Введение к работе
Актуальность работы. Решение экологических проблем является определяющим не только при строительстве новых тепловых электростанций, но и при реконструкции, расширении, техническом перевооружении действующих ТЭС. При сжигании органических топ-лив в топках энергетических установок в атмосферу с дымовыми газами выбрасывается значительное количество токсичных продуктов сгорания. Основную долю среди газообразных выбросов ТЭС составляют оксиды азота и серы.
Уровень выброса оксидов азота с дымовыми газами котлов является одним из основных технико-экономических показателей топочных устройств паровых котлов и определяет возможность увеличения энергетических мощностей в конкретных регионах.
Ежегодный рост потребления энергии связан с увеличением выбросов токсичных продуктов сгорания органических топлив, загрязняющих окружающую среду. С введением нормативов допустимых выбросов вредных веществ котельными установками остро встала проблема ограничения этих выбросов (в первую очередь - оксидов азота). Это потребовало совершенно нового подхода к процессам проектирования и эксплуатации топочных устройств и камер сгорания энергетических установок. Проектирование экологически чистых энергетических установок в соответствии с современными экологическими требованиями невозможно без проведения предварительных теоретических и экспериментальных исследований влияния различных факторов на образование токсичных продуктов сгорания.
Экспериментальные исследования процессов образования и разложения оксидов азота по объективным причинам затруднены и часто могут быть выполнены только на реальной установке.
Теоретические исследования с помощью математических моделей, адекватно описывающих процессы образования и разложения N0X, Дают возможность на основе анализа результатов численных экспериментов определить оптимальные режимные и конструктивные параметры энергетической установки уже на этапе ее разработки.
Поэтому, все чаще при проектировании экологически чистых энергетических установок применяется численное моделирование процессов образования токсичных продуктов сгорания, что позволяет не только получить количественные оценки вредных выбросов, но и разработать рекомендации по их сокращению.
Цели работы:
разработка и обоснование цепного механизма выгорания серосодержащих веществ топлива и образования оксидов серы;
оценка достоверности принятого кинетического механизма;
разработка общих принципов использования ППП "РОСА" для расчетов выхода оксидов серы и азота в конкретных энергетических установках и горедочных устройствах;
выявление основных факторов, полностью определяющих выход оксидов азота при сжигании газа и мазута в топках реальных котлов;
определение функционального влияния найденных факторов на выход N0X;
определение коэффициентов в уравнении множественной регрессии, описывающем зависимость выхода оксидов азота от найденных параметров, используя регрессионный анализ;
оценка достоверности полученных аналитических зависимостей;
разработка методики расчета образования N0X в газомазутных котлах на базе полученных аналитических зависимостей.
Научная новизна полученных автором результатов заключается в следующем:
-
Предложен кинетический механизм образования оксидов серы при сжигании органических топлив и усовершенствован пакет прикладных программ "РОСА" для расчета выхода оксидов серы и аэота при сжигании органических топлив.
-
Сформулированы основные принципы стадийного сжигания, позволяющие минимизировать выбросы оксидов азота при сжигании твердых топлив.
-
Выявлено, что реальный выход оксидов азота в топках газомазутных котлов полностью описывается четырьмя основными характеристиками зоны активного горения.
-
Получены аналитические зависимости выхода N0X от характеристик ЗАГ.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена проведенной оценкой точности математической модели, применением современных численных методов решения, удовлетворительным совпадением результатов расчетов с имеющимися в литературе опытными данными различных авторов.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
1.Усовершенствован ППП "РОСА", который позволяет оценить выбросы оксидов серы и азота для действующих и проектируемых
котлов. Пакет используется в ВТИ и АО "Белэнергомаш".
-
Разработаны общие принципы и подходы к использованию ППП "РОСА" для решения практических задач расчета выхода оксидов азота и серы в реальных энергетических установках.
-
Предложены новые конструкции пылеугольных и газомазутных горелок стадийного сжигания, обеспечивающие пониженный выход оксидов азота.
-
Разработана инженерная методика расчета выбросов оксидов азота водогрейными и паровыми газомавутными котлами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены:
-
На IX Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву. Суздаль, ноябрь 1989.
-
На Республиканской научно-технической конференции "Экологические проблемы теплоэнергетики". Украинская ССР, Одесса, октябрь 1990.
-
На I Всесоюзной конференции "Математическое моделирование физико-химических процессов в энергетических установках". Казань, февраль 1991.
-
На VII Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену. "Теория и практика комплексной оптимизации радиационного теплообмена и горения при сжигании органических топлив в энергетике и промышленности. Проблемы экологии, надежности и энергосбережения". Ташкент, октябрь 1991.
-
На X симпозиуме по горению и взрыву. Черноголовка, сентябрь 1992.
-
На научных семинарах кафедры Парогенераторостроения МЭИ в 1991-1995 г.г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опуб
ликованы тезисы пяти докладов, 7 статей и И отчетов по НИР МЭИ
за 1990-1994 г.г. ~-
Личный вклад автора заключается:
в разработке кинетического механизма образования оксидов серы, усовершенствовании ППП "РОСА", оценке достоверности;
в разработке подходов и принципов использования ППП "РОСА" для решения реальных практических задач;
в разработке конструкций малотоксичных горелочных устройств;
в обобщении экспериментальных данных по выбросам оксидов азота при сжигании газа и мазута в зависимости от различных
конструктивных и режимных условий;
- в разработке инженерной методики расчета выхода оксидов азота водогрейными и паровыми газомазутными котлами и оценке ее достоверности.
Автор защищает результаты теоретических исследований, их обобщение и рекомендации по внедрению; разработанную инженерную методику расчета выбросов оксидов азота газомазутными котлами.
Структура- и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 215 наименований. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, 94 рисунка, 21 таблицу и два приложения.
