Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Индикаторы ЕЭС России

Частота в ЕЭС России
Генерация и потребление (час)
План генерации и потребления
Генерация и потребление (сут)
Температура в ЕЭС России

Горелочные устройства для сжигания каменного угля с пониженным образованием оксидов азота

Необходимость оптимизации топочного процесса по технико-экономическим и экологическим показателям влечет за собой пересмотр требований, предъявляемых к пылеугольным горелкам и соответственно к их конструкциям. Для снижения выбросов окислов азота необходимо уменьшить подмешивание воздуха к воспламеняющейся аэросмеси. При этом следует растянуть процесс воспламенения, происходящий за счет подвода тепла излучения или перемешивания топливовоздушной смеси с раскаленными продуктами сгорания. Опыт показывает, что выбросы окислов азота в топках с прямоточными горелками ниже, чем в топках с вихревыми, а в топках с ТШУ ниже, чем в топках с ЖШУ.

Основные приемы уменьшения выбросов окислов азота при сжигании каменного угля сводятся к организации ступенчатого сжигания и подаче газов рециркуляции в корень факела. Снижение выбросов NOx сопровождается ухудшением следующих технико-экономических показателей топочного процесса: увеличением механического недожога, интенсификацией высокотемпературной газовой коррозии, шлакованием. Большое значение здесь имеет доля первичного воздуха в горелках, которая зависит от содержания летучих в топливе. Отклонение этой доли от оптимальной величины (но минимальной концентрации NOx) может привести к резкому росту концентрации окислов азота в дымовых газах, что является результатом либо улучшения условий воспламенения, либо интенсификации перемешивания.

Ниже излагается опыт внутритопочного подавления выбросов на котлах, сжигающих низкосортный высокосернистый каменный уголь . Все котлы Бурштынской ТЭС (Украина), кроме котлов ст. № 2, 10, оборудованы прямоточными горелками в два яруса, а котлы ст. № 2 и № 10 — плоскофакельными горелками в один ярус. Котлы ст. № 4, 7, 9, 10 и 11 оснащены разомкнутыми системами пылеприготовления (РПС), а остальные — замкнутыми системами пылеприготовления (ЗПС).

Важным этаном развития технологии сжигания угля является переход на транспортировку ныли к горелкам с помощью системы высококонцентрированной подачи пыли под давлением и разрежением. Плотный высококонцентрированный ноток пыли, выходящей из горелки, по форме напоминает цилиндр, в котором горение происходит при глубоком недостатке кислорода. Это приводит к задержке воспламенения и повышению устойчивости горения. Затем пыль смешивается с топочными газами, воздухом и сгорает.

Основной особенностью процесса является то, что теплоемкость концентрированного потока в 3-4 раза меньше, чем в горелках с обычным транспортом топлива. В этих условиях нагрев пылевых частиц до выделения тепла и воспламенения летучих требует меньших затрат тепла. На начальном участке воспламенения (около 0,3-0,5 м от устья горелки) температура концентрированного потока не превышает 800 °С. Длина темного пылевого шлейфа концентрированного потока составляет не более 2 м.

Стабилизация воспламенения в горелках с ПВК дает возможность обеспечить сжигание топлива переменного качества. Этому способствует и отсутствие подачи в гонку более 20 % холодного первичного воздуха температурой 70 — 100 °С.

Из многих факторов, определяющих скорость окисления азота воздуха и топлива, наиболее существенное значение имеют интенсивность воспламенения первичной смеси и ее смешение со вторичным воздухом на начальном участке факела. Длительность этих процессов в горелках с ПВК снижает как значение максимальной температуры на начальном участке факела, оказывающий основное влияние на скорость образования окислов атмосферного азота, так и полноту окисления топливного азота, зависящую от локальных избытков воздуха в зоне воспламенения.

Результаты исследований работы гоночных устройств позволили провести анализ механизма образования оксидов азота в пригорелочной зоне и определить конструктивные приемы снижения выбросов NOx. Прежде всего переход на подачу ныли высокой концентрации под разрежением (ПВКр) привел к существенному снижению как высокотемпературной коррозии экранов, так и выбросов NOx. Этому способствовало затягивание перемешивания при использовании ПВК.Такой результат объясняется повышением содержания кислорода вблизи экранов и снижением максимального уровня падающих на экраны тепловых потоков. Избежать увеличения недожога топлива и интенсификации коррозии можно при оптимизации топочного режима по выбросам оксидов азота.

