К числу факторов, интенсифицирующих процесс горения, относятся:
1) повышение концентрации реагирующего газа путем обогащения воздуха кислородом;
2) увеличение реакционной поверхности топлива (путем его измельчения или использования внутренней поверхности);
3) применение повышенного давления;
4) увеличение скорости потока реагирующего газа;
5) организация непрерывного процесса горения.
С увеличением концентрации кислорода в реагирующем газе уменьшается содержание азота, увеличивается температура и растет скорость реакции. Исходя из этого, необходимо подбирать сочетание вышеуказанных параметров для того, чтобы уменьшать концентрацию NOx в газе. Кроме того, в этом случае можно уменьшить степень подогрева воздуха, что также будет способствовать уменьшению содержания окислов азота в дымовых газах.
Увлажнение воздуха в слоевых процессах способствует более интенсивному горению, особенно углей с легкоплавкой золой. При «подпаривании» воздуха, обогащенного кислородом, колосники не заливаются шлаком, доступ кислорода не тормозится, чем и обеспечивается хорошая работа топки.
Большое влияние на характер протекания процесса горения оказывает размер и количество пылевидных частиц, их однородность в смеси. Количество и размер частиц определяют долю радиационной составляющей в общем тепловом потоке горючей смеси, а однородность частиц способствует увеличению скорости их выгорания в топочном объеме. От степени измельчения топлива зависит не только скорость его горения, но и газопроницаемость слоя. Уменьшение размеров кусков в слое топлива приводит к увеличению реакционной поверхности в единице объема, которая, как известно, находится в обратной зависимости от их размера. Уменьшение размера частиц пылевидного топлива сказывается непосредственно на уменьшении времени их сгорания. C другой стороны с увеличением содержания мелочи резко возрастает сопротивление движению газов, возникают застойные зоны горения, ухудшается скорость выгорания топлива. При использовании топлива, содержащего большое количество мелочи, резко возрастает унос, снижающий к.п.д. процесса.
Немаловажным средством для интенсификации топочных процессов служит повышение давления в реакционной зоне. Оно позволяет увеличить плотность реагирующего газа в единице объема (и количество топлива при сжигании), снизить скорость движения газового потока и тем самым увеличить время контакта между реагирующим топливом и воздухом. Кроме того, появляется возможность уменьшить подсосы воздуха в топочный объем, избежать неравномерности нагрева металла и охлаждения факела. Давление оказывает влияние на скорость протекания химических реакций, но регулировать эту величину следует в пределах, которые обеспечат оптимальное время пребывания газов в реакционной зоне, допустимо высокую температуру факела для получения высокого к.п.д. агрегата и минимальное образование окислов азота.
При температурах ниже 650С начинается переход окиси азота в двуокись. Согласно нормам ПДК, двуокись азота относится ко второй группе опасности. Поэтому искусственное понижение температуры дымовых газов в результате подсоса воздуха при отрицательном давлении в печи может создать благоприятные условия для образования двуокиси азота.
Скорость и направление движения газа и воздуха влияет на интенсивность процесса сгорания топлива в потоке. При увеличении скорости потока возрастает количество сжигаемого топлива в единице объема за счет интенсификации процессов массообмена, ликвидируются застойные зоны при слоевом горении топлива, увеличивается скорость отвода дымовых газов, интенсифицируются процессы горения. Возрастание скоростей дымовых газов благоприятно сказывается на теплообмене за счет увеличения конвективной составляющей теплового потока.
Компоновка горелок в топочном объеме определяет общий размер факела, зону горения и степень заполнения дымовыми газами топочного пространства. Встречное, или параллельное движение газов в зависимости от расположения горелок повышает или понижает среднюю температуру газов в факеле и создает определенные условия теплообмена в агрегате. Однако, следует учитывать, что увеличение скорости истечения воздушного потока из горелок интенсифицирует смешение топлива с воздухом, особенно на начальном участке факела, что способствует образованию окислов азота. Поэтому необходимо подбирать такие скорости, которые определяют температуру и длину факела, способствующие равномерному теплообмену и минимальному образованию окислов азота в тепловом агрегате.
Промышленно-экономическое развитие сопровождается, как правило, ростом загрязнения окружающей среды. Большинство крупных городов характеризуются значительной концентрацией промышленных объектов на относительно незначительных территориях, что представляет опасность для здоровья людей.
Одним из экологических факторов, оказывающих наиболее выраженное влияние на здоровье человека, является качество воздуха. Особую опасность в настоящее время представляют выбросы в атмосферу загрязняющих веществ. Это обусловлено тем, что токсиканты поступают в человеческий организм в основном через дыхательные пути.
Выбросы в атмосферу: источники
Различают природные и антропогенные источники поступления загрязнителей в воздух. Основными примесями, которые содержат выбросы в атмосферу от естественных источников, являются пыль космического, вулканического и растительного происхождения, газы и дым, образующиеся в результате лесных и степных пожаров, продукты разрушения и выветривания горных пород и почв и пр.
Уровни загрязнения воздушной среды природными источниками носят фоновый характер. Они достаточно мало изменяются со временем. Основными источниками поступления в воздушный бассейн загрязняющих веществ на современном этапе являются антропогенные, а именно − промышленность (различные отрасли), сельское хозяйство и автотранспорт.
Выбросы предприятий в атмосферу
Самыми крупными «поставщиками» различных загрязнителей в воздушный бассейн являются металлургические и энергетические предприятия, химическое производство, стройиндустрия, машиностроение.
В процессе сжигания топлива различных видов энергетическими комплексами в атмосферу выделяются большие количества сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота, сажи. Также в выбросах (в меньших количествах) присутствует ряд других веществ, в частности углеводороды.
Основные источники пылегазовых выбросов в металлургическом производстве - плавильные печи, разливочные установки, травильные отделения, агломерационные машины, дробильноразмольное оборудование, разгрузка-погрузка материалов и пр. Наибольшую долю среди общего количества веществ, поступающих в атмосферу, занимают окись углерода, пыль, ангидрид сернистый, оксид азота. В несколько меньших количествах выбрасываются марганец, мышьяк, свинец, фосфор, пары ртути и пр. Также в процессе сталеплавильного производства выбросы в атмосферу содержат парогазовые смеси. В их состав входит фенол, бензол, формальдегид, аммиак и ряд других опасных веществ.
Вредные выбросы в атмосферу от предприятий химической отрасли, несмотря на небольшие объемы, представляют особую опасность для природной среды и человека, поскольку характеризуются высокой токсичностью, концентрированностью и значительным разнообразием. Поступающие в воздух смеси в зависимости от вида выпускаемой продукции могут иметь в своем составе летучие органические соединения, соединения фтора, нитрозные газы, твердые вещества, хлористые соединения, сероводород и пр.
При производстве стройматериалов и цемента выбросы в атмосферу содержат значительные количества различной пыли. Основными технологическими процессами, приводящими к их образованию, являются измельчение, обрабатывание шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов и пр. Вокруг заводов, производящих различные стройматериалы, могут образовываться зоны загрязнения радиусом до 2000 м. Они характеризуются высокой концентрацией в воздухе пыли, содержащей частицы гипса, цемента, кварца, а также ряда других загрязняющих веществ.
Выбросы автотранспорта
В крупных городах огромное количество загрязнителей в атмосферу поступает от автотранспортных средств. По разным оценкам, на их долю приходится от 80 до 95%. состоят из большого количества токсичных соединений, в частности оксидов азота и углерода, альдегидов, углеводородов и пр. (всего около 200 соединений).
Наибольшие объемы выбросов отмечаются в зонах расположения светофоров и перекрестков, где автомобили передвигаются на малой скорости и в режиме холостого хода. Расчет выбросов в атмосферу показывает, что основными составляющими выхлопов в этом случае являются и углеводороды.
При этом следует отметить, что, в отличие от стационарных источников выбросов, работа автотранспорта приводит к загрязнению воздуха на городских улицах на высоте человеческого роста. В результате вредному воздействию загрязнителей подвергаются пешеходы, жители расположенных у дорог домов, а также произрастающая на прилегающих территориях растительность.
Сельское хозяйство
Влияние на человека
Согласно различным источникам, имеется прямая связь между загрязнением воздуха и рядом заболеваний. Так, например, длительность течения респираторных заболеваний у детей, которые живут в относительно загрязненных районах, в 2-2,5 раза больше, нежели у тех, что проживают в других районах.
Кроме того, в городах, характеризующихся неблагоприятной экологической обстановкой, у детей отмечены функциональные отклонения в системе иммунитета и кровообразования, нарушения компенсаторно-адаптационных механизмов к условиям внешней среды. Многими исследованиями выявлена также связь между загрязнением воздуха и смертностью людей.
Основными составляющими выбросов, поступающих в воздух от различных источников, являются взвешенные вещества, оксиды азота, углерода и серы. Выявлено, что зоны с превышением ПДК по NO 2 и CO охватывают до 90% городской территории. Приведенные макрокомпоненты выбросов способны вызвать серьезные заболевания. Накопление этих загрязнений приводит к повреждению слизистых оболочек верхних дыхательных путей, развитию легочных заболеваний. Кроме того, повышенные концентрации SO 2 могут вызвать дистрофические изменения в почках, печени и сердце, а NO 2 - токсикозы, врожденные аномалии, сердечную недостаточность, нервные расстройства и др. Некоторыми исследованиями выявлена взаимосвязь между заболеваемостью раком легких и концентрациями SO 2 и NO 2 в воздухе.
Выводы
Загрязнение окружающей природной среды и, в частности, атмосферы, имеет неблагоприятные последствия для здоровья не только настоящего, но и последующих поколений. Поэтому можно смело утверждать, что разработка мероприятий, направленных на то, чтобы уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу, − одна из самых актуальных на сегодняшний день проблем человечества.
Может быть использовано при сжигании угля, нефти и других видов топлива. Готовят топливную дисперсную систему, состоящую из топлива, жидких и твердых присадок путем диспергирования и перемешивания компонентов, подают приготовленную систему в камеру сгорания, причем приготовление топливной дисперсной системы проводят в две стадии, сначала готовят суспензию твердой присадки в жидкой присадке или в топливе, а затем в суспензию присадок или в суспензию топлива и присадки вводят оставшиеся компоненты топливной дисперсной системы, диспергируют, диаметр частиц суспензии не превышает 25 мкм, а диаметр частиц твердой присадки в суспензии не превышает 20 мкм. Позволяет повысить эффективность использования присадок.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к сжиганию угля, нефти, и других видов топлива в топках котлов ТЭС, в отопительных котельных и т.д. Известны способы сжигания топлив, предусматривающие снижение загрязнения отходящих газов на выходе из установки сжигания путем обработки отходящих газов химическими и физико-химическими методами, которые требуют больших капитальных затрат на сооружение очистных установок и расходов на их эксплуатацию . Известны способы снижения концентрации вредных веществ при сжигании топлива непосредственно в камере сгорания путем использования дополнительных веществ, добавляемых к топливам или в топки . В способе для удаления окислов серы и азота из дымовых газов, получаемых при сжигании угля, нефти и других видов топлива, в топочные газы вдувают тонко измельченные частицы оксида магния в избыточном количестве по отношению к количеству, необходимому для полного связывания вредных веществ, в присутствии воды. Известный способ уменьшения выбросов вредных веществ при сжигании основан на впрыскивании присадки в виде водной суспензии непосредственно в камеру сгорания. Эти способы позволяют снизить концентрацию окислов азота и серы в отходящих дымовых газах в 2-2,5 раза. Однако в этих способах присадки вносят непосредственно в камеру сгорания, при этом присадки распределяются в камере относительно топлива и окислителя неравномерно, т.е. относительные концентрации воды и присадки к концентрации топлива и окислителя неоднородны и зависят от координаты пространства в камере сгорания. Поэтому подавление образования вредных компонентов отходящих газов и их поглощение происходят неэффективно. Известны способы снижения выбросов вредных веществ, предусматривающие предварительную обработку топлива и всех добавляемых компонентов перед подачей в камеру сгорания . В этих способах достигается равномерное распределение в пространстве топки всех компонентов и более полное связывание, подавление и удаление вредных выбросов, содержащихся в дымовых газах, являющихся продуктом горения. Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ повышения эффективности сжигания топлива с уменьшенным образованием оксидов азота и серы в отходящих газах путем подготовки топливной дисперсной системы, состоящей из топлива, присадок в виде поглотителя серы и ингибитора и подачи подготовленной топливной дисперсной системы в камеру сгорания . В известном способе также достигается однородность распределения компонентов топлива в камере сгорания, однако в известном способе не предусмотрены условия, обеспечивающие однородность компонентов в топливной дисперсной системе при ее приготовлении, что снижает эффективность использования добавляемых к топливу веществ. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в более полном связывании вредных веществ, образующихся в процессе сжигания топлива. Указанная задача решается за счет приготовления топливной дисперсной системы с улучшенным распределением в ней присадок, что приводит к более эффективному использованию последних. Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе снижения выбросов вредных веществ в установках сжигания топлива, включающем приготовление топливной дисперсной системы, состоящей из топлива, жидких и твердых присадок путем диспергирования и перемешивания компонентов и подачу приготовленной топливной дисперсной системы в камеру сгорания, приготовление топливной дисперсной системы проводят в две стадии, сначала приготавливают суспензию твердой присадки в жидкой присадке или в топливе, а затем в суспензию присадок или в суспензию топлива и присадки вводят оставшиеся компоненты топливной дисперсной системы и диспергируют, при этом диаметр частиц суспензии присадок в топливе не превышает 25 мкм, а диаметр частиц твердой присадки в суспензии не превышает 20 мкм. Получают сложную топливную дисперсную систему, которая состоит из топлива, внутри которого равномерно распределены капли суспензии твердой присадки в жидкой присадке или капли суспензии топлива с твердой присадкой, в которой равномерно распределены капли жидкой присадки. Топливная дисперсная система в виде капель, включающих капли суспензии, попадая в зону высоких температур камеры сгорания, взрывообразно распадается на еще меньшие капли под действием давления паров жидкой присадки (вскипающей воды) с суспензией, которые находятся в капле топливной дисперсной системы, полученной при ее распылении в камере сгорания топлива. При приготовлении суспензии топлива и твердой присадки и последующего диспергирования с жидкой присадкой (водой) получают топливную дисперсную систему, в которой капли жидкой присадки (воды) находятся в суспензии или смеси присадки и топлива. Распыление капель топливной дисперсной системы в камере сгорания и затем дополнительное распыление при взрывообразном вскипании воды приводит к эффективному взаимодействию с образующимися вредными веществами и уменьшению выбросов в отходящие газы вредных продуктов неполного сгорания, окислов азота и серы. В качестве твердых присадок можно использовать CaCO 2 , MgO, Ca(OH) 2 и др. В качестве жидкой присадки можно использовать воду. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно заявленное изобретение является новым. Анализ известных из уровня техники решений в отношении отличительных признаков заявленного изобретения показал, что заявленное решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.е. соответствует требованию изобретательского уровня. Обеспечиваемый изобретением технический результат по сравнению с прототипом заключается в следующем. Уменьшаются коэффициенты механического и химического недожога, и увеличивается степень сгорания топлива, за счет тонкого распыления предварительно подготовленного топлива в окислителе в топочном пространстве устройства сгорания топлива. Увеличивается поверхность контакта топлива с окислителем, а это приводит к тому, что продукты неполного сгорания топлива, которые являются вредными и содержатся в отходящих газах, образуются в уменьшенном количестве. Понижается максимальная (пиковая) температура в устройствах сжигания топлива, уменьшается градиент температуры, температурное поле становится более однородным, что приводит к уменьшению образования вредных соединений - окислов азота и продуктов неполного сгорания топлива. Увеличивается интенсивность горения мелких капель топливной дисперсной системы, дополнительно распыленной парами воды, что, кроме уменьшения коэффициентов механического и химического недожога, то есть уменьшения расхода топлива и выброса сажи, вызывает уменьшение длины факела горения, стабилизацию горения факела, что приводит к возможности уменьшения длины и объема установки сжигания топлива и капитальных затрат. При сжигании используют топливную дисперсную систему со следующими компонентами: топливо - жидкий серусодержащий нефтепродукт типа мазута, жидкая присадка - ингибитор реакции образования окислов азота - вода, серусвязующая твердая присадка - измельченный оксид магния. Кроме того, в камеру сжигания подают окислитель - кислород воздуха. На первой стадии измельченный оксид магния до размеров частиц не более 20 мкм, взятый в избыточном количестве по отношению к стехиометрическому в 1,5-1,8 раза, которого достаточно для связывания содержащейся в топливе серы, смешивают с водой, взятой в количестве 30%. Полученную суспензию твердой присадки в воде и мазут в диспергатор. В случае использования суспензии топлива и присадки на первой стадии измельченный оксид магния с размером частиц не более 20 мкм, взятый в количестве в соответствии с вышеуказанным, смешивают с топливом, затем полученную суспензию и воду подают в диспергатор. В диспергаторе непрерывного действия, при необходимости с линией рециркуляции, получают топливную дисперсную систему, в которой дисперсная фаза - суспензия присадки в воде - равномерно распределена в виде мелких частиц размером до 25 мкм в топливе. При сжигании топлива происходит относительное однородное распределение всех подаваемых компонентов системы. Капли топлива с каплями суспензии присадки в воде взрывообразно разбиваются на еще более мелкие капли топлива, сгорающие за меньшее время, что обеспечивает уменьшение коэффициентов механического и химического недожога, уменьшение количества продуктов неполного сгорания и уменьшение вредных выбросов в атмосферу. При проведении испытаний мода распределения частиц суспензии в мазуте изменялась от 7 мкм до 15 мкм в зависимости от режима работы диспергатора и содержания воды. При добавлении воды учитывалась вода, находящаяся в обводненном топливе. Таким образом, предварительное диспергирование присадки с водой или топливом позволяет равномерно распылять в камере сгорания не только топливо, но и равномерно вводить присадки, что ведет к увеличению эффективности связывания вредных компонентов и уменьшению их образования. Источники информации 1. Русанов А. А., Урбах И.И., Анастасиади А.П. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике. М., Энергия, 1969. 2. Патент ФРГ N 3410731, кл. B 01 D 53/34, 1985. 3. Патент ФРГ N 3444469, кл. C 01 L 10/00, 1986. 4. Патент ФРГ N 3409014, кл. C 01 L 10/00, 1985. 5. Патент ФРГ N 3325570, кл. C 01 L 10/00, 1985. 6. Заявка RU N 94003846/26, кл. B 01 D 53/60, 1995.
Формула изобретения
Способ снижения выбросов вредных веществ в установках сжигания топлива, включающий приготовление топливной дисперсной системы, состоящей из топлива, жидких и твердых присадок путем диспергирования и перемешивания компонентов и подачу приготовленной топливной дисперсной системы в камеру сгорания, отличающийся тем, что приготовление топливной дисперсной системы проводят в две стадии, сначала приготавливают суспензию твердой присадки в жидкой присадке или в топливе, а затем в суспензию присадок или в суспензию топлива и присадки вводят оставшиеся компоненты топливной дисперсной системы, диспергируют, при этом диаметр частиц суспензии не превышает 25 мкм, а диаметр частиц твердой присадки в суспензии не превышает 20 мкм.
Сокращение объемов выбросов вредных веществ – основная задача экологизации производственного процесса. Ответственные предприятия систематически внедряют современные способы снижения выбросов опасных соединений. Для этого предлагаются инновационные решения и технологии.
От чего зависит выбор методов снижения выбросов
Для предприятия комплекс мер подбирается индивидуально. Специфика способов снижения зависит от ряда факторов:
- особенности и вид производственного процесса;
- уровень концентрации опасных веществ в выбросах;
- технические характеристики, используемого оборудования;
- финансовые возможности субъекта хозяйствования.
Способы сокращения выбросов в зависимости от погодных условий
Метеорологические условия влияют на выбор мероприятий по сокращению выбросов на предприятии. При нормальных погодных условиях деятельность по снижению выбросов осуществляется в соответствии с утвержденным на предприятии планом экологизации. Систематически и последовательно реализуются такие меры:
- разработка и внедрение безотходных, малоотходных и ресурсосберегающих технологий;
- внедрение инновационных очистительных систем для более эффективной фильтрации газа и пыли;
- переход на экологически чистое сырье и использование вторичных материалов;
- использование топливных ресурсов с минимальным содержанием загрязняющих веществ;
- обогащение сырьевого материала для производства экологически безопасной продукции;
- реорганизация системы движения транспорта;
- минимизация объемов неорганизованных выбросов и утечек;
- строгий контроль технологической работоспособности производственных фондов и очистных сооружений.
Изменение погоды неблагоприятную сторону (сильный ветер, засуха, дождь) влечет необходимость принятия срочных, внеплановых мер по снижению объемов выбросов. должны быть проведены еще до начала плохих погодных условий (на основании результатов прогнозирования погоды).
Общие меры снижения выбросов для всех субъектов хозяйствования – их сокращение до уровня предельно допустимой нормы. В особо опасных случаях выброс вредных веществ необходимо сократить в несколько раз по сравнению с предельно допустимыми значениями.
На каждом предприятии должен быть утвержден при плохих метеорологических условиях. Такой регламент обеспечивает сокращение выбросов за счет:
- использования топливных ресурсов и чистого сырья;
- запрета на ремонт оборудования и транспорта, который может привести к внеплановым выбросам;
- усиление интенсивности работы очистных сооружений.
Меры по сокращению выбросов вредных веществ при плохих погодных условиях разрабатываются для действующих и проектируемых предприятий с учетом особенностей производства. Уровень сокращения выбросов загрязняющих веществ зависит от их концентрации.
Снижение выбросов должно обеспечивать сокращение концентрации опасных соединений в приземном шаре:
- Первый режим неблагоприятных погодных условий – до 20%, в основном за счет реализации организационных и технических мероприятий;
- Второй режим неблагоприятных погодных условий – до 40% за счет проведения организационно-технических мероприятий, внесения изменений в технологические процессы, незначительного сокращения производительности предприятия;
- Третий режим неблагоприятных погодных условий – до 60% в основном за счет сокращения производительности компании.
При опасных условиях вопрос сокращения объемов выбросов решается радикально. Предприятие временно приостанавливает работу производственных мощностей. Выбросы прекращаются полностью.
Способы сокращения выбросов на примере газообразных веществ
Газообразные выбросы загрязняют атмосферу. Минимизировать объемы газообразных выбросов в воздух можно за счет инновационных разработок. Для сокращения газообразных выбросов предприятия могут использоваться такие способы:
- Оптимизация работы теплогенерирующей установки – использование присадок, внедрение инновационных технологий сжигания топлива, выбор оптимального режима работы;
- Переход на экологически чистое топливо – например, мазут можно заменить на природный газ. Также популярностью пользуется инновационное синтетическое топливо. Эти мероприятия обходятся дорого, но позволяют сократить выбросы вредных продуктов сгорания;
- Фильтрация дымовых газов – позволяет минимизировать концентрацию вредных соединений в газообразных выбросах. Для удаления вредных частиц используют технологии десульфатации, абсорбции, адсорбции, каталитического окисления;
- Рассеивание вредных соединений в атмосфере за счет определенной высоты трубы выброса – этот метод не влияет на объем выбрасываемых веществ, а обеспечивает их рассеивание на большей площади. В результате концентрация загрязняющих соединений в приземном шаре снижается.
Реализация таких мероприятий позволяет снизить объемы выбросов и концентрацию вредных веществ в воздухе.
Как разработать меры по снижению выбросов
Специалисты разработают комплекс методов по снижению выбросов. Наши экологи качественно и быстро проанализируют ситуацию на предприятии и предложат оптимальные пути сокращения выброса вредных веществ и экологизации производства. Мы гарантируем положительный экологический имидж нашим клиентам и ответственно относимся к выполнению заказов.
