Ограничение процесса окисления азота воздуха

Подавление «воздушных» оксидов азота осуществляется снижением температурного уровня процесса в топке вводом инертных дымовых газов в нижнюю часть топки. Ограничение выхода «топливных» оксидов достигается принудительным вводом в факел дымовых газов рециркуляции — в качестве балластирующей и разделительной промежуточной сред, замедляющих процесс смешения вторичного воздуха с топливом.

Целенаправленной избирательной реализации каждого из этих механизмов соответствует специфическое конструктивное решение. В первом случае — автономный ввод рециркулирующих дымовых газов через горелку в рассечку между двумя потоками воздуха («экранный» ввод), во втором — предварительное смешение воздуха и газов рециркуляции, третьему варианту соответствует ввод дымовых газов в топку по отдельному каналу помимо горелок либо по периферийному каналу.

Для подавления образования «топливных» оксидов азота в пылеугольных котлах используется замедление смесеобразования и перевод связанного азота топлива в нейтральный молекулярный азот с помощью дымовых газов рециркуляции. Для этого применяются различные конструктивные решения:

  • - автономный ввод рециркулирующих дымовых газов через горелку в рассечку между двумя потоками воздуха (замедление смесеобразования);
  • - предварительное смешение воздуха и газов рециркуляции (уменьшение концентрации окислителя);
  • - ввод дымовых газов в топку по отдельному каналу помимо горелок либо по периферийному каналу;
  • - уменьшение радиальной неравномерности концентрационных и температурных полей в начальном участке факела (характерной для вихревых горелок) с соответствующим снижением локальных максимальных температур;
  • - воздействие на условия начального воспламенения при принудительном подводе рециркулирующих газов по оси горелки (по центральному каналу непосредственно в приосевую зону обратных токов, осуществляющих стабилизацию горения); следствием такой системы рециркуляции является охлаждение рециркулирующих высокотемпературных продуктов горения, смещение зоны обратных токов от горелки и, в итоге, затягивание горения.

Эти технологические приемы широко используются на практике:

Котел ТГМП-1202 Костромской ГРЭС, блок 1200 МВт на природном газе.

Средний коэффициент избытка воздуха па выходе из топки в рабочем диапазоне нагрузок составляет 1,02—1,03. Рециркуляция дымовых газов с вводом их в топку через горелки позволяет снижать выход окислов азота на 50 % (до 600-800 мг/мЗ) — степень рециркуляции до 16% (ограничение из-за чрезмерного роста температуры промперегрева).

Котел ТГМП-114, ТГМП-314 Ириклинской ГРЭС, работа на природном газе.

При степени рециркуляции г = 16—20 % (равнозначный эффект при вводе рециркулирующих газов в воздушное дутье и в периферийный кольцевой канал горелки) достигается двукратное снижение выбросов оксидов азота. Каждый 1 % рециркулирующих газов соответствует снижению выхода NOx на 1,5% для котла ТГМП-114 и 2,4—2,5% для котла ТГМП-314.

Котел ДКВР-20, сжигание природного газа.

Организована рециркуляция дымовых газов по упрощенной схеме — газоход за дымососом соединен с воздухозаборной трубой вентилятора дутья (r= 15—20 %) — концентрация оксидов азота в дымовых газах снижается с 0,14 г/м3 до 0,07 г/м3 (Д = 0,75 Дном; а = 1,1).

Котел ПК-19 Краснодарской ТЭЦ.

Организован ввод дымовых газов в рассечку между двумя концентричными потоками вторичного воздуха. Внешний поток воздуха составляет до 55 % общего расхода. Снижен выброс оксидов азота на 50 %.

Котел ТГМП-314 Костромской ГРЭС, использует сернистый мазут с малыми избытками воздуха в вихревых горелках (встречное двухъярусное расположение). Подача газов рециркуляции осуществляется в воздуховоды горячего воздуха. При г = 16 % ACN0 = 50 %. При снижении нагрузки эффект уменьшается. Не обнаружено заметного влияния рециркуляции на топочные потери и надежность котла.

Котел ТГМП-314 А Костромской ГРЭС на мазуте.

Сжигание мазута и природного газа в подовых горелках с вводом рециркулирующих газов по периферии горелок (г = 7—8 %) обеспечивает снижение выбросов оксидов азота на 35 %.

Котел ТГМП-204 ХЛ блока 800 МВт Сургутской ГРЭС-2 (природный газ).

Установка рециркуляции дымовых газов многофункциональна: осуществляет регулирование промперегрева, теплового режима экранных поверхностей, ограничение выбросов оксидов азота. Газы рециркуляции отбираются перед РВП и поступают в топку через периферийные каналы горелок, а также через шлицы в верхней части топки. Изменение подачи газов рециркуляции от г = 3,0 до 15% обеспечивает ACNOx до 50% (от 1,1 до 0,5 г/м3). При увеличении ввода рециркулирующих газов г> 15% снижение CNOx не отмечено. Подача газов рециркуляции в верхнюю часть топки не влияет на выход оксидов азота (ат= 1,05—1,07).

