2.3.4 Очистка дымовых газов от соединений серы

1. Мокроизвестняковый способ (МИС) очистки дымовых газов от SО₂

Мокроизвестняковый способ основан на интенсивной промывке ды­мовых газов в абсорбере, установленном за высокоэффективным золо­уловителем, известняковой суспензией с получением двухводного гипса. Эта технология является абсолютно безопасной, поскольку и известняк, и гипс — нейтральные малорастворимые вещества.

В основе этого процесса лежит химическая реакция, протекающая при контакте дымовых газов с известняком в объеме распыленной суспензии известняка с образованием твердого сульфита кальция и углекислого газа:

СаСО₃ + SО₂ СаSО₃ + СО₂.

Процесс протекает в абсорбере башенного циркуляционного типа. В нижней части абсорбера накапливается суспензия сульфита кальция. При барботаже воздуха через слой этой суспензии происходит доокисление сульфита кальция в двуводный сульфат кальция (гипс) по реакции СаSО₃ + ¹/2O₂ + 2Н₂О СаSО₄ • 2Н₂О.

Рассмотрим схему включения сероочистки, работающей по МИС, в систему газоходов котельного агрегата (рис. 1).

Дымовые газы после электрофильтра и дымососа 1 направляются че­рез регенеративный газовый подогреватель (РГП) 3 к промывочной' башне 4. Необходимость охлаждения дымовых газов перед промывочной башней вызвана тем, что взаимодействие карбоната кальция СаСО₃ с ди­оксидом серы SО₂ происходит эффективно только при относительно низких температурах (приблизительно 50 °С). В то же время температура уходящих газов перед дымовой трубой должна быть не ниже 70—80 °С. Для регулирования температуры уходящих газов предусмотрена байпасная линия б. Для подачи очищенных газов в дымовую трубу использует­ся вспомогательный дымосос 2.

-

Принципиальная схема установки МИС с абсорбером представлена на рис. 32. Основным элементом МИС является абсорбер. Дымовые газы поступают в нижнюю часть абсорбера и движутся снизу вверх, проходя последовательно две зоны очистки: первую 1, где происходит реакция связывания SО₂ последовательно в слое частично отработанного извест­няка, и вторую 2, где очистка осуществляется в зоне свежей известняко­вой суспензии. Затем газы проходят зону промывки технической водой 3, где удаляются механические включения. Далее очищенный газ подается в каплеуловитель 4, где он практически полностью освобождается от ка­пель воды. Образовавшиеся частицы СаSО₃ поступают в нижнюю часть абсорбера, где в результате барботажа воздуха доокисляются в гипс. Из нижней части абсорбера суспензия гипса подается в гидроциклон 10, в котором происходит отделение суспензии гипса от воды, а более мелкие частицы известняка с водой возвращаются в абсорбер. Для повышения

эффективности связывания SО₂ и снижения расхода известняка в абсор­бере обеспечена многократная циркуляция известняковой суспензии с помощью циркуляционного насоса 6.

На рис. 3.3 показана схема установки для получения товарного про­дукта из суспензии гипса. Суспензия гипса из бака 1 подается на обезво­живание и промывку в_§ вакуумный барабанный или ленточный фильтр 2 (остаточная влажность после фильтра около 10 %). Затем она проходит сушку горячим воздухом в воздушной сушилке 3. После этого в циклоне 4 из порошка гипса удаляется загрязненный воздух, который возвращает­ся в абсорбер на доокисление сульфита кальция в сульфат. Товарный гипс из сушилки и циклона поступает в башню для хранения гипса 5. Сточная вода отводится из вакуумного фильтра в бак сточных вод б. Оттуда она частично возвращается обратно в абсорбер, а небольшое ко­личество стоков (продувка) направляется на обязательную очистку.

К достоинствам рассмотренного способа сероочистки следует отнести его высокую надежность и эффективность (из дымовых газов можно уда­лить до 98 % SО₂), а также получение конечного высококачественного товарного гипса.