Содержание раздела
8.1.1. С целью снижения образования NО x в приосевой зоне горелочных устройств в котлах ТГМП-204, отапливаемых жидким топливом, предлагается модернизировать горелки . Более эффективным по мнению авторов при сжигании жидкого топлива в силу стадийности его подготовки, является ввод газов рециркуляции через отдельный канал . При этом подбирается такое соотношение скоростей воздуха и газов, при котором газы не балластируют прикорневую область горения, а достигают активной зоны горения и тормозят образование NО x в этой зоне.
На рис. 8.1 приведена схема модернизированной горелки котла ТГМП-204. Горелка состояла из двух каналов подачи воздуха (центрального и периферийного), снабженных тангенциальными регистрами.
Рис. 8.1. Схема модернизированной горелки для сжигания жидкого топлива в топке котла ТГМП-204
Скорость истечения воздуха на выходе из каналов соответственно 60 и 70 м/с. По периферии горелки расположен канал ввода газов рециркуляции со скоростью 26 м/с. В центре горелки установлена мазутная форсунка с углом раскрытия топливного факела 85°. Выход канала газов рециркуляции перекрыт кольцом, в котором просверлены отверстия диаметром 60 мм, обеспечивающие истечение газов рециркуляции со скоростью ∼50 м/с (вместо 26 м/с). На рисунке видно, ось струи газов рециркуляции проходит через фронт пламени, и их дальнобойность позволяет достигнуть предполагаемой зоны основного образования оксидов азота. При этом основная часть газов рециркуляции не попадает в корень факела, что положительно сказывается на снижении образования механического недожога q 4 . Модернизация горелок котлов ТГМП-204 позволила сократить содержание NО x в отходящих дымовых газах на 30%.
8.1.2. На котле ТГМ-84Б с целью подавления оксидов азота внедрен дозированный впрыск воды в зону горения . При водотопливном отношении q < 10% это снижение достигает 150÷170мг/м 3 , а при водотопливном отношении q ∼ 8% с работой на пониженных избытках воздуха (α = 1,04÷1,06) концентрация NО x снижается на 200–220 мг/м 3 .
В зависимости от конкретных условий для подавления оксидов может использоваться техническая вода, основной конденсат или сетевая вода.
8.1.3. В топках с фронтальной компоновкой пылеугольных горелок для снижения концентраций NО x в уходящих газах при сжигании нешлакующегося топлива без содержания S считают целесообразным организовать ступенчатый ввод вторичных (третичных) потоков воздуха , направляя их в центральную область топки между концентрированными потоками реагентов.
8.1.4. Для одновременного улавливания оксидов N и S с эффективностью до 90% в предлагают электронно-лучевую обработку дымовых газов .
Этот сухой метод очистки позволяет решить проблемы образования отходов, удаления шламов, повторного нагрева газов. Кроме того, при такой обработке получается порошкообразная смесь побочных продуктов – удобрений (NH 4) 2 SO 2 и NH 4 NO 3 .
Утверждается , что метод электронно-лучевой обработки дымовых газов дешевле мокрых известняковых (скрубберного и каталитического) методов.
8.1.5. В для снижения выхода NО x не менее, чем на 60–70%, предлагается ступенчатое сжигание топлива с вводом азотосодержащих веществ в восстановительную зону горения . Утверждается, что присутствие значительного количества азотосодержащих радикалов RNi в продуктах сгорания в области высоких температур при α < 1обеспечивает эффективное восстановление NО x , образовавшихся на начальной стадии факела, до молекулярного азота. В качестве восстановителя применяются: аммиак – NH 3 , аммиачная вода – NH 4 OH, мочевина – (NH 2) 2 CO, циануровая кислота – (HOCN) 3 .
8.1.6. Модернизация котла, отапливаемого природным газом, БКЗ-420-140 НГМ-4 путем оснащения его дутьем воздуха над горелками верхнего яруса привело к резкому снижению содержания NО x в дымовых газах .
8.1.7. На котлах с жидким шлакоудалением ТПП-312 (паропроизводительность 950 т/ч, параметры пара: 25 МПа, 545 °С) с целью снижения NО x внедрено трехступенчатое сжигание топлива . Внедрение осуществлялось путем установки дополнительных прямоточных газовых горелок и установки сопл третичного дутья (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Схема трехступенчатого сжигания на котле ТПП-312: 1 – основные грелки; 2 – дополнительные горелки и газы рециркуляции; 3 – сопла третичного воздуха; 4 – верхние сопла рециркуляции
Дополнительные горелки были установлены встречно на фронтовом и заднем экранах, а сопла третичного дутья были размещены выше дополнительных горелок. Для обеспечения требуемой по условию шлакования ширм температуры газов в верхней части топки был выполнен аэродинамический выступ.
В результате модернизации выбросы NО x сократились в два раза. Надежность и экономичность работы котла при этом не снизились.
8.1.8. При сжигании углей различных видов в основной горелке и подаче природного газа или жидкого топлива во вторую ступень , позволили получить качественные характеристики процесса:
- - ввод вторичного топлива следует осуществлять за зоной активного горения по потоку газов;
- - количество топлива, подаваемого во вторую ступень, должно составлять около 20–25% по теплу;
- - коэффициент избытка воздуха – á в агенте, транспортирующем топливо-восстановитель, не должен превышать 0,35;
- - в качестве топлива-восстановителя предпочтительней природный газ.
Соблюдение при модернизациях указанных качественных характеристик обеспечивает снижение концентрации оксидов азота в 3 и более раз .
Там же утверждается, что высокотемпературный (до 600–800 °С) подогрев топливной пыли позволяет снизить в 3–5 раз образование «топливных» оксидов азота в пылеугольном факеле.
8.1.9. Результат от внедрения комплекса различных методов подавления NО x применительно к котлу ТГМП-114 (а) и котлу ТГМ-96Б, отапливаемых мазутом, приведен на рис. 8.3 .
Рис. 8.3. Применение комплекса технологических методов для подавления NО x на газомазутных котлах при О 2 = 6%: I – исходный вариант; II – малотоксичные горелки; III – горелки + рециркуляция; IV – горелки + ступенчатое сжигание + рециркуляция; V – ступенчатое сжигание; VI – ступенчатое сжигание + рециркуляция
8.1.10. Замена инжекционных горелок (ИГК) на вихревые газомазутные горелки дутьевого (напорного) типа у котлов паропроизводительностью до 10 т/ч («ДКВ», «ДКВР», «ДЕ», «Универсал» и др.) снижает содержание NО x в дымовых газах ∼ в 1,5–1,6 раза .
8.1.11. Модернизация горелок на котле ТГМ-84, отапливаемого природным газом, позволила снизить содержание NО x в уходящих дымовых газах н 30% и довести концентрацию NО x до 110 мг/м 3 при á = 1,4 .
Рис. 8.4. Газомазутная горелка котла ТГМ-84: а – проектная, б – модернизированная
До модернизации эксплуатировались горелки конструкции ЦКТИ (рис. 8.4, а ): газы рециркуляции в горелки подавались по периферии улиточного короба. В модернизированных горелках (рис. 8.4, б ) газы рециркуляции подаются по всему радиусу улитки.
8.1.12. Предварительная (вне топки) термическая подготовка угля – нагрев угля в бескислородной среде до температуры 650–850 °С способствует развитию процесса пиролиза угольных частиц с разрушением термически неустойчивых азотосодержащих соединений и переходом выделяющегося атомарного азота в молекулярный инертный азот.
Разработанная «Уралтехэнерго» встроенная система подогрева пыли (ВСП) полностью обеспечивает предварительную термическую подготовку угля . ВСП может быть использована в пылеугольных грелках различного типа – вихревых, прямоточных, плоскофакельных – при подаче в систему высококонцентрированной аэросмеси. Конструктивно ВСП состоит из двух основных разъемных блоков – камеры сжигания вспомогательного топлива и рабочего канала (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Конструктивная схема вихревой пылегазовой горелки со встроенной системой подогрева угольной пыли (ВСП): 1 – основная горелка; 2 – камера сжигания вспомогательного топлива; 3 – рабочий канал; 4 – вспомогательная газовая горелка; 5 – патрубок подачи высококонцентрированной аэросмеси; 6 – запальник
Камера сжигания служит для воспламенения топливовоздушной смеси и формирования факела в ограниченном объеме.
В рабочем канале происходит: догорание вспомогательного топлива; смешение угольной пыли с высокотемпературными продуктами сгорания вспомогательного топлива; подогрев угля и выделение летучих.
Опыт промышленной эксплуатации ВСП позволил существенно улучшить выгорание топлива – содержание горючих в уносе составляет 5–6%. Концентрация оксидов азота в дымовых газах снижается до 60–70% от исходного уровня.
8.1.13. Низкоэмиссионная вихревая технология – НВТ или образование вихревого низкотемпературного процесса (НВТ) происходит в результате взаимодействия встречно-смешенных струй, вытекающих из наклоненной вниз под углом á горелки, и воздушного сопла нижнего дутья, установленного внизу топки по всей ее ширине и направленного вдоль ската холодной воронки под горелки (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Аэродинамическая схема низкотемпературного вихревого процесса
Наклон горелок позволяет направить значительную массу топлива в нижнюю часть топки, где наиболее крупные фракции при развороте струи под действием инерции и собственной массы сепарируются из потока, вовлекаются нижним дутьем в многократную циркуляцию и сгорают в низкотемпературном вихре, а мелкие сгорают в прямоточной части факела .
Подача практически всего вторичного воздуха только через верхние сопла обеспечивает на начальном участке нижних ярусов избытки воздуха, равные 0,3–0,5. Поэтому горение в верхней части топки ведется в режиме дожигания, а в нижней – в полувосстановительной атмосфере. Снижение максимальной температуры в топке и на выходе из нее исключает шлакование экранов и пароперегревателя.
Внедрение НВТ путем модернизации котлов ПК-10, отапливаемых твердым топливом, позволило снизить в отходящих газах содержание:
- - NО x (при О 2 = 6% и при нормальных условиях) с 900–860 мг/м 3 до 330–415 мг/м 3 ;
- - SO 2 на 25–35%.
В объем модернизации (рис. 8.7) входят:
- реконструкция горелок, связанная с установкой дополнительных насадок на сопла аэросмеси и вторичного воздуха;
- устройство ввода нижнего дутья;
- размещение воздуховодов с регулирующими органами (шиберами);
- ввод дробленки CaCO 3 (фракция 0,035 м) посредством дозатора на угольную ленту существующей топливоподготовки.
Рис. 8.7. Схема модернизации котлов ПК-10
8.1.14. При реализации схемы двухступенчатого сжигания пылеугольного топлива на котлах с фронтальным расположением горелок или открытыми амбразурами (например, на котлах БКЗ-75-39 ФБ) в предлагают определять по следующим формулам.
Оптимальную область ввода третичного воздуха в соответствии с :
H = 0,5(D г + h 3) + 1,5(V daf /10) 0,5 , м,
где Н – расстояние между осями горелок и воздушных сопл, м; D г – диаметр горелки, м; h 3 – высота выходного сечения сопла, м; V daf – выход летучих на горючую массу, %.
Долю третичного воздуха по формуле:
∆α 3 = α″ т – (α г + ∆α т),
где α т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, ∆α т – присосы воздуха в топочную камеру, α г – коэффициент избытка воздуха в горелках.
Эффективность ступенчатого сжигания в соответствии с :
η Nox = 340 (H 0,5 – 3∆α3) × , %;
Увеличение температуры газов на выходе из топки – ∆Θ″ т в соответствии с :
∆Θ″ т = 35Н(1,1 – α г) 0,5 , °С;
Потери тепла с механическим недожогом – ∆q 4 в соответствии с :
∆q 4 = 30*H /V daf *(1,1 – α г) 2 , %.
8.1.15. Количество «термических NO x », образующихся при горении топлива, зависит от уровня максимальной температуры в ядре горения, а при горении природного газа образуются еще и «быстрые NO x », количество которых практически не зависит от температуры факела. Считают , что единственным средством для снижения «быстрых» – это полное предварительное смешение топлива с воздухом .
Фирмой Radiom Corporation (США) разработана горелка R-RMB TM . Эта горелка по данным подавляет образование как «термических» так и «быстрых» NO x . Принципиальная схема горелки приведена на рис. 8.8. Особенностью горелки является способность чрезвычайно быстрого смешения топлива с газовоздушной смесью. Достигается это в результате вода мельчайших струй природного газа в поток газовоздушной смеси в межлопаточном пространстве, обеспечивая тем самым высокую турбулентность потока.
Рис. 8.8. Схема работы горелки R-RMB TM: 1 – центральная форсунка для мазута; 2 – природный газ; 3 – воздух и газы рециркуляции; 4 – закручивающие лопатки (в промежутки лопаток подается природный газ); 5 – распыленный (дисперсный) мазут; 6 – смесь природного газа, воздуха и газов рециркуляции; 7 – стенка топочной камеры; 8 – наружная зона рециркуляции; 9 – внутренняя зона рециркуляции; 10 – участок интенсивного перемешивания топлива с газовоздушной смесью
Ориентировочно: длина факела ∼1,8 м; сопротивление по воздуху ∼1650 Па; сопротивление по природному газу ∼34–35 Па – соответствуют оптимальному режиму работы горелки.
Горелка R-RMB TM по данным обеспечивает снижение концентраций NO x в отходящих дымовых газах до уровня, который возможен при использовании метода селективного каталитического восстановления с использованием аммиака, т.е. до 9 ÷ 5 ppm (1 ppm = 1 см 3 /м 3). Отсутствие ступенчатой подачи топлива или воздуха при использовании горелок R-RMB TM позволяет избегать побочных отрицательных явлений. В частности в продуктах сгорания практически отсутствуют CO и углеводороды.
8.1.16. Эффективным методом снижения выбросов NO x является применение трехступенчатой схемы сжигания топлива (схема с восстановлением NO x или «Ребенинг») . Сущность схемы заключается в сжигании основной части топлива с избытком воздуха выше стехиометрического, например, α = 1,05 и организации после практически полного завершения выгорания топлива зоны восстановления. Зона восстановления образуется за счет подачи в нее топлива – восстановителя при α = 0,9–1,0. Третья ступень – зона дожигания организуется путем подачи в конец зоны восстановления избыточного третичного воздуха.
Сжигание высокореакционных углей с применением такой схемы позволяет снизить выбросы NO x на 40–60%.
Загрузка...
