2. Методика расчета содержания окислов азота в продуктах сгорания паровых котлов

Экспериментальное определение концентраций окислов азота в продуктах сгорания на находящихся в эксплуатации котлах является пока еще достаточно трудоёмким мероприятием. Вследствие этого возникает необходимость расчетного определения содержания в дымовых газах котлов при различных режимах их работы. Методика расчета наряду с простой должна верно отражать закономерности окисления азота при сжигании различных видов топлив и учитывать перспективные способы подавления NО_Х.

Ниже приведены получившие наибольшее распространение методики расчета выбросов окислов азота газомазутными [10] и пылеугольными [11] котлами. Они могут быть использованы не только для расчета концентрации NО на действующих котлах, но и для расчета эффективности влияния на образование окислов азота различных конструктивных и режимных факторов топочно-горелочных устройств, закладываемых в проекты реконструируемых и вновь создаваемых котлов.

2.1. Методика вти по определению окислов азота в продуктах сгорания газомазутных котлов

Настоящую методику рекомендуется использовать при расчетном определении NО в дымовых газах газомазутных энергетических котлов, оборудованных горелками единичной производительностью от 1 до 8 т/ч (в пересчете на мазут).

В методике принято, что при высоких температурах доля топливных окислов азота в общем выходе NО значительно меньше термических. Поэтому при максимальных температурах продуктов сгорания

1750°С в расчетах общего выхода NО учитывается содержание только термических окислов азота.

Выход термических окислов азота в результате окисления моле­кулярного азота воздуха (как часть общего выхода NО) при ко­эффициента избытка воздуха в горелках1,0 составляет

(2.1)

где С_i – концентрации веществ, %об; Т_т – максимальная температура продуктов сгорания, К; b – параметр, характеризующий скорость выгорания топлива, c ^-1.

При 1,0 и (– параметр, характеризующий качество смешения топлива и воздуха в факеле) численное значение комплексаменяется незначительно и его можно принять равным 50.

Максимальная температура продуктов сгорания

(2.2)

где Во^* – критерий Больцмана; Т_ад – адиабатическая температура, К.

При 1 и учете рециркуляции газов (при вводе их в воздухопроводы или по отдельному прямоточному каналу горелок со скоростью, близкой к скорости воздуха) адиабатическая температура равна

(2.3)

где Q_T – полезное тепловыделение в топке; С_р – теплоемкость газов;

r – коэффициент рециркуляции газов; V° - теоретическое количество воздуха

Критерий Больцмана

(2.4)

Эквивалентный диаметр амбразуры горелки

(2.5)

где F – полное сечение амбразуры горелки, м²; F₁ – сечение каналов, по которым подается воздух, м².

Безразмерный параметр b находится из уравнения

(2.6)

где W_Г – скорость истечения топливо-воздушной смеси из горелки, приведенная к Т = 273К, м/с.

При уменьшении максимальных температур продуктов сгорания доля топливных окислов азота в общем выходе NO начинает возрастать. При °С, 1,0 и N^P = 00,6% суммарный выход окислов азота в зависимости от содержания азота в топливе

(2.7)

где 0,005% – объёмная доля термических окислов азота.

Суммарный выход окислов азота при 1,0 и изменении максимальной температуры продуктов сгорания в диапазоне °С равен

(2.8)

Для облегчения расчетов можно использовать номограммы на

рис.2.1 – 2.3.

Полезное тепловыделение в топке в общем случаи находится в соответствии с нормативным методом

(2.9)

где – низшая теплота сгорания;– тепло, вносимое в топку воздухом;– энтальпия рециркуляции газов.

Пересчет с учетом действительного коэффициента избытка воздуха в горелках (если ) производится по формуле

(2.10)

Соотношение в диапазонеопределяется по рис.2.2

Рис.2.1. Номограммы для определения Т_ад, Во^*и концентрации окислов азота

Рис.2.2. Относительное изменение концентрации окиси азота в зависимости от коэффициента избытка воздуха в горелке

Рис.2.3. Влияние на выход окислов азота скорости рециркулирующих газов (а)

и двухступенчатого сжигания (б)

При необходимости получения значения концентрации окислов азота в объёме дымовых газов в каком-либо газоходе котла (с учетом присосов по тракту до этого газохода ) используется формула

(2.11)

В случаи использования рециркуляции газов или двухступенчатого сжигания для снижения выбросов NO значения С_NO, полученные по номограмме на рис.2.1. умножаются на коэффициент подавления К_под. Зависимости коэффициента К_под от доли рециркуляции r, скорости рециркулирующих газов в горелке w_P и доля воздуха, подаваемого во вторую ступень, приведены на рис.2.3.

Количество окислов азота, в пересчете на NO₂ (г/с), выбрасываемых с дымовыми газами в атмосферу, определяется поформуле

(2.12)

где В_Р – расчетный расход топлива на котел, т/ч; V_Г – объём газов при .