Современное развитие теплоэнергетической отрасли, как в Российской Федерации, так и в зарубежных странах больше всего определяется экологическими требованиями, предъявляемыми к состоянию атмосферного воздуха.
Вероятная опасность загрязнения воздушного бассейна связана с процессами утилизации топливав виде сжигания, что сопровождается образованием целого ряда вредных примесей. При использовании природного газа, к таким примесям прежде всего относятся окислы азота NОx и продукты химического распада. Инструментальное определение и периодический контроль фактического количества опасных веществ, выбрасываемых в воздушный бассейн котельными установками, являются частью системы природоохранных мероприятий, осуществляемых промышленными предприятиями в соответствии с действующим законодательством [1, 2].
Для уменьшенияконцентрации выбросов оксида азота в воздушный бассейн широкое применение на ТЭС нашли малозатратные методы. Многолетний опыт исследований, процессов образования окислов азота на выходе из котлов при сжигании природного газа и мазутаза счет топливно-воздушного разбалансапо горелкам, выявил влияние на эти процессы избытков воздуха. Используя данные результатов экспериментальных исследований были разработаны практические рекомендации по эффективному внедрению способов нестехиометрического сжигания топлива, с одновременным присутствием в топочной камере раздельных восстановительной (α<1) и окислительной (α>1,2¸1,25) зон горения при сохранении традиционных избытков воздуха на выходе из котлов без существенного ухудшения их технических, экономических показателей и надежности работы[3,4].
Так для котлов ТГМ-84 «А» подходит метод топливного разбаланса осуществляемый перераспределением подачи топлива в горелки при равномерной раздаче воздуха по всем горелочным устройствам. Для этого все воздушные заслонки горелок полностью открыты, при этом аэродинамические характеристики камеры сгорания, условия воспламенения и выгорания топлива практически не изменяются.
Двухступенчатое сжигание топлива с успехом реализуется на котлах ТГМ-84 «Б» и ТПЕ, при нагрузках менее 75 % от номинальной. Во время рабочего цикла через горелки в топочную камеру подаётся топливо с малым количеством воздуха (α<1), а остальная (необходимая для полного сгорания топлива) часть воздуха проходит через отключенные по топливу горелки. Основными достоинствами данного метода являются универсальность по топливу и высокая эффективность снижения оксидов азота.
Метод воздушного разбаланса применим к котлам ТГМ, при нагрузке более 75 % номинальной паропроизводительности. И осуществляется перераспределением подачи воздуха по горелочным устройствам путем частичного прикрытия воздушных заслонок перед частью горелок при равномерной раздаче топлива. Не полное закрытие индивидуальных воздушных заслонок перед соответствующими горелками обеспечивает перераспределение воздуха, путем переток дополнительного количества воздуха на остальные горелочные устройства, воздушные заслонки которых остаются полностью открытыми. При этом общее потребление котлом воздуха остается неизменным, что можно наблюдать по содержанию кислорода в дымовых газах на выходе из топки. Нагрузка котла при данном способе сжигания топливарегулируется давлением воздуха в общем коробеи подачей топлива на котел.
Данные исследований показывают, что оксид азота полностью формируется в объеме топочной камеры котла (в крайнем случае – до поворотной камеры котла) и далее его концентрация по всей длине газового тракта не меняется. Изменение содержания окислов азота в камере котла возможно только за счет поступления холодного воздуха в газовый тракт котельной установки. В стандартных условиях (сухие газы, = 1,4, 0оС, 101,3 кПа) концентрации окислов азота на все протяжении газового тракта котельной установки остаются на неизменном уровне.
Значения концентраций NO (пересчитанные на стандартные условия) изменяются при разных режимах работы котла и зависят только от режимных условий в топке котла, которые определяются нагрузкой котлоагрегата и коэффициентом избытка воздуха в активной зоне горения. Таким образом для осуществления контроля выбросов оксида азота или настройки экологически чистых режимов работы котельного оборудования, содержание окислов азота в продуктах сгорания углеводородовможет измерятьсяна протяжении всего газового тракта после поворотной камеры.
В процессе исследований оказалось, что выход оксидов азота существенно зависит от химического недожога топлива. Причем основное уменьшении эмиссии NO встречается уже при возникновенииотносительного недожога топлива: при повышении содержания окиси углерода в продуктах сгорания в сечении РВЭ от 0 до 50 ppm происходит снижение содержания окисловазота на четверть или 30 %. При последующем повышении недожога, когда концентрация СО увеличивалось с 50 ppm до нормативных значений (240 ppm или 300 мг/м3), происходило дополнительное снижениеконцентрации оксида азота на 10-12 % в зависимости от начального значения. При сжигании природного газа используя контролируемый химический недожог можно добиться заметного снижения выбросов NO. Однако, увеличение химического недожога сверх значений CO = 100-150 ppm приведет к низкому последующему эффекту и увеличению концентрации токсичных веществ в дымовых газах.
Список литературы:
- Махнутин А.К.,Кавалеров Б.В. О вопросах применения газотурбинных установок и парогазовых установок в энергетике // Вестник ПНИПУ. 2015. №15. С.84-96.
- Росляков П.В. Проблемы российского топливно-энергетического комплекса // Вестник МЭИ. 2003. № 5. С. 20-26.
- Росляков П.В., Закиров И.А., Егорова Л.Е., Ионкин И.Л. Исследованиеспособа нестехиометрического сжигания природного газа и мазута //Теплоэнергетика. 1997. № 9. С. 69-75.
- Росляков П.В., Закиров И.А., Ионкин И.Л., Егорова Л.Е. Внедрение малозатратных схем нетрадиционного сжигания топлив на ТЭС //Теплоэнергетика. 2004. № 12. С. 6-12.
