Вопрос № 42

Оксиды азота поступают в дымовые газы в результате окисления азота воздуха при высоких температурах, а также азота, содержащегося в топливе

CNO=CBNO+CTNO

,

где CBNOи CTNO — концентрации в газах NO, образовавшегося соответственно за счет азота воздуха и азота топлива.

Образование оксида азота из воздуха определяется температурным уровнем в ядре топочной камеры, вследствие чего он получил название «термического». При высоких температурах в топке происходит диссоциация некоторой части молекул кислорода и затем атомарный кислород вступает в реакцию с азотом воздуха, а образовавшийся атомарный азот — в реакцию с молекулой кислорода:

N₂ + O = NО + N;

N + O₂ = NО + O.

В топочной камере образуется в основном оксид NO, а диоксид NO₂, по которому ведут расчет, получается за счет доокисления оксида в атмосфере. Концентрация оксидов азота в уходящих газах находится в пределах от 0,2 до 1,5 г/м³ (см. табл.7.1.2).

Частичное подавление образования термических оксидов азота осуществляется организацией топочного процесса при возможно более низкой температуре в зоне горения и малом избытке воздуха.

Наименьшее образование NO при сжигании газа и мазута наблюдается при низких избытках воздуха. Если выход NO при коэффициенте расхода воздуха на выходе из топки α''т > 1,05 принять равным единице, то относительное изменение выхода NO от варьирования α''т иллюстрируется данными, приведенными в табл. 7.6.1.

Таблица 7.6.1. Зависимость относительного выхода NO от коэффициента расхода воздуха на выходе топки α''т

Одним из способов подавления образования NO является рециркуляция дымовых газов. В этом случае дымовые газы при температуре 300—400 °С забираются с помощью специального дымососа из конвективной шахты и подаются в топочную камеру. Ввод газов в топочную камеру может осуществляться через шлицы под горелками или через кольцевой канал вокруг амбразур горелок. Применяется также способ подмешивания газов в воздух перед горелками. Исследования показали, что наиболее эффективным оказался последний способ, при котором происходит наибольшее снижение температуры в ядре факела. Подмешивая до 20—25 % дымовых газов, удается снизить содержание оксидов азота на 40—50 %.

Рециркуляция газа наряду с уменьшением температуры горения приводит к снижению концентрации кислорода, что уменьшает скорость горения и приводит к растягиванию зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами. Однако введение рециркуляции связано с дополнительными капитальными затратами и повышенным расходом энергии на собственные нужды. На частичных нагрузках парового котла необходимость в рециркуляции отпадает.

Хорошие результаты дает двухстадийное сжигание, при котором в нижние ярусы горелок подается с топливом неполное количество воздуха (50 – 70%), в связи с чем в этой части топки происходит неполное горение с частичной газификацией топлива при пониженной температуре. Остальное количество воздуха (50 – 30%) подается выше основных горелок. Отвод теплоты из первичной зоны горения должен быть достаточно большим, чтобы заключительная стадия процесса горения происходила при более низкой температуре.

Образование термических оксидов азота в большой степени зависит от типа применяемых горелок (см. табл.7.4.4).

Значительный эффект снижения оксидов азота удается получить за счет ввода воды в зону горения. Так, при замене парового распыла мазута водяным по схеме МЭИ на паровом котле с встречным расположением горелок удалось при 10 % -ной добавке воды от массового расхода мазута получить долю снижения выхода оксидов азота b₆ = 0,6, для других типов топочных устройств (циклонных топок, топок с подовыми горелками) эффект оказывается несколько меньшим (b₆ = 0,7—0,8). Снижение КПД парового котла за счет увеличения потерь с уходящими газами не превышает 1 %. Это мероприятие удобно использовать в моменты повышения концентраций оксидов азота в воздухе на уровне дыхания при неблагоприятных метеоусловиях.

В табл. 7.6.2 приведены ориентировочные усредненные данные по эффективности различных способов снижения образования оксидов азота в топках котлов.

Таблица 7.6.2. Возможные пределы снижения образования оксидов азота в топках котлов, %

Из табл. 7.6.2 видно, что за счет комбинации различных способов образования оксидов азота при сжигании природного газа можно сократить образование оксидов азота в 5-10 раз, при сжигании мазута — примерно в 3 раза, а на твердом топливе — в 2 раза. Выбор наиболее эффективных способов подавления образования оксидов азота или их комбинаций должен выполняться с учетом местных условий на основании технико-экономических расчетов.

Поиск по сайту: