автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Расчетные исследования эмиссии оксидов азота в топках котлов и разработка рекомендаций по снижению их выброса

Г', о ■

JCCKCBCiaß ордена ИШ ï ордаяа СаЯБГЬСКСЗ РЕЕОЛЩШ ЭШ2ГГ£2ПЯИСМ'Л ИНСТИТУТ

На. правах, руяопдся.

Ч2УН БЭЙЦ31Ш

РАСЧЕТШ2 ИСОВДСЕДШИ. ЭЖССЖ СКСЗДСВ i£01A Б ТСШСАХ кота il РАЗРАБОТКА Ш{С11ЕЩШД!Й ПО СШПИЯШ III ЕЧБЕОСА

Оаадгзльяость C5.C1.0I - Котлы, трогеяерртори я itauapu

агсралгтл

АВТОРЕФЕРАТ

дгссертацдл па со"скаж:а уюпсй степа.та кандидата тмсннчсскшс паук

МОСКВА

1992

Работа luuaii'-бна на кафедра Парогеивраторостроеша üockobcko-га ордпна Леныш и орде ¡ж Октябрьской Роволющш энзргвхичаского ixiioriiym.

Научный руководатель: каядядвт leumecKix иаух

доцент РОСЛЯКОВ П.В.

С^ацаалыше сгшшантц: доктор техяячвокжх мук

профессор ДЕЛЯГИН Г.Н.

кандалах Т1хкп«сках паук профессор ЛИЛОВ Ю.М.

Ведуша;; организация: ВНИИАМ

Занята дкссортаццн состоятся " 11 " декабря 1992 года

в аудитор«" Б- 409 в 14_чао. 00 мыт, на засвдаяяд спвцдалл-

зярог.анпого Совета К 053.16.05 Московского ордена Лекажа я ордоаа Октябрьской Геволгоин энергетвчоского нвстдтута.

Отзывы в двуа экземплярах, заверенные печатью, просим прчоы-лпть пс адрзсу: IC5835, 1С11, Цосхва, Е-25(., Красноказарменная ул., д. 14, Нсскпьскяй эноргвтячеокнй илстлтут, Ученый Совет МЗй.

С дяссертацпей можно ознакомиться е библиотеки НЭП.

Автора^орат разослал "_"_1992 года.

Учений секретарь саоцлалЕзирсьашюго Совета Ü.CÜÜ.I6.C5

к.т.]., с.и.с. _ Лобедога А.И.

роескй?'«?^

БИБЛИОТЕКА

" - 3 -

СЕЩАЯ ХАРАКТЕРПСППСА' PABCUí

Актуальность работы. Тепловые электрические станция (ТЭС) являются одчгь: из крупнеЛшлх источников загрязнения атмосу-орнсго воздуха. Среди газообразных выбросов ТЭС большой ииад к загрязнение окружающей сроды вносят оксиды азота. В связи с резке с<)есто::те:'.ся экологической обстановкой создание высоко-э^оективной зкологпческ:: чистой ТЭС является одной из важнейших задач в теплоь ой энергетлко.

Уровень выбросов оксидов азота с лдооешы газами котлов является од:п"1 из основных твхнико-екочетличоских показателя!', топочных устройств паровых котлов, определяющим возможности дальнейшего нарл'Т'глннл энергетического потслцкала в конкретных регионах. Лнал:;з внбросов к10, в атмосферу о уходяггпл: газа1.~: япходгчрх-ся ь эксплуатации котлов показал, что для удовлетворения суцест-вухгцгх нергллтнвоз предельно допуститягх лпбрссов (ЦДЛ) э,.с;ссяя tío, необхс.дито снизить в несколько раз. Для этого требуется гледрение rvT.TsoKTJTHKX способов, подавляющих образование оке::дог азота, Шп-бслоз распространенны:,к из которых являются внутритолечныо мероприятия. Пр'л этом, однако, часто происходит ух сличение выхода быстрых fJO и возрастание их' дол:: в об;ч<?м внброое ЫОх • В посчеднно годы на перв:'?. план стали выходить такие задачи, как пелалъзованво азоте- л цианосодорсгатнх веществ для восстановления (10, , <:селодованнс процессов эмиссии НО , diO и fJo¡ в гмъсах котлов г камерах сгорания.

Экспорим'л'талз.нне исследования огстссли tlO( часто затруднены ::з-за больших еттерпалыпк ;: временных затрат на сх подготовку л проведение. Пс?то!.у особую актуальность приобретает проведение расчетчо-тооретнчпскнх исслотованнй па базе матоматач«скс-го :.'одел:!рсван:ш процессов, протекакчпх при стихании органических теплив в точках котлов.

Цель работы

- г ; зр.'.бо'-'ка к/лет-етескогс иеиан.чзкя з:-пссггп НгО и H0¿ ;

— •:сслодсл":гло основных закономерностей образ сл-чшм ówoiyux оксидов изота fJOn , гсгаоковда fltO * люкс/да (Юг дзота о ¡;<wn,i> > Л ;«гс венеда ¿Ол при озтгапгп ерганичес-

кшс топлив;

- разработка рекомендаций по оптимизации стадийного скигания каменного угля для обеспечения минимального выхода Но,

Метод 9 с с 1 в ] о 1 а в > я, Исследование осуществлялось расчетно-теоретическим путем с помощью разработанного при участии автора пакета прикладных программ.

Научная новизна, полученных автором результатов заключается в следующем:

1. Проведено систематизированное расчетно-теоротпческое исследование эмиссии быстрых МО гемиоксида 1^0 и диоксида

Ц0г азота, показавшее тесную взаимосвязь процессов образования и разложения различных оксидов азота.

2. Установлено, что в зонах горения с локальными избыткам* воздуха менее 0,65*0,7 происходит процесс восстановления быстрых

М до молекулярного азота.

' 3. Показана валшая роль гемиоксида азота в процессе конверсии окседоб азота на начальном учаотке факела.

4. Установлены оптимальные условия для стадийного сжигания топлхв, позволяющие минимизировать выбросы НОх •

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена проведенной оценкой точности математической модели, применением современных численных методов решения, удовлетворительным совпадением результатов расчетов с имеющимися в литературе опытными данными разных авторов по горению тол-ливно-зоздуаших смссей и эмссии оксидов азота НОл

Практическая ценность работы.

1, Пакет прикладных программ "РОСА" для расчета кинетики образования и разложения но , НгО а при сашганки органического топлива мелет быть использован для разработки практических мероприятий, направленных на снижение выбросов НО* из энергетических и других топливоиспользующих установок.

2. Исследованы основные закономерности эмиссии НО , НОг и НгО , что позволяет предлагать оптимальные методы по енже-

- У -

ншо выбросов КОд

3. Разработаны рекомендации но реализации стадийного сжигания каменного угля, позьсляюцае снизить выбросы Ñ0, в атмосферу ь 2 раза.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуздались: на П Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" (г.Новосибирск, I99C г.); на I Всесоюзном симпозиуме (гЛерпогаловск, IS92 г.); на научных семинарах кафедры Парогеператорострооиия ¡,Ш (1990-1992 г.г.).

П у б л и к а ц и il. По результатам выпатаешш;: исследований опубликованы тезисы двух докладов и одна статья.

Личный вклад автора заключается:

- в разработке кинетических механизмов образования гемиоксида ( ti г 0 ) и да оксида ( ríOz ) азота;

- в проведении большего количества расчетных работ, позволивших оценить достоверность результатов расчета;

, - в систематизированном исследовании основных закономерностей эмиссии tiOe , NiO h N0¿ ;

- в разработке рекомендации по внедрению стадийного горения каменного угля на кстле B-22C-S8-540 (КНР).

A i т о р защищает результаты расчотно-тоорчгячэс-ких исследований з рекомендации по использованию.

Структура и объем работы. Диосэртация состоит из введения, пяти глав, выводов х списка литературы, включающего I5S наименований. Работа ссдеряит 133 страницы матангаяс-нсго текста, 9G рнсуьков, 12 таблиц.

ССДЕПИАИТЕ РАБОМ

В первой главе проиеден сбзор литературы, поолл-nsHHOil кинетическим механизма:.: образования fio , tJiû '

- б -

и споссбагл С1СПШЕЯ М, в паровых котлах и других топливо-использукцих установках. Приведены даяние по нормативам предельно допустит ъабросов (ЦДВ) М« , установленным в некоторых прели шленно развитых странах. Перечислены пкепершлентальные и расчетные данные по наиболее распростраченншл способам еклжолля выбросов N0« . Показано, что внутрятспочнло мероприятия, сна-зегзгре гнход оксидов азота, ягляются наиболее э£рект:1вны:.<н н де-гчевшя!. нпх нагбогыпоя распространенна получило ступенчатое сжиганче органгчоокпх топлив. .

Е.дакноЯ главе проанализированы подхода к модаш.-рсвангга процесса образования л рязлсденгл • (¡0, е газовом тракте различных топливоисподьзуюграг установок. Рассмотрены су^ествутегге кпнота-чеакке кехангзи! горения топлтаза ц образования . Б то яо

вреш указывается, что в литературе не имеется достаточного количества данных по , МО з ¿02 . Обоснована важность изучения эгессеи НОс , (1г,о и N02 .

Б ко:ще главы формируются цели настоящей работы и задач:! исследован;:«.

Бо второй главе разработан кинетический г,е-глнизм Э1л:сс:ш ЫгО и , который вшел в ПГШ "РССЛ".

ПШ "РОСЛ" предназначены для расчетных исследований эгасони оксидов азота М* ( ЫО , МгО и НОг ), 2 проведена проворна достоверности данной неделя.

За основу была взяты математическая модель и ШШ " ¿¡ОкЕМО" разработанные на ка^дре ПГС МЭИ под руководством Р.Б. Росл.<з:ова. При участии автора настоящей работы разработан расширенный кинетический механизм эмиссии гемесксида ( МгО ) е дпокочда ( N02 ) азота. Кроме того, уточнены кинетические механизмы реагирования азотсодоркащях компонентов Дл/; ( нСЛ/ и НИз ), заменены л дополнены ряд химических реакций п отдельных кинетических копо-тапт. Итоговый юшетпчеокмй механизм, используемый в работе, включает в себя механизмы горокия углеводородного топлива, образования и разложения НО , НгО в ЫОг , и содеркгт 117 обра-

тмд химических реакщ;!! ЗС реагирующих веществ.

Гатематпческая к одаль расчета эмиссии НО» ( fJO , ÑiO 11 Ñ0¿ )> реализующая предложенный кинетический механизм, сводится к решению прямой задачи химической кинетики, т.е. к решению системы диО)$ерогаи;ашшх уравнений, содержащих совокупнооть кинетических соотнокенпл и уравнений материального баланса, уравнения теплового баланса ;; равнения для изменения давления вдоль газового тракта установки

В качестве численного метода решения выбран метод Гира интегрирования хвсткс.1: системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

Математическая модель была реализована в ППЕГ "РССА", налиоан-ного на языке FOflTR/W . Расчеты выполненные на базе ППП "РОСА" позволяют исследовать: образование и разложение оксидов азота ( fiO , fJiú , f{0¿ ) в тракте тошпшоиспользующнх установок в зависимости от исходного состава топл::ва, коэффициента избытка воздуха, степени обогащения последнего кислородом, температуры л давлетж тспливно-воздуклой смеси.

Проверка математической модели, включающей расширенный кинетический механизм, проведена путем сравнения расчетных результатов с ингаоищшея в литературе экспериментальными дагпшми. Показано, что погрешность расчета с помощью ППП "РОСА" не провылает ± (15 + +- 20)/5 в следующих диапазонах исходных дашшх: коэффициент избытка воздуха d =0,5-5,0 ; степень обогащения воздуха кислородом Kvi =0 - 1,0; доля рециркуляции у =0 - 0,3; температура топливно-«оздушной смеси Т = 6С0 - 30С0 К; давление смеси Р в = С,С1 - 1,0 №.

Б третьей главе рассмотрены основные закономерности эмиссии быстрых fio и факторы, влияющие на нее, определены минимально возмоште уровни выхода ti Ох при сжигании газомазутных теплив в топках котлов.

Согласно экспериментальным и расчетным данным сб]\„зсвш'ле (I0g происходит в начальной зоне факела за очень короткий промежуток

- о -

превши к сопровождается значительным предварительным выходом цна-нлдя водорода НС^ .

Наибольшее влияние на выход НО б оказывают локальные избытка воздуха (Л в зоне реакции. Расчетам!, так хе как х в опытах, получено, что зависимость от Ы имеет экспериментальный характер о максимумом пря сЛ =0,65-0,75 в зависимости от вида топлива. Расчетные исследования показали, что существует два различных механизма эмиссии (рже. 1а).

1) При Ы ^ 0,7 образование /7% происходят до определенных значений, которые далее по факелу не изменяются. При этом конечная величина выхода НОв была тем больше, чем доеныпе Ы . Этот механизм хорошо изучен различными авторами в теоретических

и экспериментальных работах.

2) Пря о( < 0,65+0,70 наблюдается сначала интенсивный рост вОц до максимальной величины НО^** . Затем их разложение

до коночной величины л/Се"" , которая определяется режимными ус-ловояш (с/ ,Т) и временем пребывания в зоне реакции. В этом случае, чем меньше о( , тем меньше конечный выход МОб • Данный механизм ранее но был изучен.

На ряс. 16 пр/ведены расчетные и экспер;швнталыше результа-тк сухарного выхода быстрых к термических оксидов азота в зависимости от избытка воздуха. 1Ь этого видно, что существует две слЗласт;! избытка воздуха, которые характеризуются существенной эмиссией оксидов азота. Одна - пря Ы ? 1,С, выход г10х в которой определяется, б основном, термическими НО . Вторая область и:,:еет примерные гралицц [о/тя* -(0,1+0,15); ^^,+(0,1+0,15)3-Гдесь выход НО полностью состоит из быстрых оксидов азота пр:1 услоЕ;и:, что нот тсплиени:: • этпш областями на-

: с-.гитоя область избытков гоздуха, Е которой имеет место наиг/ень-ерза^-ная пьясскя N0* , г. границу которой к окно щоюрно с.:и'-с.ть как:

с/»;. ~ (0,05+0,1); о/„;, + (0,СГ«-СД). п;,г р-ализац:;.: ты:;'.:: гнутрптспочгшх мероприятий, как сту-

пончатое ил* нестехпомстричеокое сяагмше дня оЭДиктавного слияния образовацжа N0» кеоЛгодимо, чтобы коэффициент лзбитка воздуха в горелко бил примерно равным Ыт;к . Па одной та ; а!1.':я стадий горения при реализации стадийного сжигания то;шла локальный избыток воздуха должен бить меньше ЫтЛх

Тешшратура ь зона реакции также является важным '¿актовом зихосги НОв . По церв повышшшл температуры прсасходот экспо непцкалышй рост И06 . Оцкако прл Т < 150С-16С0 К, которые характерцы для начально! зоны факела реальных установок, влшгкзе теттературы па змгосиг) НО с сугдастьеино меньше 2 монет бить приолдадтелыхо опасапо лгие£поЙ зависимостью.

Су вдствензое влалнза на эшьссдю ^Ое оказывает теми иагрева факела <ртир . С увеллченяаи '^нагр процесс зшосги г)0ъ несколько сцвщался в область более вис ежи температур, а тзиме уиелж-чявался температурный диапазон ^Т^ • в котором происходят пи-ход Н06 . В результате возрастал выход . Расчеты пока-

зали, что мишшльнаа температура, прл которой началась эшссия Мб . составляет Т ^>=1170 - 1350 К в заагсииоста от Ы- «

Состав топлива является одшм из опредалящах выход М0Х факторов. Расчета показала, что эмиссия ЫОб больше в случае сжигания углеводородных тошгов (СН^ , СгИг « )• Суцестлмио ня-ао при сжигании СО а практически отсутствует при салганпя чистого водорода Нг • Из рассмотренных углеводородных теплив ( СМ4 , С,Иг , СгИц ) максимальный выход Н0Б наблюцаотся при саиганкд ацетилена ( С>Нг ), а наименьш;! - при етигаипл метала ( СИ* Это хорошо совпадает о экспериментами Института газа АЛ Украины. Па рис. 2 показана зависимость выхода Л/£?е от параметров, характеризующие состав топлива. Видно, что расчетные и экспериментальные результаты имеют хорошев качественное ц кога-чеотвенное совладение. Все зависимости (за хок'почецупм на;ш!ч?ра

) дмегат мс.нсто'пигЛ характер, по дгл оценки г?:« ■зон:: удобно лепачьзекш» параметр С/ф . В этом случло выход НОв мгкот бить списан лпно/.но-! зависимость!) воды (при о( =1,г, Т= = 175С X).

- 1С -

=<оо( С/0Л , ррм (I)

известно, что подача газов рециркуляции вместе с воздухом и впрыск влагл в зону горения довольно эффективно подавляют образование . Расчеты показала, что подача газов рециркуляции вместе с воздухом таюсе эффективно снижает эмиссию НОь за очет снихеыпя температуры по всей длине факела. Впрыск влаги в зону горения не мскет рассматриваться как средство подавления , т.к. снижает температуру газов в ядре горения уг.е после образования быстрых оксидов азота.

Таким образам, выход ^Ов - мазет быть енлшзн в результате выбора соответствующих локалышх Ы и нешшешшх скоростей нагрева факела ^««гр на начальном участке, а также в результате подачи с воздухом газов рециркуляции.

Одной из целей данного исследования являлось определение минимально достижимого уровня эмиссии ПО* е топках газомазут-еых котлов, т.к. имс;ио для таких котлов' установлены самые газкке нормативы предельно допустшдсс выбросов (ЦДВ). При внедрашш. в нутри топ очных мероприятий практически полностью исключктся эмас-оия термических МО и существенно уменьшится образование топливных N0 (при сгигании мазута). Б этом случае выбросы N0* будут в ссковном определяться эмиссией быстрых . М

Как показали расчетные и опытные исследования, выбросы М* могут составить 55-95 иг/м^ и 115-15С иг/к!3 (в пересчете на о( = =1,4, сухие газы) при ступенчатом саиганки соответственно природного газа и мазута ( =С,Е%). Эти выбросы ¡сие установленного нох^штшза ЦЦВ. Поэтому дчя газомазутных котлов возмахки обеспечить выбросы таке ЦДВ за счет знодрензя совокупности внутрито-

почных мероприятий.

В четвертой главе расомотреш основные закономерности эмиссии гемиоксида ( НгО ) и диокоида ( ЫОг ) азота и факторы, влилгпгв на эмиссию ^гО и ^бг .

Образование НзО до довольно больших значений имеет место только иа ыачгиинсй стадии факела. Сснозными реакциям, по которым протекает его г>:с;ссг.л, явлются следующие:

Ж + НОг -*■ ЯгО ■+ ОН , (2)

НС0+ НО — /fcO + СО , (3)

НЙ + «О - л/гО + И . ('4)

После достижения максимального значения происходит его быстрое полное разлекрпле за счет слрдуи:цлх реакций:

Г1гО т Н — Р(г + ОН , (5)

№0 т ОН tíí H0¿ (-2)

Концентрация aí¿0 б уходядлх газах ничтожна ? ею мсяыо пренебречь. Однако, так пс:;эзал анализ иптегралоЕ реакции, почти весь tiiO » образсвавплйся на начальной стадии факела, переходит d молекулярный азот Нг . Отсюда модно сделать наглый вывод, что чем бслыте азотсодержащая воцоств переходит в HiO , тем меньше будет конечный выход НО и НОг .

Эмиссия НОг происходит как на начальной стадии, так я в послепламеиной зоне. Образование ti О г на начальной стадии протекает за счет реакций:

' но «- H0¿ — НОг * orí, (6)

Л/0 + 0+1 Ñ0¿ ч- М . ' (7)

Однако, tlOi , образовавшийся на этой стадии, так же как и itiO ,

полностью разлагается по реакции:

t/Oi ■* О -<* fiO ■*■ Ог (8)

г ОН -» МО + НОг (_6)

Этп процессы не влияют на концентрацию НОг в уходящих газах. Величина последней определяется только эмиссией f)0¿ в послепла-мениой зоне за счет реакции (7) и в процессе:

НО + Ог /УО, + 0

На рис. 3 представлено влмше состава топлипа на rr.ecnro lízO и fJO¿ . Видно, что наибольший г-ыход НгО' иаблщаетсд при оаиганин легких углеводородов (рис. За), а наибольший выход НОг -при. горении белее тяжелых углеводородов (рис. 36). При сжигании

азотсодержащих топлив содержание азота в тошгиве сильно влияет на максимальный выход КгО и fJOz . но очень слабо влияет на конечный выход fify (рис. Зв,г),

Коэффициент избытка воздуха о( оказывает влияние на выходы НъО и ЫОг по разному. Например, при сяпгании СН4 , Hi и СО рост d вызывает небольшое практически линейное уве-личецие fUOH** , б то же время, как при сжигании С%М+ и CiHi при аналогичном увеличении Л происходит линейный опад tfiO***. .При росте о( происходит снижение выхода (JDiпри охиганжи

I CvHtt ■ * С»Иг и. наоборот, увеличение выхода сжггаш Нг я СО Это объясняется тем, что при сажганяи

Cf|+ , Иг и Co/Hi в силу их химической природы с увелж-чением Ы. происходит увеличение выхода ЦОг , что согласно реакции (2) однозначно вызывает рост образования tho . При сайгаки« СуИг к CiMi, наблюдается обратный эффект, т.е. с роотом избытков воздуха происходит снижение выхода Н0г . Выход Ц0г на начальной стадии факела в первую очередь зависну от количества в этой аоне N"0 , образовавшегося за очет эмиссии быстрых и топливных (если fh > 0) оксидов азота. Известно, что образование быстрого оксида азота в случае сжигания углеводородных тошив снияаотоя при.возрастании (/ до 1,0. Б случае же сжигания Иг и СО с роотом </■ до 1,0 выход быстрого оконда азота увеличивается.

Соновеым режимным фактором, влияющим на эмиссию tiiO и д10г является тешература ь начальной зоне. С ростом температуры факела выходы tiiO и НОг на начальной стадии горения увеличиваются (р4). При атом одновременно заметно возрастает влияние oi на выход МО г (ряс. 46). Аналогичные влияния d на выход ti&O начинают сказываться только при очень высоких температурах горения Т > I9C0 К. При меньших температурах эг.щссил tho на начальна1! стадии горения практически не зависит от dL (ряо. 4а).

Расчот!ше исследования показали, что увеличение максимальной темпоратуры факола Т«»* вызывает экспоненциальный рост соде;;;ання tlOi в уходящих из котла газах.

Елплнно скорости нагрева газов в факеле на выход HiO к

на начальной стадии горения слабо, к им можно пренебречь. Скорость охлаждения газов оказывает болыаов влияние на эмиссию НОг в послопламаниой зоне. Чем меньше скорости охлаждения, том больше концентрация в02 в уходящих газах.

Таким образом, несмотря на очень малую концентрацию th-0 л уходящих газах, рать его заключается в том, что сн сбразуэтся из азотсодержащих веществ топлив и топливных и быстрых N0 , а затеи восстанавливается до fit .За счет воздействия на этот механизм конверсии принципиальна возможно снизить конечный выброс оксидов азота. Конечный выход fJOj в основном определяется процессами, происходящими в послепламонной зоне. Б указанной зоне образования

НОг происходит в результате окисления'оксида азота НО (см. реакция (7) и (-8)). Поэтому для снижения НОг необходимо внедрять мероприятия, направленные на снижение выхода НО

В пятой главе рассмотрен конкретный котел Е-220--98-540, предназначенный для сяигания каменного угля месторождения Цзися (КНР). Котел выпускается Харбинским котельным заводом. Пп основании проведенных в настоящей работе исследований была, прещтрзпя-та попытка разработать конкретные рекомендации по синпсештю окейдов азота НОх до уровня современных экологических нормативов.

Топочная камера котла призматическая, открытая, газоплотная, оборудована четырьмя прямоточными тангенциальными пнлеугольгав.-к го-редкая:, которые имеют ряд каналов для подачи аэросдаси и воздуха.

Ввпду отсутствия опытных данных по выходу оксидов азота для данного котла, предварительная оценка гагхода Н0Х проводсна с помощью пакета прикладных программ (ГОШ) " ВНОх роализупщего отраслевую методику РД 31.02.301-СЯ по расчету г.ыбрсссв окон,дев азота с дш.'.овш/л: ггл.чмп котлов в загчюиг.'остг. от ронянных и кгтелруктг'л-;п1х параметров, и ПИП "ГССА", рапработ irtjçoro при учаотпи автора. Кзмечочяо тутора туры по д^нгте ^лиола, но обхода: юп для пенслъзовл-ит*л ПГ31 TOCA", находилось с лгогда) лозонксго топленого чпеотп топки. 1Гг,лучтшо величины скенл.с1 rao?*» при г.опэльаава'гл двух уяз-шлс ::пгопгь близки, это пезвелдот гадоя.тьсч, что рлочелта! тпосгя N0* б.ли.т:а к яр*отр"?т>лги отачадтм. ГлоточЛ га/брсо гнен-

доь азота для -заводокогс одшигои составил (и по^есчи-ге на Ñ0¿ ь сухих газгх при о( =1,4) ЕБ6 - 350 иг/ы".

По анализу результатов расчета и оснсшгавг факторов, влияю на Э1цисошо H/Ûi , определено, что для склжшкя выхода НО* h топке котла В-220-9,8-540 приэде всего необходимо рацленаль юе распределение локальных избытков воздуха <*л«« по длине факела.

Для определения оптимальных условии реализации стадийного сан-гания топлива проведены расчеты 12 вариантов оргашгэацни подвода ыоричиого и третичного воздуха (рис, 5).

Обобщение результатов численного эксперимента позволяет сфорг.у-лировать некоторые рекомендации по оптимальной реализации сгадиино-го снш:ения с целью минимизации конечного выброса НО* :

1. Па начальном участке факела необходимо поддерживать избытки воздухе o/i в диапазоне : < a¿i <г< , где V/ - выход летучих (в долях); - коэффициент избытка воздуха, при котором, выход быстрых НО достигает максицума. Бремя пребывания газов на этой стадия должно быть достаточным, чтеоы обеспечить достаточное восстановление ÑO* до Нг

2. IIa второй стадии горения величина избытка воздуха 0(2 должна составить: о(, ■= Ым*, -(0,C5f0,I) = 0,5 + 0,6 для того, чтобы снизить образование H Об и ti0юл* .

3. На третьей стадии Ыз сС,22 + С,94, чтс<5и предотвратить образование термических . НО при высоких тешературах.

4. Па четвертой (заключительной) стадии необходимо обеспечить полное догорание топлива. Сюда подезтея оставшийся воздух до

- oif- ¿Ыт.

Для реализации этих рекомендации конструкция герелочного устройства долина обеспечивать разделенно подаваемого в топку воздуха на несколько потоков и их подвод к струе аэроомесп на соответствующей расстоянии.

Была разработана . конструкт л реконструированных горелок и охомд полвши потеков воздуха. Для обеспечения стадийности сжигания злi', итоунчгыЗ воя,дух делится на трг части, которые подаются в топ-

Рис.1. Влияние избытка воздуха на выход термических

и быстрых оксидов азота при сжигании природного газа

Рио.2. Влияние состава топлива на выход быстрых оксидов азота

при сжигании углеводородных топлив (♦ эксперимент/!/"1«/; расчет)

ррт 30

25

20

t5

(О

Л 1

11 11 1 •

/. и M ('

I1 1 * ' s

о н il ii

• 1

О О?* 0,50 07* С/Н

а)

ррт Ао

Зо

20

(о

НгОы )

V

ррт 1.2

1.0

0,8

CL 6

°Л 0.2

ноГ'

A ot=(

- у ^—>

V»<0

Хл

О 0,25 050 0J5 С/ц

5)

ррт 80

6о

АО 20

HOi *

1 /rWT"

/

/

О,А 0« А'.х 6)

04 "Д П

Рис.3. Влияние состава топлива (а,б) и содержания азота топлива (в,г) на шхоц Н:Ю и N02

О

¡)

Рис.4. Влияние температуры горения на чаксиуальный выход ЫЮ и И02

Ьоо бос /Я» Им 1Чх> -С, цс.

Рис.5. Динамика выхода оксидов азота в топке котла ' Е-220-9,8-540

ку по раиллчшлл напраплднлягл в горизонталь л nil плоскости. 'ipe ггч-!шй воздух дсдгодптсл ь осполиса поток иад оснсие-л: городкам;.

Реализация этого варлалта, согласно расчетам, полот у..'а'гъ:ил'л> выброс сг.слдое' йога до 173 ¡л/г.г5 (в пересчете да Н0г л jj ллх газет лрл Ы =1Г4). Это лрлпорно в 2 разе лешьло по с доходили пагоделли варлаитсы.

ОСг.СБЖ ВиЪОДЦ

1. Подгс.''-:лс лл уссвг^епстжд'.аллсл версия" разраоотпллого panes L I.iJÜ на:'.-;Til з^аглала^ прогрел.:, лозвилтелая прешгди'.ь расчетные лсслсдсллл.д ло ооразовалла л разлг::;енхо оксида ti О , го--¡люлелда fitО л длслолда H0¿ азота прл сглгаллл орлаличос-клг топллв в плрокс;! длалассзе роал1ллил л кслстрултлв'лп; уелои:;:}.