Эффективность рециркуляции, достигаемая в реальных условиях, оказывается ниже теоретически возможной по той причине, что при подаче смеси газов с общим воздухом не обеспечивается равномерное распределение вводимых газов по горелкам, а также однородность газовоздушной смеси рециркулирующих газов и дутьевого воздуха. Теоретический анализ проблемы показал, что эффективность рециркуляции дымовых газов может быть достигнута при равномерном распределении рециркулирующих газов по горелкам и максимальной однородности газовоздушной смеси (обедненного окислителя). Снижение выхода оксидов азота в этом случае возможно на один-два порядка. Для этого необходимо равномерно распределить рециркулирующие газы в дутьевом воздухе с получением однородной газовоздушной смеси [31.

Концентрация NOv, приведенная к N02 и содержанию 02 = 6 %, получаемая при рациональной организации рециркуляции, может быть оценена по следующей формуле:

где С0, Сх — концентрации воздушных оксидов при работе без рециркуляции, с рециркуляцией, мг/м3;

Сб— концентрация «быстрых» оксидов азота, мг/м3 [4],

к,= (0,1/,0-2)|0г;

/в — температура дутьевого воздуха (при tB < 50 °С принимается tB = 50 °С);

Сб= 20 мг/м3 при tB = 50 °С и 30 мг/м3 при tB > 200 °С.

Это положение подтверждено практикой последних лет. На котле ТГМ-96 Б ТЭЦ-8 Мосэнерго подача дымовых газов в смеси с дутьевым воздухом (смешение на всасе дутьевого вентилятора) обеспечивает при г = 8—9 % двукратное снижение концентрации оксидов азота до 80—10 мг/м3. Ко всем горелкам поступала практически одинаковая по концентрации дымовых газов смесь воздуха и рециркулирующих газов. Использование специальных смесителей рециркулирующих дымовых газов с воздухом позволило снизить выход N0* на котлах КВГМ-180 до 60—80 мг/м3, ТП-170—16 — до 125 мг/м3. Из графика (рис. 12.4) следует, что возможности метода рециркуляции по подавлению оксидов азота практически исчерпываются при г = 15...20%. Дальнейшее увеличение степени рециркуляции дымовых газов не приводит к существенному изменению выхода оксидов азота.

Эффективность системы рециркуляции может быть повышена рациональным распределением рециркулирующих газов по ширине топки. При равномерной подаче газов рециркуляции по горелкам котла ТГМ П -314 А, сжигающего мазут (16 горелок в два яруса на фронтовой и задней стенках топочной камеры) при степени рециркуляции г = 15%, снижение выхода оксидов азота соответствует ACNOx= 520 мг/м3, с увеличением подачи газов рециркуляции на центральные горелки, с соответствующим ее уменьшением на крайние (пристенные) горелки CNOjc снижена до 380 мг/м3 (GKpafiH/GueHTp= 0,2) [3].

Эффективность системы рециркуляции может быть повышена также рациональным распределением рециркулирующих газов по ширине топки. При равномерной подаче газов рециркуляции по горелкам котла ТГМП-314 А, сжигающего мазут (16 горелок в два яруса на фронтовой и задней стенках топочной камеры) при степени рециркуляции г = 15%, снижение выхода оксидов азота соответствует ACNOx = 520 мг/м3, с увеличением подачи газов рециркуляции на центральные горелки, с соответствующим ее уменьшением на крайние (пристенные) горелки CNOv снижена до 380 мг/м3

(6крайн/6центр= 0,2) [3].

Снижение концентрации оксидов азота в уходящих газах в зависимости от степени рециркуляции при смешении рециркулируемых газов с общим воздухом

Рис. 12.4. Снижение концентрации оксидов азота в уходящих газах в зависимости от степени рециркуляции при смешении рециркулируемых газов с общим воздухом:

  • 1 — поданным [5J; 2 — поданным [6J; 3,4 — поданным [2; 3];
  • 3 — при температуре tB = 300 °С; 4 — tB = 10 °С

Использование рециркулирующих топочных газов для замены конструктивных узлов топки

В ряде пылеугольных котлов газы рециркуляции используются для защиты экранных поверхностей нагрева снижением температуры факела путем ввода дымовых газов в зону активного горения, а также для защиты экранов от наброса факела в топках с фронтальным расположением горелок (поз. 1, рис. 12.5) путем экранирования задней стенки топки системой струй через ряд сопел (поз. 2, рис. 12.5).

Паровой котел БКЗ 220—100 с системой шлицев ввода рециркулирующих дымовых газов для экранирования задней стенки

Рис. 12.5. Паровой котел БКЗ 220—100 с системой шлицев ввода рециркулирующих дымовых газов для экранирования задней стенки

топочной камеры

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >