Введение. Основными источниками антропогенных выбросов оксидов азота NOX являются энергетические мощные котлы ТЭС и проблема снижения этих выбросов является актуальной. Концентрация оксидов азота в уходящих от котлов газов зависит от конструкции топок, длины, температуры и интенсивности теплового излучения факела, состава и теплоты сгорания топлива, коэффициента избытка воздуха, времени пребывания газообразных продуктов горения в зоне высоких температур и локальных распределений температуры. Наиболее интенсивное образование оксидов азота в процессе горения происходит в зоне высоких температур от 1600 до 1900 0С в результате окисления азота воздуха [1-2].

Описание объектов исследования и условия выполнения опытов.

 

Эксперименты проведены при сжигании газа в котлах: ТГМ-84Б (станционный №10) на Казанской ТЭЦ-1 (КТЭЦ-1), БКЗ-320-13,8ГК (станционный №7) и БКЗ-210-140ФЖШ (станционный №8) на Казанской ТЭЦ-2 (КТЭЦ-2) при изменении паровых нагрузок. Измерения проведены при использовании газоанализатора ДАГ-500. В котле на КТЭЦ-1 сжигался газ с низшей теплотворной способностью Qн = 8176 ккал/нм , на КТЭЦ-2 в котле БКЗ-320-13,8ГК сжигался газ с Qн  =8432 ккал/нм , а в котле БКЗ-210- 140ФЖШ сжигался газ с Qн =8236 ккал/нм .

 Котел ТГМ-84Б с паропроизводительностью 420 т/ч при давлении 14 МПа и температуре 560 °С пара имеет топку призматической формы с размерами сечения   топки 6´14,08 м      высотой   23 м и разделенную двухсветным водяным экраном на две полутопки [9].

Котел БКЗ-320-13,8ГК производительностью 320 т/ч при давлении 13,8 МПа и температуре 560 °С имеет топку с размерами 13,3´16,3 м высотой 27,4 м. Котел оснащен угловыми щелевыми горелками в количестве 8 шт., расположенными в 2 яруса на отметках 11 и 14 м. Горелки котлов БКЗ направлены по касательной к окружности  диаметром около    1,5 м и обеспечивают восходящую закрутку факела.

Схемы расположения горелок на котлах приведены на рис. 1-2.

Результаты исследования и их обсуждение. В табл.1-3 приведены режимные параметры работы котлов ТГМ-84Б, БКЗ-320-13,8ГК, БКЗ-210- 140ФЖШ и выбросы окислов азота NOX при различных нагрузках. Как видно из табл. 1-3 общей тенденцией является рост интенсивности образования окислов азота при увеличении нагрузки Dк. При одинаковых нагрузках снижение выбросов окислов азота сопровождается некоторым уменьшением КПД котлов. Снижение коэффициента избытка воздуха для котла ТГМ-84Б уменьшает интенсивность образования окислов азота. Однако влияние коэффициента избытка воздуха сказывается гораздо в меньшей мере по сравнению с вертикальной восходящей круткой факела непосредственно в топках котлов типа БКЗ.

 Таблица 1. Режимные параметры работы котла ТГМ-84Б и выбросы окислов азота NOX при различных нагрузках Dк

 

Параметр	Значение
Паропроизводительность  Dк, т/ч	200	238	289	345	400	426
Тепловая нагрузка Qк, Гкал/ч	112,1	135,8	164,9	201,6	232,4	247,5
Содержание   О2     в                       дымовых газах,%	2,3	2,1	1,9	1,8	1,7	1,6
Содержание NOX  в уходящих газах за дымососом, ррm	74	79	85	101	109	120
Содержание NOX1,4 в уходящих   газах   при  á=1,4, мг/м3	146,5	154,5	163,2	190,6	202,2	221,3
Коэффициент избытка воздуха á	1,111	1,100	1,090	1,084	1,080	1,074
Расход газа Вг, тыс.м3/ч	15	18	22,3	26,74	31,01	33
Температура уходящих газов tух, °С	117	118	119	121	122	122
КПД котла брутто ç, %	93,86	93,99	94,11	94,23	94,30	94,33

Таблица 2. Режимные параметры работы котла БКЗ-320-13,8ГК и выбросы окислов азота NOX при различных нагрузках Dк

Параметр	Значение
Паропроизводительность  Dк, т/ч	140	180	220	260	290	320
Содержание   О2     в   дымовых газах,%	3,1	2,6	2,4	2,1	1,9	1,7
Содержание        NOX1,4              в уходящих  газах  при   á=1,4, мг/м3	165	178	183	187	203	216
Коэффициент избытка воздуха á	1,16	1,13	1,12	1,10	1,09	1,08
Температура уходящих газов tух, °С	119	122	125	132	139	142
КПД котла брутто ç, %	94,03	94,22	94,33	94,26	94,06	93,96

Таблица 3. Режимные параметры работы котла БКЗ-210-13,8 ФЖШ и выбросы окислов азота NOX при различных нагрузках Dк

Параметр	Значение
Паропроизводительность Dк, т/ч	130	150	170	190	210
Содержание NOX1,4 в уходящих газах при á=1,4, мг/м3	205	215	220	225	235
Коэффициент избытка воздуха á	1,35	1,32	1,28	1,25	1,18
Температура уходящих газов tух, °С	120	124	131	141	148
КПД котла брутто ç, %	92,81	92,75	92,58	92,38	92,34

 

 На рис. 3 приведены зависимости выбросов окислов азота от нагрузки котлов, из которых видно, что восходящая крутка факела в топках котлов типа БКЗ сильно интенсифицирует процесс увеличения выбросов окислов азота по сравнению с круткой воздуха в периферийных лопаточных регистрах горелок ГМУ-45 котла ТГМ-84Б. Одной из причин повышенных выбросов окислов азота в котлах типа БКЗ является высокая температура уходящих газов, которая при максимальных нагрузках превышает температуру уходящих газов котла ТГМ-84Б в среднем на 20 °С. На понижение температуры в факеле, а следовательно и на снижение выбросов окислов азота, значительное влияние оказывает двухсветный экран.

Сравнивая данные (см. табл. 2…3) по выбросам окислов азота, приведенными к a=1,4, можно отметить, что для котла БКЗ-320-13,8ГК более низкие выбросы NOX1,4 связаны с низкими средними коэффициентами избытков воздуха равными 1,12. Для котла БКЗ-210- 13,8ФЖШ средние значения коэффициентов воздуха равны 1,28 и значения выбросов окислов азота выше в среднем на 20 %.

Выводы.

 

1               .На котлах типа БКЗ при сжигании газа выбросы окислов азота в среднем на 20…30 % выше по сравнению с котлом ТГМ-84Б.

2               .Снижение выбросов окислов азота в среднем на 20 %. при вертикальном закручивании факела в котлах БКЗ-210-13,8ФЖШ может быть достигнуто за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха до значений 1,12.

Список литературы

 

 

1               .Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Л.А. Окисление азота при горении.-М.: Изд. АН СССР,1947.-148 с.

2               .Райзер Ю.П. Образование окислов азота в ударной волне при сильном взрыве в воздухе.-Физическая химия, т.XXXIII, 1959,№ 3, с. 700-709.