2. Có^aaовалло оыстриг окладов азота латлл:ается лрл относл-тельло НСВЫС01СЛХ тотк^атурах факела T<f =!17С - 1о5С К, завл-сяцлх от ретлаелд услонгй. л состава топлива, л происходит в узКу.ч температурном дкапазояо, равней ¿T «=50 + К.С К. lipa зтел выход быстрых оксидов азота увеличивается с ростом скорости прогрева факела и увеллч^плеи параметров С/И л С/Ог , ха^актерн-зудадлх состав спиваемого топлива.

3. В зонах горения с локагьпыт.а изблтлалл лоздуха мене а С,6'н +0,7 происходит восстановление быстрых оксидов азота до ;.игтокуляр-ного азота. Ч елень вссстановлашо НО больпе, чем лелк.е

Ыиок • Обнаруетеннцй з^вкг мсгрт быть с устхом рсаллзопа-: лрл-стадсИло:: сга:гарлд тспллв для ¡.гпнллизацнл выхода слслд'л азота.

4. Введенные норлатльы предельно допустп.ллх влбрсосв Uvi-O оксидов азота лрл слоиялд газа я мазута в телках котлов ;.\лут быть вшолзеяы за счет впутрлтопечппх ."стсдог, без лр:::/'Г^': -н счистка газов. Дчя данных топллг лрлла;ипиае!>но Г1"з\:о..ло сучзс::-ч выбросы НО* на 30 - 50 ijt/i.i^ inrae установленных Шл; в Á з:>улг.7лтр впедралхя совокупностг впутрлтопечпых .''.»ропрелтии,

5. Образование гемиокелда К г о л диоксида t¡0z ало га тлс-но связало с эшсскей оксида НО азота ло всей дчлпз газегчто тракта. 1лаод fco' шлеет г.ссто на panneü стадии геролгл, кг ело

восстановления до tit содержагля fU0 з уходящих из котла газах не превышает десятых допей, ррм при скитании разных топлив. Чем больше азот топлива на начальной стадии горэния переходит в tfiO , ,тем меньше будет конечный выход токсичных НО и ti 0г

6, Эмиссия ■ МО, происходит как в начальной зоне факала, так к в послсчламвнной области, включая газоход котла. Ссновше рехияшо и топлообшшные характеристики имеют однонаправлзнпое воздействие как на эмиссию ЫОг , так и на эмиссию НО . Конечный ылод ЦОг в паровых и водяных когаах макет достичь нескольких ррм.

7. Разработаны рекомендации по оптимизации стадийного скитания тошш), позволяющие минимизировать выбросы tiOt . Предлокеио горел очное устройство стадийного сжигания для котла В-220-9.8-540, напускаемого Харбинским котельным заводом для ашгания каменного утля 1.:еоторсвдеихя Цзиои (КНР). Внедрение данной горелки позволит снизить выбросы скслдсв азота до 173 мг/м3 (в пересчете да ti0г в сухих газах при d =1,4).

ПШШШЕ1 ПО ДАННОЙ даССЕРТАЦДОШСЙ РАБОТЕ

1. Росляков П.В., Чгун Бэйцзин. Эмиссия термических а быстрых оксидов азота в зависимости ст условий слагался газомазутных теплив /Al Всесоюзная конференция "Теплообмен в парогекераторах": Тезисы докладов. Новосибирск, 199С. - С. IC4-I05.

2. Рооляков П.В., Чхун Бэйцзин, Тимофеева G.A. Минимальное достижение уровня эмиссии оксидов азота в топках котлов // Теплоэнергетика, 1292, й 8. - С.

3. Росляков П.В», Колесникова JX.S,,. Чкук Бэйцзин. Пакет прикладных программ для расчета эмиссии окоидов оеры и азота в энергетических установках //"Хамическал физика процессов горения и взрыва". Кинетика химических реакций. Тезисы X Симпозиума по горепип

и взрыву. - Черноголовка - 1992. - С. 35-3G.

MtWlUOkllo К ПШЛТН

_______¡со '_

IH.llíl рафии МЭМ, К|>11НОКДЛрМСНН»Я, 13.