Авторы: Васина Марина Владимировна, Игнашина Ксения Олеговна

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №16 (120) август-2 2016 г.

Дата публикации: 14.08.2016

Статья просмотрена: 137 раз

Библиографическое описание:

Васина М. В., Игнашина К. О. Снижение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от отходящих газов топливосжигающих установок ТЭЦ // Молодой ученый. — 2016. — №16. — С. 463-466.



Сжигание топлива — не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в природную среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающий парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50 % двуокиси серы, 35 % окислов азота и около 35 % пыли.

В промышленно развитых странах в качестве наиболее дешевого способа снижения выбросов в атмосферу рассматривается применение высококачественных углей — сортированных, низкозольных, низкосернистых, а в маленьких слоевых топках котельных — экологически чистых бездымных и малодымных углей с ограниченным выходом летучих веществ.

Действующие на территории России стандарты на угли для слоевого сжигания предлагают очень широкий спектр марок и сортов углей: от антрацитов до длиннопламенных, от сортированных концентратов до рядовых, технологическая и экологическая эффективность сжигание которых может колебаться в значительных пределах.

На практике, как правило, поставки углей для котельных осуществляются с близлежайших угледобывающих предприятий без выбора топлива с наиболее оптимальными теплотехническими и экологическими характеристиками. Как правило, уголь сжигается в рядовом виде с содержанием золы от 15 до 30 % и сортированном — крупностью менее 6 MM свыше 40 %. Высокая зольность и замусоренность топлива мелочью способствует повышению его расхода и соответственно всех выбросов в атмосферу. Добавка к низкореакционным углям высокореакционных практикуется на многих котельных. Такие смеси сжигаются довольно легко. По выходу летучих веществ смеси соответствуют углю марки СС.

При сжигании «бездымного» топлива, котельные, оборудованные слоевыми топками с неподвижными колосниковыми решетками и ручным забросом топлива, могут быть экологически безопасными даже при отсутствии газоочистного оборудования. Одновременно происходит существенное снижение выбросов продукта неполного сгорания: удельные выбросы СО снизились на 80–95 % [1].

В настоящее время в рамках выполнения экологической программы на большинстве теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) проводят реконструкцию советских, морально и технически устаревших электрофильтров на котлоагрегатах, что позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу на 8–10 тыс. тонн в год и достичь европейских стандартов: КПД вырос с 98,5 до 99,9 %.

Для оптимального скоростного режима работы котельного агрегата типа БКЗ-420–140, используемых в большинстве случаев на ТЭЦ, необходима реконструкция горелок котла.

В этом случае можно рекомендовать следующие пути реконструкции:

1) Установка в реконструируемой горелке новой разделительной обечайки с лопатками завихрителями, двух новых образуемых каналов вторичного воздуха — примыкающего к каналам аэросмеси и охватывающего его коаксиального промежуточного канала вторичного воздуха и перегородки в воздухоподводящем патрубке.

2) Установка поворотных шиберов в каналах входного патрубка для обеспечения в каждом из каналов вторичного воздуха расчетных скоростей вторичного воздуха.

Рис. 1. Реконструированная горелка:1 -корпус горелки; 2 — входной патрубок вторичного воздуха; 3 — входной канал внешнего потока вторичного воздуха; 4 — разделительная перегородка входного патрубка горелки; 5 — входной канал внутреннего потока вторичного воздуха; 6 — входной патрубок внешнего потока аэросмеси; 7 — входной патрубок внутреннего потока аэросмеси; 8 — центральная труба; 9 — внешний канал вторичного воздуха; 10 — устройство регулирования поворота лопаток внешнего канала вторичного воздуха; 11 — поворотные лопатки канала вторичного воздуха; 12 — внутренний канал вторичного воздуха; 13 — лопатки внутреннего канала вторичного воздуха; 14 — внутренний канал аэросмеси; 15 — внешний канал аэросмеси; 16 — лопатки внутреннего канала аэросмеси; 17 — лопатки внешнего канала аэросмеси

Указанная настроечная и регулирующая арматура монтируется в отдельном патрубке, примыкающем к фланцу воздухоподводящего патрубка корпуса горелки.

3) Установка двух колонок группового дистанционного управления поворотными шиберами с общим приводом к каждой группе горелок на одной стороне топочной камеры.

4) Дополнительно к этому объему работ предусматривается установка отклоняющего конуса на выходе наружного потока вторичного воздуха.

5) Рециркуляция продуктов сгорания в топку котла

Метод заключается в возврате части продуктов сгорания из газового тракта котлоагрегата в топочную камеру (рис. 2).

Причины пониженного образования оксидов азота:

‒ снижение максимальной температуры горения в результате разбавления охлажденными продуктами сгорания;

‒ балластировка зоны образования ΝО продуктами сгорания, т. е. снижение концентрации реагирующих веществ;

‒ растягивание зоны горения, т. е. снижение температуры факела в результате большей теплоотдачи от его поверхности.

При использовании метода рециркуляции в энергетических котлах были исследованы [1, 2] несколько способов ввода газов в топочную камеру: через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок и подмешивание газов в дутьевой воздух перед горелками.

Наиболее эффективным оказался последний способ, при котором в наибольшей степени происходит снижение температуры в ядре факела, а степень снижения образования ΝО — (50–70) %.

Рис. 2. Рециркуляция продуктов сгорания в энергетических котлах: 1 – воздухозаборная шахта; 2 – дутьевой вентилятор; 3 – топочная камера; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба; 6 – дымосос рециркуляции; р – линия рециркуляции продуктов сгорания

Оптимальное количество рециркулируемых газов в энергетических котлах 20 % от расхода продуктов сгорания. Принципиально возможны 2 схемы отбора рециркулируемых газов (рис. 2):

‒ точка I — из газохода под разряжением, т. е. из всасывающей линии дымососа; при этом необходим специально устанавливаемый рециркуляционный дымосос;

‒ точка II — из газохода под давлением, т. е. из напорной части дымососа.

Преимущество первой схемы в том, что отбор газов на рециркуляцию при помощи специального рециркуляционного дымососа позволяет регулировать расход отбираемых газов. Недостаток — затраты на установку и эксплуатацию дымососа.

Преимущество второй схемы в том, что отпадает необходимость в установке специального дымососа (газы поступают в топочную камеру за счет остаточного напора основного дымососа). Недостаток этой схемы — запаса в напоре основного дымососа, как правило, недостаточно для отбора оптимального расхода газов. В этом случае степень снижения оксидов азота уменьшается до (40–30) % и менее.

В промышленных котлах используется преимущественно вторая схема, т. е. отбор газов на рециркуляцию осуществляется из напорной части газового тракта. При этом дымосос и вентилятор устанавливаются в непосредственной близости друг от друга с целью снижения аэродинамического сопротивления газохода рециркуляции.

Это позволяет осуществить отбор оптимального расхода возвращаемых в топку продуктов сгорания и способствует снижению уровня образования оксидов азота в промышленных котлах до 50 % при условии установки специальных дожигательных устройств.

Реконструкция штатных горелок рассматриваемой ТЭЦ, каждая из которых состоит из двух автономных горелок в одном корпусе (с двумя каналами аэросмеси и двумя концентрическими каналами вторичного воздуха) сводилась к организации третьего канала вторичного воздуха и выполнении регулирующих шиберов в подводящих воздушных каналах для регулирования соотношения скорости отдельных потоков вторичного воздуха. Каждое из этих двух мероприятий создает специфическое независимое воздействие на подавление оксидов азота. При установке в канале вторичного воздуха дополнительной разделительной цилиндрической перегородки с образованием трех изолированных (по всей длине горелки) каналов вторичного воздуха с аксиальными завихривающими лопатками в каждом из этих каналов существенно изменяется характер и интенсивность смесеобразования в факеле. Это связано, прежде всего, с изменением аэродинамической структуры потока на выходе из горелки.

При практически идентичных значениях параметра крутки для смежных потоков аэросмеси и вторичного воздуха на выходе из горелки складывается плотный вихревой поток, образованный этими кольцевыми потоками. На границе раздела этих слоев формируется интенсивный мелкомасштабный турбулентный массообмен, способствующий завершению смесеобразования в факеле. Монолитный вихревой поток вторичного воздуха и аэросмеси создает также крупномасштабную турбулентность с вихревых переносов части продуктов горения к корню факела (зона обратных токов), ускоряющую подогрев топливных частиц, их воспламенение и выгорание. Интенсификация горения при такой структуре факела способствует более быстрому формированию зоны активного горения, смещению ее к участку наиболее интенсивного образования оксидов азота.

Таким образом, за счет разделения каналов вторичного воздуха складывается возможность снижение выбросов оксидов азота. Сравнение данных по испытаниям реконструируемого котла (660 мг/м3) и по измерениям на существующих заводских котлах (800 мг/м3) в характерном эксплуатационном режиме (в работе три пылесистемы, нагрузка 370 т/ч) показывает различие концентрации оксидов азота (при идентичных значениях избытка воздуха на обоих котлах), которое составляет около 150 мг/м3.

Литература:

  1. http://coaltrading.ru/images/document/file_1402647271.pdf
  2. Шульман В. Л., Курочкин А. В., Шульман-Симаков Д. Л., Горяев Ф. В., Дегтярев М. Б. «Экологическое совершенствование двухпоточных (сдвоенных) угольных горелок»// Материалы VIII Всероссийской конференции с международным участием «Горение твердого топлива». Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СОРАН, 2012., С.110.1–110.9
Основные термины (генерируются автоматически): вторичного воздуха, канала вторичного воздуха, каналов вторичного воздуха, оксидов азота, потока вторичного воздуха, продуктов сгорания, канал вторичного воздуха, образования оксидов азота, вторичного воздуха расчетных, патрубок вторичного воздуха, скоростей вторичного воздуха, энергетических котлах, вторичного воздуха дополнительной, поток вторичного воздуха, каналами вторичного воздуха, потоков вторичного воздуха, Рециркуляция продуктов сгорания, лопатки канала вторичного, внешнего канала вторичного, внутреннего канала вторичного.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос