и приложений и изложена на 150 страницах ма-
шинописного текста, иллюстрируется 64 рисунками и 28 таблицами. Общий объем диссертации составляет 211 страниц.