Из гипса получают алебастр (СаSО₄ • 1/2Н₂О), применяемый в строи­тельстве как вяжущее средство. Для этого его обжигают в печах при тем­пературе 150—170 °С, где происходит следующая реакция: 2(СаSО₄ • Н₂О) + Q 2(СаSО₄ • 1/2H2O)+ Н₂О.

Обычно башенный абсорбер устанавливают за электрофильтром, что обеспечивает высокую чистоту гипса.

К недостаткам МИС следует отнести большое количество образую­щихся минерализованных сточных вод и большие размеры установки. Однако основным недостатком способа являются большие капитальные затраты, также возрастает расход электроэнергии на собственные нужды ТЭС (на 3—5 %). Еще один недостаток — большой дополнительный расход технической воды.

2.Мокросухой способ (МСС) очистки дымовых газов

Способ основан на эффективном поглощении SО₂ известью Са(ОН)₂ или содой Nа₂СО₃.

Мокросухим называется такой способ, когда в полый абсорбер, проду­ваемый дымовыми газами, впрыскивают суспензию, которая связывает диоксид серы, а жидкость суспензии за счет теплоты дымовых газов полностью испаряется. При этом имеют место реакции с образованием суль­фитов кальция или натрия:

Са(ОН)₂ + SО₂ - СаSО₃ + Н₂О;

На₂СО₃ + SО₂ - Na₂SО₃ + СО₂.

Если абсорбер установлен перед золоулавливающей установкой, то продукты сероочистки сорбируются вместе с летучей золой и складиру­ются на золоотвале.

Структурная схема мокросухого способа очистки дымовых газов представлена на рис. 3.6.

К преимуществам МСС относятся:

1. простота технологической схемы;

2. меньшие, чем при МИС, капитальные затраты;

3. меньший расход тепловой энергии на подогрев дымовых газов по сравнению со схемой МИС;

4) отсутствие сточных вод. Недостатками способа являются:

1. значительное энергопотребление (3—6 % мощности ТЭС);

2. повышенный расход дорогих реагентов (извести или соды);

3. низкое качество сухих отходов (отсутствие гипсовых вяжущих ве­ществ);

4. необходимость установки системы очистки дымовых газов от твер­дых частиц (продуктов реакций) после абсорбера.

Из-за этих недостатков МСС получил ограниченное применение.

-

3. Магнезитовый способ очистки дымовых газов

При очистке по магнезитовому способу дымовые газы поступают в абсорбер типа трубы Вентури, где орошаются суспензией, содержащей оксид магния. При этом происходит химическая реакция МgO + SО₂ МgSО₃.

Полученный твердый сульфит магния обезвоживается и подвергается термическому разложению при температуре 900 °С с образованием кон­центрированного сернистого ангидрида SО₂ и оксида магния:

МgSO₃ + Q МgO + SО₂.

Концентрированный SО₂ используется для приготовления серной ки­слоты или элементарной серы, МgО используется повторно.

Достоинствами способа являются незначительный расход химических реагентов (только на восполнение потерь в технологическом цикле), по­лучение высококачественных побочных продуктов: серной кислоты или элементарной серы. Недостатки способа — невысокая степень улавлива­ния серы (до 90 %), и большой расход тепловой энергии на разложение сульфита магния. Способ не нашел широкого применения.

4. Аммиачно-сульфатный (АСС) и аммиачно-цнклический (АЦС) способы очистки дымовых газов от SО₂

Аммиачно-сульфатный способ АСС основан на связывании диоксида и триоксида серы водным раствором аммиака с последующим окислением образовавшихся продуктов взаимодействия веществ до стабильного суль­фата аммония. Основными химическими реакциями в АСС являются:

а) при абсорбции SО₂:

SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃;HN₃ + Н₂О = HN₄OН

(при использовании водного раствора аммиака последняя реакция от­падает);

2NH₄ОН + Н₂SО₃ = (NН₄)₂ SО₃ + 2Н₂О;

(NН₄)₂ SО₃ + Н₂SО₃ = 2NH₄НSО₃;

б) при абсорбции SО₃:

2NН₄ОН + SО₃ = (NН₄)₂ SО₄ + Н₂О;

в) при окислении продуктов абсорбции:

(NН₄)₂ SО₃ + 1/2O₂ = (NН₄)₂SО₄;

NН₄НSО₃ + 1/2O₂ = NН₄НSО₄;

NH₄НSО₄ + NН₄ОН = (NH₄)₂SО₄ + Н₂О.

К числу основных преимуществ АСС следует отнести получение сульфата аммония, который служит удобрением в сельском хозяйстве.

Аммиачно-цикличный способ очистки дымовых газов от SО₂ осно­ван на поглощении SО₂ из дымовых газов распыленным раствором сульфита аммония (NН₄)₂SО₃ с образованием бисульфита аммония по ре­акции

(NH₄)₂SО₃ + Н₂О + SО₂ - 2NH₄НSО₃.

После промывки газов раствор бисульфита аммония подвергают на­греву с образованием концентрированного сернистого ангидрида и суль­фита аммония:

2NH₄НSО₃ (NH₄)₂SО₃ + Н₂О + SО₂.

Сернистый ангидрид используется для получения кислоты или эле­ментарной серы, а сульфит аммония (NН₄)₂SО₃ используется повторно.

Достоинством способа является практическое отсутствие затрат реа­гентов и небольшой расход тепловой энергии на восстановление (NН₄)₂SО₃.

К недостаткам следует отнести то, что все оборудование должно иметь кислостойкое исполнение, кроме того, достаточно сложна эксплуа­тация установки. Данный способ находится в стадии освоения.

5. Удаление серы с помощью катализатора

Технология разработана в середине 80-х годов и получила название WSА (Wеt Sи1рhипs Асid), ее можно применять для обработки газов, содержащих SО₂.

Технология включает в себя следующие процессы: охлаждение газа. До заданной температуры в реакторе, конверсию SО₂ в SО₃ на поверхности катализатора, гидратацию SО₃ в Н₂SО₄ и конденсацию паров Н₂SО₄ в конденсаторе .

Газ входит в реактор, который имеет один, два или более каталитических слоев в зависимости от содержания SО₂ и необходимой степени конверсии. Так как реакция в реакторе экзометрическая, газ охлаждается между слоями для того, чтобы оптимизировать процесс конверсии SО₂ в SО₃. После по­следней стадии конверсии газ охлаждается, что обеспечивает эффективное протекание реакции SО₃ с парами воды с образованием газообразной сер­ной кислоты. Затем технологический газ поступает в конденсатор..Конденсатор представляет собой вертикально расположенный корпус с трубами, изготовленными из боросиликатного кислотоупорного термостойкого стекла. Технологический газ проходит по трубам, которые охлаждаются атмосферным воздухом. Серная кислота конденсируется в трубах и стекает вниз, ее концентрация увеличивается при смешивании с восходящим потоком горячего технологического газа. Серная кислота со­бирается в нижней части конденсатора, выложенной кирпичом, охлажда­ется приблизительно до 35 °С в пластинчатом теплообменнике, а затем перекачивается в хранилище Технологический газ выходит из конденсатора при температуре при­мерно 100 °С. Его можно направлять непосредственно в дымовую трубу. Отличительной чертой конденсатора является то, что газ, выходя­щий в трубу, содержит лишь незначительное количество паров серной кислоты.

Подогретый воздух выходит из конденсатора при температуре около 200 °С. Часть этого воздуха используется для горения, а оставшая­ся часть может быть выведена в дымовую трубу для увеличения подъем­ной силы газа или же использована для подогрева воды в котле.

Технология WSА обеспечивает удаление от 95 до 99 % SО₂, который рекуперируется в концентрированную серную кислоту.

