4.2 Режим работы горелочных устройств.

Особенности процесса факельного сжигания топлива в значительной мере определяют эмиссию оксидов азота в топках паровых котлов. Поэтому изменение режима работы горелочного устройства в нужном направлении может привести к снижению выхода NO_X без дополнительных и часто дорого­стоящих мероприятий.

а) Избытки воздуха в горелке и в потоке первичного воздуха

Снижение концентрации окислителя в зоне горения топлива подавляет образование как терми­ческих, так и топливных оксидов азота. Поэтому сжигание топлив с пониженными избытками воздуха в горелке является одним из самых распространенных способов снижения выхода NO_X. Эффективность метода составляет 20-30% в зависимости от особенностей котла и процесса сжигания (рис. 4.10)

Для прямоточных горелок, установленных в тангенциальной топке котла БКЗ-210-140Ф, и подачи угольной пыли сушильным агентом рост количества первичного воздуха сопровождался соответствующим увеличением выхода оксидов азота (рис. 4.10). Обработка экспериментальных данных показала, что в этом случае концентрация оксидов азота может быть описана следующим эмпирическим выражением, г/ м ³:

(4.1)

Однако влияние первичного воздуха на выход NO_X должно быть более глубоко изучено в зави­симости от различных типов горелочных устройств и разных марок углей.

б) Соотношение скоростей потоков вторичного воздуха и аэросмеси

Скоростной режим горелочных устройств (т.е. соотношение W₂/W₁ или разность W₂-W₁ , где W₂, Wr скорость потоков соответственно аэросмеси и вторичного воздуха) заметно

влияет на выход оксидов азота. Однако это влияние не является однозначным и зависит не только от типа горелки, но и способов подачи первичного и вторичного воздуха.

В общем случае увеличение разности скоростей | W₂-W₁| усиливает смесеобразование спутных потоков и, в свою, повышает локальные концентрации кислорода в потоке воспламенившейся аэросме­си. В прямоточных горелках с центральной подачей аэросмеси при неименной величине α_г

это приво­дит к увеличению образования оксидов азота с ростом соотношения W₂-W₁ >1 и с уменьшением соот­ношения W₂-W₁<l (рис.4.11). Путем изменения скоростного режима горелочных устройств можно до­биться снижения выхода NO_X на 10-30 %.

в) Параметры крутки потоков

Известно, что чем меньше степень крутки, тем длиннее факел. Поэтому при малом значении параметра воздуха и аэросмеси успевают, благодаря турбулент­ному обмену, значительно перемещаться. В результате горение топлива

происходит при избытке окис­лителя, что стимулирует образование оксидов азота.

С увеличением параметра крутки, благодаря созданию значительной области разрежение внут­ри конуса факела, зона воспламенения перемещается к кромке горелки. В этом случае горение аэросме­си протекает при существенном разбавлении продуктами сгорания из центральной зоны факела и незавершившимся процессе подмешивания вторичного воздуха, т.е. на начальном участке факела образо­вание оксидов азота происходит при локальном избытке воздуха, меньшим стехиометрического. Эти условия способствуют

подавлению образования термических и топливныхNO_X.

При дальнейшем увеличении параметра крутки n>3 в случае общего избытка воздуха в горелке α_г>1 возможен некоторый рост образования оксидов азота в результате увеличения проник­новения вторичного воздуха в зону горения. При α_г<1 образование оксидов азота происходит в облас­ти, обедненной кислородом. Поэтому изменение параметра крутки в этих условиях практически не влияет на эмиссию NO_X.

г) Температура горячего воздуха

Уменьшение температуры горячего воздуха приводит к снижению температурного уровня в топке, что в свою очередь уменьшает выход оксидов азота в основном благодаря

подавлению образо­вания термических NO_X. Практика показывает, что при снижении

подогрева горячего воздуха происхо­дит уменьшение образования термических оксидов азота в 1,2 раза на каждые 50 °С снижения t_Г.B. (рис. 4.12). Однако для большинства пылеугольных котлов при уменьшении температуры горячего воздуха на 40-50 °С максимальные температуры в топке снижаются на 15-20 °С.

Снижение температуры горячего воздуха для топок с ТШУ весьма нежелателен, так как ухудшает ста­бильность воспламенения и эффективность сгорания угольной пыли.

Для топок с ЖШУ снижение температуры горячего воздуха для уменьшения выбросов NO_X , как пра­вило, также не может быть рекомендовано в связи с необходимостью обеспечения надежного выхода жидкого шлака. Исключение могут составлять только отдельные котлы с полуоткрытыми топками, с вихревыми или циклонными предтопками, в которых температура факела в нижней части топки суще­ственно превышает температуру нормального жидкого шлакоудаления t_HЖ.