6.3. Подавление образования оксидов азота

Процессы горения топлива характеризуются большими объемами продуктов сгорания с относительно низкой концентрацией оксидов азота. В настоящее время не существует достаточно дешевых и эффективных методов очистки нитрозных газов. Кроме того, обслуживание таких установок требует достаточно квалифицированного персонала. Поэтому основной упор для снижения выбросов оксидов азота в атмосферу с продуктами сгорания топлива должен делаться не на очистку газов, а на снижение образования оксидов азота в процессе горения.

Снижение образования оксида азота обычно заключается в снижении или ликвидации "термического" NO, а также при необходимости в снижении "топливного"NO. Снижение "термического" оксида азота достигается путем воздействия главным образом на максимальную температуру горения, что обеспечивается вводом газов рециркуляции, воды, пара в зону горения или в дутьевой воздух, а также двухстадийным сжиганием топлива, снижающим максимальную температуру и содержание кислорода в зоне максимальных температур. Выход "топливного"NOв меньшей мере зависит от максимальной температуры, но сильно зависит от избытка воздуха, поэтому здесь более эффективным является двухстадийное сжигание.

При сжигании газа часто удается полностью ликвидировать "термический" NO, приблизив его концентрацию к уровню "быстрого", т.е. к 100...120 мг/м³при холодном воздухе и 150...200 мг/м³при горя­чем воздухе.

Решающее значение на выход оксида азота оказывает конструкция горелочного устройства, т.к. именно здесь формируется процесс смешения топлива с воздухом, определяющим условия образования оксидов азота. Поэтому практически все методы воздействия на образование NOэффективны в случае, если они влияют на условия смесеобразова­ния и горения в корне факела.

Концентрация оксида азота в случае применения различных мероприятий может быть определена по формуле

С_[NO]=A_iC_NO(6.1)

где: С_NO, С_[NO]- соответственно концентрации оксида азота в продуктах сгорания без мероприятия и с мероприятием; А_i- коэффициент, учитывающий эффективностьi-го мероприятия.

Лекция № 7 Методы снижения концентрации образующегося оксида азота План

7.1. Рециркуляция дымовых газов

7.2. Двухстадийное сжигание топлива

7.3. Подача воды и пара в зону горения

7.1. Рециркуляция дымовых газов

Одним из наиболее распространенных и наиболее хорошо изученных методов снижения количества образующегося оксида азота является рециркуляция продуктов сгорания в зону горения. При этом более эффективной является не внутренняя рециркуляция горячих топочных газов в горелку, а внешняя рециркуляция предварительно охлажденных газов из хвостовой части котла в дутьевой воздух. Так, например, при подаче газов рециркуляции с температурой 300 ^оС в ядро факела в количестве, равном 20 % от объема воздуха, поступающего на горе­ние, максимальная температура факела снижается обычно на 120...130^оС.

Обычно дымовые газы с температурой 300...400 ^оС отбираются перед воздухоподогревателем и специальным рециркуляционным дымососом подаются в топочную камеру. Газы подаются через каналы в поду топки, через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелки или же в воздуховод. Для малых котлов, где рециркуляционный дымосос отсутствует, применяют систему рециркуляции газов путем подачи их во всасывающий патрубок дутьевого вентилятора.

Зависимость выхода "термического" оксида азота от температуры носит экспоненциальный характер и поэтому любая неравномерность температур при одинаковом тепловыделении в топке повышает выход оксида азота. Это объясняется тем, что повышение температуры по сравнению со средним уровнем дает больший прирост концентрации оксида азота, чем снижение ее уровня в зонах с температурами ниже среднего уровня. Отсюда вытекает необходимость выравнивания температурного поля в топке.

Такое выравнивание или приближение к нему может осуществляться распределением газов рециркуляции по ширине топки или по горелкам горизонтального ряда. Не изменяя общего расхода рециркуляцион­ных газов, большую их часть следует подавать в более высокотемпературные зоны, в частности в центральную часть топки через центральные горелки, а меньшую - в крайние, размещенные ближе к стенкам горелки.

При смешивании с общим потоком воздуха газы рециркуляции распределяются в большом объеме как по длине факела, так и за его пределами. Более целесообразным является подмешивание рециркуляционных газов к первичному воздуху или к газовому топливу. В этом случае практически весь объем рециркуляционных газов оказывает влияние на зону максимальных температур.

Применение рециркуляции позволяет, кроме того, регулировать теплоотдачу к топочным экранам, температуру перегрева пара, сближать

характеристики работы котлов при сжигании различных топлив. Ввод рециркуляционных газов в топочную камеру приводит к сравни­тельно малому снижению КПД котла (0,01...0,03 % на 1 % рециркуляции газов).

Значение коэффициента Ар в диапазоне r= 0...20,0 % могут быть рассчитаны по эмпирической формуле

Ар = 1,000 - 0,012r- 0,001r² (7.1)

где: r- степень рециркуляции, %.

Концентрация оксида азота в случае применения рециркуляции может быть определена также по формуле

C_[NO]= (1 -Krr)C_NО (7.2)

где: Kr- коэффициент, характеризующий снижениеNOна 1 % рециркуляции.

В интервале r= 0...4,0 % величинаKr= 0,075 на каждый процент рециркуляции, а в интервалеr= 4,0...30,0 % зависит от схемы подачи газов рециркуляции в топку.

Таблица 7.1

Значения коэффициента Kr для различных схем подачи газов в топку

N п/п	Схема подачи газов рециркуляции в топку	Коэффициент Kr
1	2	3
1 2 3 4 5 6 7	В топливо В первичный воздух В общий канал дутьевого воздуха По кольцевому каналу вокруг горелки Через шлицы напротив нижнего яруса горе­лок Через шлицы под горелками Через шлицы в поду топки	0,045 0,030 0,025 0,015 0,010 0,009...0,010 0,002

Величины концентраций оксида азота в случае применения рециркуляции продуктов сгорания рассчитанные по выше приведенным формулам не совпадают. Это объясняется тем, что в большинстве экспериментальных данных не учитывают места ввода газов рециркуляции в топку, а также типы горелочных устройств.

Из анализа результатов промышленной проверки влияния рециркуляции на выход оксида азота можно сделать следующие выводы:

1. Подачу газов рециркуляции следует организовывать в наиболее высокотемпературные зоны.

2. Рециркуляция газов в тракт дутьевого воздуха или в топливо является наиболее эффективным способом снижения образования оксида азота.

3. При равной степени рециркуляции дымовых газов подача их в топку с газовым топливом в 1,8...2,0 раза эффективнее, чем при подаче газов рециркуляции в канал дутьевого воздуха.

4. Применение рециркуляции более эффективно при высоких нагрузках и r< 20 %.

5. Перераспределение газов рециркуляции по крайним и центральным горелкам в соотношении Gкр/Gц = 0,2 уменьшает выход оксида азота на 25,0...30,0 % без ухудшения качества горения.6. Эффективность рециркуляции тем больше, чем выше температура в зоне горения. Она снижается при:

- уменьшении нагрузки котлов;

- увеличении коэффициента избытка воздуха;

- уменьшении температуры горения топлива;

- повышении содержания азотсодержащих соединений в топливе.

7. Максимальная эффективность рециркуляции имеет место при сжигании природного газа при номинальной нагрузке топочной камеры и малыми значениями коэффициента избытка воздуха.

8. При подаче 1 % газов рециркуляции КПД котла снижается при­мерно на 0,02 %.