Анализ механизма образования топливных оксидов азота в зоне воспламенения показал, что имеется несколько областей значений коэффициента избытка воздуха а, которым соответствуют максимальные и минимальные значения NOx. Во время горения летучих происходит частичное восстановление NOx продуктами их неполного горения, а во время горения кокса — как продуктами его неполного горения, так и активными веществами коксового остатка. Таким образом, в процессе воспламенения и выгорания топлива протекают реакции образования и распада оксидов азота, которые дают итоговую кривую с двумя максимумами. Один из них располагается в области значений, примерно равных содержанию летучих Vл (в долях), а второй — в области значений α=1,0-1,3.

На рисунке ниже приведены кривые зависимости параметров процесса горения от коэффициента избытка воздуха на сгоревшее топливо в зоне активного горения: локальных значений NOx, химического недожога и общего механического недожога q.

Графики зависимости параметров процесса горения от коэффициента избытка воздуха в зоне активного горения

Графики зависимости параметров процесса горения от коэффициента избытка воздуха в зоне активного горения: 1 — NOx; 2 — Т; 3 — q3; 4 — q4, 5 — (NOx) max

 

Из рассмотрения графиков следует, что области минимальных значений NOx совпадают с областями максимальных значений q3 и q4, которые соответствуют коэффициентам избытка воздуха 0,4<α<0,8 и 1,6<α<2,0. Первую область можно назвать «диффузионной», вторую — «кинетической» (низкотемпературной). Наличие больших значений химического q3 и механического q4 недожогов при α < 1 характерно для горения высокореакционного топлива.

Прямую связь перемешивания с выбросами NOx можно показать путем расчетного сравнения двух типов горелок: с подачей ныли в виде аэросмеси и с подачей пыли системой ПВК. На рис. 20 приведены кривые распределения α и NOx по массе продуктов сгорания (по долям массового расхода в пригорелочной зоне). При упрощенном «трехслойном» рассмотрении процесса принято, что в первом случае 20 % продуктов сгорания имеют α = 0,8, 60 — α = 1,1 и 20 % — α = 1,5, а во втором случае 40 % газов имеют α = 0,8, 20 — α = 1,1 и 40 % — α = 1,5.

На основании анализа протекания процесса в пригорелочной зоне можно сформулировать несколько практических способов внутритопочного подавления выбросов NOx и привести примеры их реализации на конкретных действующих котлах, в основном с прямоточными горелками:

1. Двухступенчатое смешение и сжигание. Перемешивание всего топлива с частью (50-80 %) всего воздуха и последующее перемешивание этой смеси с остальным воздухом. Реализация указанного способа подавления NOx осуществлена на котлах ТП-100 (ст. № 2 и 10) Бурштынской ТЭС при сжигании высокореакционного каменного угля в плоскофакельных горелках с ПВКр.

В последнее время этот способ подачи третичного воздуха выше горелок получил широкое распространение. Эффективность ступенчатого сжигания оценивается величиной снижения выбросов NOx на 20-30 %.

2. Затянутое смешение — «диффузионный» режим горения (ПВК). В этом случае непрерывное перемешивание топлива с воздухом малыми порциями осуществляется при α < 1 на значительном расстоянии от горелки. Такой способ реализован на котлах ТП-100, оборудованных прямоточными горелками с ПВКр (ЖШУ).

Этот способ подавления NOx но своей эффективности близок к двухступенчатому смешению и сжиганию. Он хорошо сочетается с последним в котельных установках с промбункером и позволяет снизить NOx в дымовых газах на 30 —40 %.

3. Трехступенчатое смешение и сжигание. Способ заключается в том, что в первой ступени осуществляется сжигание основной части (80-90 % всего топлива) при α = 1, во второй ступени — перемешивание остальной части топлива с продуктами сгорания первой ступени при α < 1 с целью разложения NOx образующимися компонентами неполного горения. Перемешивание оставшейся части воздуха с продуктами горения и дожигание при α > 1 осуществляется в третьей ступени.

Этот способ внутритопочного подавления разработан за рубежом (Япония, США) и в настоящее время применяется у нас. Глубина подавления здесь может составлять около 40 %. Сложности этого способа сжигания заключаются в необходимости хорошего трехкратного перемешивания, т. е. обеспечения высокой дальнобойности струй и равномерного их распределения.

Для котельных установок с промбункером, сжигающих каменный уголь, рекомендуется двух— или трехступенчатое сжигание в сочетании с прямоточными горелками и ПВК.

Качественные и недорогие мультиметры производства Японии.



Читайте также:

Последние аварии на объектах электроэнергетики РФ

Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100