VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Энергетическая стратегия России ставит задачи по улучшению экологической безопасности в топливно-энергетической комплексе и минимизацию техногенного воздействия энергетики на окружающую среду. Основной особенностью отечественной энергетической промышленности является высокий уровень потребления топлива, в сравнении с промышленно-развитыми странами, который связан с использованием морально и физически устаревшего оборудования - печей и горелочных устройств котлов. внедрение новейших разработок по снижению выбросов вредных веществ на старых котлах, требует существенных затрат. Для этого разрабатываются специальные проекты, в которых учитываются экономическая и материальная целесообразность реконструкции старого оборудования - в частности котлов на ТЭЦ.

К числу перспективных направлений по реконструкции котла является замена устаревших газовых горелок на новейшие разработки в этой области, что должно снизить выброс вредных веществ в атмосферу при полном сжигании жидкого и газообразного топлива. Исследования, выполненные на одном из котлов ТГМП-344 Южной ТЭЦ ТГК-1, показали, что при номинальной нагрузке концентрация оксидов азота в выбросах в атмосферу составила на газе порядка 250 мг/м³, на мазуте 350 мг/м³ [1].

При реконструкции котла используют установку блочных прямоточно-вихревых горелок, что позволит достичь требуемые нормы ПДВ. В этом случае горелки устанавливаются в существующие амбразуры горелок, выброс оксидов азота может составить 125 мг/см³ и меньше, на мазуте – 200мг/см³.

При максимально возможной степени рециркуляции газов при работе котла на газе температура уходящих газов возрастет с 110 до 112 ⁰С, на мазуте – до 144⁰С, что не является препятствием для нормальной эксплуатации котла. Однако в случае реального работы котла с высокой степенью рециркуляции, необходимо арматуру впрыска в перегреватель поддерживать в работоспособном состоянии, и для исключения попадания влаги на трубопроводы необходимо вводить впрыск одновременно на каждую полутопку, с поддержанием температуры за впрыском не менее 418-420⁰С.

Благодаря замене штатных газовых горелок на блочные прямоточно-вихревые горелки, можно добиться снижение выброса оксидов азота на 30%. Это позволит значительно улучшить экологические показатели по выбросу вредных веществ в атмосферу [1, 2].

Технологические методы подавления оксидов азота основаны на снижении температуры и содержания кислорода в зоне активного горения, а также создании в топочной камере зон с восстановительной средой, где продукты неполного горения, вступая во взаимодействие с образующимся оксидом азота, приводят к восстановлению оксидов азота до молекулярного азота [3]. Могут быть рекомендованы к внедрению следующие основные технологические методы снижения оксидов азота в газомазутных котлах:

- внедрение режимов с малыми значениями α, а при ступенчатом сжигании;

- пониженными α на грани появления химической неполноты сгорания;

- рециркуляция дымовых газов через горелки в смеси с воздухом;

- двухступенчатое сжигание топлива, что может быть реализовано в конструкции горелок или в топке в целом;

- трехступенчатое сжигание топлива (наиболее целесообразно применять для новых котлов);

- применение специальных горелок;

- впрыск воды ( приводит к уменьшению КПД котла приблизительно на 0,8%);

- специальные методы сжигания (например, кипящий слой);

- снижение температуры горячего воздуха.

Все эти методы достаточно хорошо известны и практически все опробованы. Задача заключается в том, чтобы реализовать их на котлах с минимальными затратами средств, с минимальным снижением экономичности, не ухудшая показателей надежности как на основном, так и на резервном топливах. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что при одновременном применении нескольких технологических методов удается при сжигании газа снизить выбросы оксидов азота в 4-5, а иногда и более раз.

Достигнутый результат зависит от типа котла, исходного уровня концентраций оксидов азота и применяемого технологического способа подавления. Лучшие результаты дает одновременное применение ступенчатого сжигания и рециркуляции дымовых газов. Внедрение технологических методов снижения выбросов оксидов азота сопровождается рядом проблем и трудностей, к которым в первую очередь можно отнести:

- увеличение температуры газов на выходе из топки. Причем при организации ступенчатого сжигания ее рост зависит от количества воздуха, подаваемого через сбросные сопла, и места его ввода;

- изменение температуры свежего и вторичного пара; увеличение впрысков, вплоть до ввода в работу аварийных и пусковых впрысков;

- отсутствие или недостаточную мощность дымососов рециркуляции. Как правило, котлы, имеющие дымососы рециркуляции, рассчитаны на минимальный расход газов рециркуляции при номинальной нагрузке.

Поскольку при сжигании газомазутного топлива образовавшиеся оксидов азота - это в основном термические оксиды азота, то, как правило, внутритопочные мероприятия направлены на снижение локальных температур и избытков воздуха [4, 5]. Снижение избытков воздуха, подаваемого для горения топлива, уменьшает образование как термических, так и топливных оксидов азота. Достоинством этого метода является отсутствие дополнительных капитальных затрат, однако низкие избытки воздуха приводят к увеличению химической неполноты сгорания, а в ряде случаев - к образованию канцерогенных веществ. Поэтому реализация данного метода подавления оксидов азота на практике требует определенной культуры эксплуатации. Эффективным способом воздействия на подавление образования термических оксидов азота является ввод газов рециркуляции с температурой 350-400°С в зону горения, что обеспечивает снижение максимальной температуры факела и разбавление действующих концентраций окислителя.

Максимальный эффект снижения выхода оксидов азота наблюдается при вводе дымовых газов вместе с воздухом или по отдельным каналам горелок. В последнем случае скорость газов рециркуляции должна быть равна или несколько больше среднерасходной скорости воздуха на выходе из горелок. При сжигании газового топлива еще больший эффект снижения наблюдается при вводе газов рециркуляции непосредственно в газообразное топливо, однако конструкция такого ввода еще недостаточно отработана.

Процесс снижения оксидов азота эффективен при доле газов рециркуляции 20-22%. Дальнейшее увеличение приводит к незначительному снижению выхода оксидов азота при одновременном ухудшении экономичности установки.

Наиболее универсальным методом подавления оксидов азота для газомазутных котлов является метод ступенчатого сжигания. К недостаткам двухступенчатого сжигания топлива можно отнести увеличение потерь с химической неполнотой сгорания при режимах с малыми значениями общего коэффициента избытка воздуха, а также возможность возникновения сероводородной коррозии экранных труб при сжигании сернистых топлив в котлах. Для организации трехступенчатого сжигания на некотором расстоянии от основных горелок организуется подача вторичного топлива (до 30%) с недостатком воздуха и далее третичного воздуха. В этом случае выше основного ядра горения создается зона с восстановительной газовой средой, в которой происходит восстановление ужа образовавшихся в первой зоне оксидов азота до молекулярного азота.

Литература

1. Концепция реализации экологической политики ОАО РАО «ЕЭС России» [Электронный ресурс]. http://www.rao-ees.ru/ru/

2. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. - М.: ЮНИТИ, 2001.

3. Бондарчук Е.Н., Смолин А.А. Экологический мониторинг ТЭЦ [Электронный ресурс]. http://www.boner.ru/index.php?action= topics&menu_id=225&page_id=126, свободный

4 Салова Т.Ю., Корабельников С.К. Исследования условий образования оксидов азота в процессе сгорания топлив //Научно-технические ведомости СПбГТУ, №2, 2009 с. 78-90.

5 Салова Т.Ю. Инновационные методы исследования процессов образования и нейтрализации оксидов азота энергетических установок // Известия СПбГАУ 2009, №16 с.180-186

Код для цитирования: Скопировать