Отличительные особенности технологии:

не используются химические реагенты;

отсутствуют сточные воды;

эффективная рекуперация технологической теплоты;

низкий расход воды для охлаждения.

Для очистки дымовых газов котлов ТЭС технология WSА может быть дополнена технологией селективного каталитического восстановления для очистки от оксидов азота

.

6. Упрощенные малозатратные технологии сероочистки

Если содержание диоксида серы SО₂ в продуктах сгорания малосерни­стых углей близко к нормируемым значениям или если необходимо снизить выбросы оксидов серы только на 30—70 %, тогда для этой цели можно ре­комендовать использование малозатратных технологий сероочистки.

К ним, во-первых, относится связывание серы путем ввода известняка в верхнюю часть топки. Этот способ именуется сухой известняковой тех­нологией (СИТ). Она основана на обжиге тонко размолотого известняка в топочной камере при температуре 1000—1100 °С до образования извести с последующим ее взаимодействием с диоксидом серы. Основные хими­ческие реакции этой технологии:

СаСО₃ + Q СаО + СО₂;

СаО + SО₂ + 1/2O₂ СаSО₄.

Схема установки сероочистки по СИТ на рис. 3.7. Установка работает следующим образом. Размолотый известняк из стационарной силосной башни подают в рас­ходный бункер, а из него — в верхнюю часть топочной камеры, где име­ется зона с температурой дымовых газов 1000—1100 °С. Частицы извест­няка при этой температуре разлагаются с образованием активной извес­ти, которая взаимодействует с SО₂ при температуре газов около 850 °С. При температуре газов приблизительно 500 °С связывание диоксида серы прекращается, и летучая смесь золы с отходами сероочистки уходит с дымовыми газами в золоуловитель. В результате реакции образуется без­водный гипс (ангидрид).

СИТ имеет ряд осо­бенностей:

а) в ней можно использовать известняк любой степени кристалли­зации;

б)ввод в дымовые газы известняка изменяет химический состав золы и снижает в результате этого температуру начала деформации золы, что можно привести к увели­чению шлакования поверхностей нагрева; в) известь реагирует в первую очередь с триоксидом серы ,так что температура насыщения (сер­нокислотная точка росы} снижает­ся; при больших количествах вво­димого известняка точку росы можно снизить почти до точки ро­сы водяного пара.

Уменьшение температуры точ­ки росы сказывается на работе ко­тельной установки двояко. Во-первых, это позволяет снизить температу­ру уходящих газов и тем самым частично компенсировать затраты на се­роочистку. Во-вторых, электрофизические свойства дымовых газов ухуд­шаются, что особенно важно при использовании на котле электрофильт­ра, поскольку в этом аппарате появляется обратное коронирование раз­личной степени интенсивности, во избежание чего необходимо прини­мать соответствующие меры. Наличие в продуктах сгорания безводного гипса может привести к образованию в скрубберах трудно удаляемых отложений, поэтому необходимо обеспечивать точный химический баланс в золоуловителях.

Известны малозатратные сухие технологии сероочистки с ис­пользованием извести соды или поташа (КОН).

Технология Е-SQ_t основана на связывании оксидов серы тонко дис­пергированной водно-известковой суспензией с последующим высуши­ванием этой суспензии с использованием теплоты очищенных дымовых газов. Основные химические реакции технологии E-SO_t;

SO₂ + Са(ОН)₂ CaSO₃ Н₂О;

SO₂+ Ca(OH)₂ + W₂ + H₂O CaSO₂ 2Н_гО;

CO₂ + Са(ОН)₂= CaCO₃ + H₂O

Установка сероочистки по технологии Е-SО_x (рис. 3.8) работает сле­дующим образом. В уходящие из котла дымовые газы вводят дисперги­рованную известковую суспензию, имеющую большую поверхность кон­такта с дымовыми газами, что обеспечивает быстрое поглощение оксидов серы из газов и быстрое высушивание капель до поступления газов в пер­вое поле электрофильтра.

Технология Е-SО_Х позволяет наряду с улавливанием оксидов серы улучшить работу электрофильтра. Это достигается охлаждением дымо­вых газов при высушивании капель суспензии и увеличением их влагосодержания.

Тонкодисперсное разбрызгивание создают путем использования пнев­момеханических форсунок, рабочей средой в которых служит сжатый воздух или перегретый пар. Для приготовления известковой суспензии применяют негашеную СаО или гашеную Са(ОН)₂ известь. Гашеная из­весть всегда размолота, так что при ее наличии реагент из силоса дозиру­ют в бак-мешалку, и по достижении требуемой концентрации суспензию подают в форкамеру электрофильтра. Негашеную комовую или размоло­тую известь подают в аппарат гашения, откуда концентрированную сус­пензию сливают в бак для приготовления реагента, где ее смешивают с водой и доводят до нужных параметров.

Можно сделать следующие выводы:

1) существующие технологии очистки дымовых газов от соединений серы позволяют осуществлять их очистку с высокой эффективностью;

2) наибольшую эффективность дает мокроизвестковый способ, при

котором степень сероочистки достигает 98 %;

3) наибольших капитальных затрат требует МИС сероочистки.

Аммиачно-сульфатный способ имеет наиболее благоприятные харак­теристики среди рассмотренных высокоэффективных технологий. Незначительное потребление (не более 1,5 %) производимой ТЭС элек­троэнергии в сочетании с пониженными (по сравнению с МИС) на 35 % капитальными вложениями позволяет при самых неблагоприятных соот­ношениях между стоимостью реагента и продаваемым отходом сероочи­стки затрачивать на улавливание 1 т диоксида меньше средств, чем при МИС сероочистки. Это дает возможность использовать ее и на установ­ках меньшей мощности.

Упрощенная мокросухая сероочистка (Е-SO₂) наиболее эффективна при приведенной сернистости сжигаемых углей около 0,1%*кг/МДж. Она обеспечивает необходимую степень сероочистки в соответствии с международными требованиями и стоимость улавливания 1 т диоксида серы соизмеримо с показателями МИС.

Сухая известняковая технология применима при приведенной серни­стости топлива не более 0,07 % • кг/МДж, при этом улавливается не более

35%

2.4 ОКСИДЫ АЗОТА

Проведенные исследования процесса образова­ния топливных N0_х показали, что решающее влия­ние на количество оксидов азота оказывает конст­рукция пылеугольной горелки, которая формирует факел и определяет параметры процесса горения в факеле. Именно эти параметры влияют на интен­сивность образования N0х.

Горелка с низкой эмиссией оксидов азота должна удовлетворять следующим требованиям:

• обеспечивать максимальную скорость выделе­ния летучих и, по возможности, полный выход лету­ чих топлива;

• образовывать начальную зону с недостатком кислорода, но при этом количество кислорода долж­но быть достаточным, чтобы обеспечить стабиль­ность пламени;

• оптимизировать время пребывания и уровень температуры в зоне богатой топливной смеси таким образом, чтобы промежуточные азотистые вещества в максимальной степени переходили в молекуляр­ный азот;

• обеспечивать максимальное время пребывания коксовых частиц в условиях богатой топливной смеси для уменьшения образования N0 из азота кокса;

• обеспечивать подвод вторичного' воздуха в достаточном количестве в нужном месте, чтобы происходило полное сгорание топлива.

Кроме этих требований должен быть учтен ряд практических соображений:

• горелка должна работать так, чтобы не было существенного увеличения потерь тепла от неполно­ты сгорания;

• пределы стабильности пламени не должен быть ухудшены;

• желательно, чтобы само пламя имело общую окислительную оболочку для предупреждения коррозии труб топочных экранов.

В настоящее время в эксплуатации находятся горелки различных конструкций с низким выходом N0х разработанные разными котлостроительным фирмами. В большинстве из них для выполнена указанных требований используется принцип двухступенчатого сгорания в пределах факела горела. Это достигается путем создания первичной зоны горения с количеством воздуха ниже стехиометрического. Для ее образования используется первичный воздух и часть вторичного. Остальной воздух, необходимый для завершения процесса горения, вводите таким образом, чтобы не ухудшить первичный процесс снижения выхода NO_X, но обеспечить эффективное дожигание топлива.

Рис. 1. Схема процесса горения в горелке ' '

А — зона выхода летучих; В — выделение промежуточных радикалов; С — зона восстановления NO; D — окислительная зона1 — мазутная форсунка; 2 — аэросмесь; 3 — внутренний воздушный канал; 4 — внешний воздушный канал; 5 — аксиальный лопаточный аппарат; 6 — стабилизатор

Пылесмесь подается через центральную трубу, а вторичный воздух делится на два кольцевых потока: внутренний и периферийный. Аэродинамика горелки обеспечивает развитую внутреннюю зону рециркуля­ции. Другой важной конструктивной особенностью горелки является наличие стабилизатора, благодаря которому обеспечивается интенсивное воспламене­ние в непосредственной близости от сопла аэросме­си. Высокая температура в этой зоне способствует быстрому выделению летучих и раннему воспламенению. Это наряду с развитой внутренней зоной рециркуляци,обеспечивает благоприятные условия и достаточное время пребывания в восстановительной зоне факела.

Благодаря высокотемпературной внутренней рециркуляционной зоне непосредственно на выходе из вала первичного воздуха, в которой происходит отгонка летучих из угольной пыли, увеличивается летучих. Они сразу попадают в зону с глубоким недостатком кислорода, что способствует интенсивному переходу азотсодержащих компонентов в молекулярный азот, а не в N0. Высокотемпературная отгонка летучих приводит, кроме того, к повышению стабильности пламени. По способности работы при пониженной нагрузке горелки с низкой эмиссией превосходят базовые конструкции.

Дальнейшее усовершенствование горелки привело к созданию горелки, в которой за счет некоторых изменений в конструкции обеспечи­вается оптимизация процесса сжигания. Разделитель внутреннего и периферийного по­токов вторичного воздуха, позволил развить внутреннюю зону рециркуляции. Пылеконцентратор, установленный по оси горелки и регулирует процессы воспламенения и выделения летучих.

Максимальная эффективность снижения выбросов оксидов азота достигается при сочетании новых горе­лок с двух- или трехступенчатым сжиганием.

Модификация малотоксичной горелки рассчитана на сжигание уг­ля и мазута.

Горелка имеет четыре независимых потока воздуха: центральный, первичный и два вторичных — внутренний и периферийный. На выходе из канала аэросмеси установили стабилизатор горения (мест­ное сопротивление, создающее локальные микрозо­ны рециркуляции). Внутренний вторичный воздух закручивается в лопаточном аппарате для обеспече­ния условий устойчивого воспламенения угольной пыли. Периферийный воздух составляет основную часть воздуха для горения. Он также закручивается в лопаточном регистре, но его крутка может регули­роваться путем изменения положения лопаток в ко­нической части канала. Благодаря перемещению ло­паток меняется доля воздуха байпасирующей лопат­ки. Автоматический контроль за положением лопа­точного регистра в периферийном канале позволяет менять форму факела и избавиться от опасности наброса факела на экраны.

В начале канала аэросмеси установлен конический диффузор для более эффективного распределения угольной пыли, а на выходе из канала — стабилизирующее кольцо, чтобы удержать факел и увеличить скорость горения в его ядре.. Вторичный воздух вступает в горелку, проходя регулируемый скользящий шибер, перемещаемый электродвигателем вдоль оси горелки. Его общий расход измеряется помощью решетки из трубок Пито, расположеныix внутри корпуса горелки. Далее воздух поступает в аксиальные внутренний и наружный каналы вторичного воздуха.

Поворотные лопатки в каждом канале служат для крутки и регулирования смешения воздуха с факелом. Воздух из внутреннего канала имеет относительно большую крутку, чтобы обеспечить рециркуляцию горючих газов из факела к выходящей струе аэросмеси. Это обеспечивает воспламенение и стабилизацию пламени, так как во внутреннюю зону факе­ла поступает только часть вторичного воздуха, ядро факела обогащено топливом для подавления NO_X. Периферийный воздух закручивается меньше и попадает в наружную зону факела, постепенно проникая в факел уже после выхода летучих обеспечивает сжигание коксового остатка.

Рис.2.Малотоксичная вихревая горелка

На рис. 3. показана конструкция горелки с пони­женной эмиссией N0_х. Ступенча­тость подвода вторичного воздуха также обеспечива­ется его разделением на два потока: внутренний и наружный. Соотношение между ними регулируется скользящим цилиндрическим шибером, размещен­ным вокруг трубы внутреннего вторичного воздуха, имеющей отверстия, конфигурация которых обеспе­чивает линейное изменение скорости внутреннего воздуха при перемещении шибера. Положение шибе­ра фиксируется при наладке горелок. Оба канала вто­ричного воздуха имеют коническую часть и аксиаль­ный лопаточный завихритель. Изменением положе­ния этого аппарата на коническом участке регулиру­ется степень крутки потока на входе в топку.

Центральная труба во входном патрубке аэросме­си защищена кожухом со спиралью. На трубе пер­вичного воздуха со стороны топки размещены стаби­лизатор пламени и четыре концентратора, которые в сочетании со спиралью обеспечивают контролируемое распределение угольной пыли на выходе из канала

Рис. 3. Осевая вихревая горелка

1— лопаточный аппарат вторичного воздуха; 2 — скользящий шибер; 3 — центральный воздух; 4 —мазутная форсунка; 5 — подача аэросмеси; 6 — гляделка; 7 — лопаточный аппарат третичного воздуха :

аэросмеси, чтобы создать такую аэродинамическую структуру факела на выходе из горелки, которая не­обходима для его устойчивости и эффективного по­давления образования N0. За счет разделения пото­ка аэросмеси на несколько дискретных потоков дос­тигаются ступенчатость по топливу и интенсивность воспламенения угольной пыли. Потоки с повышенной концентрацией топлива требуют меньше энергии для воспламенения, и это в сочетании с надлежащей аэро­динамикой обеспечивает выход летучих при высокой температуре и в восстановительной атмосфере.

Довольно широкое распространение на пыле угольных котлах получила вихревая горелка(рис.4)..

Вторичный воздух, общий расход которого perулируется подвижным цилиндрическим шибере ом распределяется между внутренним и внешним кана­лами и закручивается наружным регистром. Внутренний регистр также распределяет воздух между ка­налами, но изменяет крутку внутреннего потока, регулируя закрутку пылевоздушной смеси в зоне, близкой к устью горелки.

Наконечник, перемещающийся вдоль оси горел­ки, обеспечивает изменение скорости воздуха на вы­ходе из внутреннего канала, поддерживая в то же время постоянным общий расход.

Рис. 4. Горелка с расщепленным соплом аэросмеси

1 — узел тангенциального ввода аэросмеси; 2 — фотодатчик. 3 — запальник; 4 — внутренний регистр; 5 — наружный ре­гистр; 6 — перфорированный распределитель воздуха; 7 — рассекатели; 5 — подвижный цилиндрический шибер

Сопло с рассекате­лем делит аэросмесь на четыре потока, каждый из которых образует отдельное пламя при поступлении з топку. Это задерживает смешивание аэросмеси с воздухом внутреннего канала. Таким образом, осуще­ствляется стадийность процесса горения, что умень­шает образование оксидов азота.

Горелка ступенчатого смешения имеет кольцевой канал аэросмеси, а воздух горения делится на вторичный, подаваемый через :наружный кольцевой канал горелки, и третичный, который подводится из общего короба через трубопроводы с шиберами к четырем соплам, размещенным на периферии горелки. Сопла могут быть круглыми или в виде прямоугольных шлиц. В канале вторичного воздуха установлен аксиальный лопаточный завихритель регулируемой круткой. Через центральный канал подается лишь при работе на мазуте.

Конструкции прямоточных пылеугольных горе­лок, которые используются, как правило, для сжига­ния высокореакционных каменных углей в тангенци­альных топках, также пришлось значительно изме­нить, чтобы снизить образование оксидов азота.

Еще в 70-х годах XX в была разработана горелка, в ко­торой помимо сопла аэросмеси двух расположен­ных над ним и под ним сопл вторичного воздуха, как у обычных горелок, между соплами аэросмеси и вторичного воздуха были установлены сопла для по­дачи рециркуляции дымовых газов, чтобы тор­мозить диффундирование вторичного воздуха в пер­вичную зону горения и тем самым уменьшить обра­зование оксидов азота .

Рис5. Схема пылеугольной горелки

1— мазутная форсунка; 2 — вторичный воздух; 3 — рециркулирующие газы; 4 — концентрированный поток аэросмеси; 5 — обедненный пылью поток аэросмеси; 6 — инерционный пылеконцентратор

На рис. 5. приведена схема такой горелки для тангенциальной пылеуголь­ной топки. Путем установки простейшего пылеконцентратора инерционного типа на пылепроводе пе­ред горелкой поток аэросмеси делился на два: обога­щенный и обедненный. В результате выход и сгора­ние летучих у большей части топлива происходят при значительном недостатке воздуха, что приводит к снижению образования топливных оксидов азота. Летучие обедненного потока сгорают с повышенным избытком воздуха, что также снижает образование N0.

Различные схемы ступенчатого сжигания

Эффективным средством снижения эмиссии NO являются ступенчатый ввод воздуха (OFA, или двух­ступенчатое сжигание) и ступенчатый ввод топлива с частичным восстановлением N0^ в топке (reburning process, или трехступенчатое сжигание). При сжигании высокореакционных каменных и бурых углей значительное снижение выбросов NO_X может быть достигнуто за счет сочетания ступенчатого сжигания по вертикали и горизонтали. Этот метод, получив­ший название «концентрическое сжигание», одно­временно с уменьшением выбросов оксидов азота позволяет сократить опасность шлакования топоч­ных экранов и высокотемпературной коррозии труб в нижней части топочной камеры.

Правильное применение метода трехступенчатого сжигания позволяет на 50—60 % снизить эмиссию NO_X при сжигании каменных углей даже в топках с жидким шлакоудалением.

Особенностью образования топливных NO_X, как известно, является наличие «конкурирующих» реак­ций: образующиеся при выходе летучих промежу­точные радикалы (амины NH₍ и цианиды CN_;) при избытке окислителей (О, ОН) переходят в NO, а при их недостатке, т.е. в среде, обогащенной топливом, образуют прочную молекулу N₂. По существу, все методы подавления топливных оксидов азота в топках котельных установок сводятся к интенсификации реакций восстановления N0 до N₂ и к ослаблению реакций окисления цианидов и аминов до N0

Все известные технологические методы подавления оксидов азота на пылеугольных котлах, включая малотоксичные горелки, или различные схемы ступенчатого сжигания фактически являются способами создания восстановительных зон, которые необходимы для деструкции NO.

Возможные варианты ступенчатого сжигания применительно к котельным установкам можно условно разделить на три группы, схемы которых представлены на рис. 6.

Первая группа двухступенчатое сжигание, когда через горелки по­ется топливо с недостатком окислителя (а < 1,0), недостающий воздух поступает через сопла третичного воздуха в промежуточную зону факела. Эта схема1 называется двухступенчатой даже при подаче третичного воздуха на двух или на трех уровнях. В любом случае восстановительная зона образуется после сгорания кислорода, поданного вместе с топливом через горелки.