2. Методы снижения концентраций оксидов азота в продуктах горения, применяемые при проектировании газогорелочных и

топочных устройств

Из анализа основных факторов, оп­ределяющих необходимые условия для образования NО, а также дополни­тельных, возникающих в реально про­текающих процессах, можно класси­фицировать методы, направленные на снижение содержания N_xO_y в продук­тах горения, выходящих из агрегатов, разделив их на две группы. В первую группу следует включить способы сни­жения образования оксидов азота, которые в основном определяются конструкцией и режимом работы газогорелочного устройства. Во вторую группу войдут конструктивные и ре­жимные мероприятия по организации топочных процессов, включая разме­щение газогорелочных устройств в стенах и сводах топки.

При конструировании газовой го­релки и определении ее оптималь­ного режима работы следует стремить­ся к обеспечению хорошего смесеобра­зования, равномерному распределе­нию температур по длине факела и снижению максимума температур, ко­торый наблюдается на расстоянии одного-двух диаметров отверстия горел­ки от начала факела горения. Основ­ное влияние на снижение содержания оксидов азота в продуктах горения оказывает газогорелочное устройство. Дадим оценку газогорелочным устрой­ствам, методам их реконструирования и проектирования, а также отработке режимов работы с позиций максималь­ного снижения образования оксида азота, используя исследования, прове­денные ИГ АН УССР, ВНПО «Союз-промгаз» и другими организациями и авторами.

1. Эффективными способами сни­жения образования N0 являются: сжигание газа при минимальных из­бытках воздуха (α= 1,02...1,05), в тонком слое (что сокращает время пребывания реагирующей смеси в зоне реакции) и с максимальной тепло­отдачей из зоны горения (что снижает температуру в этой зоне). Такой про­цесс сжигания газа организуется в го­релках инфракрасного излучения. Эксперименты показывают, что содер­жание оксидов азота в продуктах горения этих горелок составляет 0,02... ...0,03 г/м³, что на порядок меньше содержания N_xO_y в продуктах горе­ния промышленно-отопительных кот­лов. Следовательно, горелки инфра­красного излучения могут быть поло­жительно оценены с рассматриваемых позиций.

2.У горелок атмосферного типа, которые заняли основные позиции в коммунально-бытовой газовой аппа­ратуре, факел формируется двухстадийно, так как первичный воздух в размере 40...60 % теоретически не­обходимого количества подмешивает­ся к газу до выхода смеси из горелки, в результате чего формируется внут­ренний конус пламени. Во внутреннем конусе часть газа сгорает в тонком кинетическом пламени с равномер­ными, пониженными температурами и малым временем пребывания смеси в зоне горения, остальная часть газа вы­горает во внешнем конусе по диффуз­ному принципу. Такой способ сжига­ния сокращает образование оксидов азота в пламени. По имеющимся огра­ниченным экспериментальным дан­ным, содержание NO в продуктах го­рения таких горелок не превышает 0,03 г/м³. Таким образом, сжигание газа с разделением воздуха на первич­ный и вторичный оказывается доста­точно плодотворным с позиций сниже­ния выхода окислов азота. Такой спо­соб в более широком толковании, называемый двухстадийным, в настоя­щее время достаточно широко приме­няется в топочных устройствах для снижения выхода N_xOv.

3.В туннельных горелках можно осуществить сжигание газа с мини­мальными избытками воздуха менее 1,05. Это способствует снижению кон­центрации кислорода в зоне высоких температур и снижает выход NO. Но малая теплоотдача из туннеля не спо­собствует снижению температуры в туннеле, поэтому у туннельных горе­лок выход NO немного ниже, чем у промышленно-отопительных котлов с оборудованием их обычными горелка­ми. Так, при величине α≈1,03 и тепло­вом напряжении туннеля в 45.:....60 МВт/м³ содержание N_xO_v в про­дуктах горения составляет 0,16... 0,17 г/м³. Сокращение длины тун­неля до l/D_T=3,3 снижает выход окси­дов азота на 30...40 %, что связано со снижением температуры ввиду уве­личения теплоотдачи из зоны горе­ния. Снижение тепловой нагрузки тун­неля способствует уменьшению кон­центрации NO.

4.Турбулентные (вихревые) горелки с закрученным потоком воздуха характеризуются неравномерностью выгорания газа по длине факела и вследствие этого локальным повышением температур. Повышение температур приводит к увеличению выхода оксидов азота. Для снижения содержания N_xO_v в продуктах горения применяют: двухстадийное сжигание газа; подачу воздуха двумя потоками периферийным закрученным и прямоточным осевым в зону максимальных температур факела вихревой горелки. Отладкой режима такой горелки мож- но добиться существенного снижения концентрации оксидов азота. Раскрытие амбразуры в сторону топки также способствует снижению выхода NO.

5.Реализация в газогорелочных устройствах ступенчатого подвода воздуха, рассредоточение фронта пламени (переход на многофакельные горелки) позволяют существенно снизить содержание оксидов азота в продуктах горения. Для таких горелок большое значение имеет отработка режима, в частности отыскание наивыгоднейшего значения коэффициента первичного воздуха с тем, чтобы обеспечить минимальную концентрациюN_xO_v.

Ряд мероприятий по снижению содержания оксидов азота затраги­вают конструктивные решения котлов и печей, в частности их топочной части и режимов сжигания газа. Эти мероприятия отнесены ко второй груп­пе и в основном сводятся к следую­щему:

1) для снижения температуры в зоне горения эффективным способом является экранирование топки, в част­ности применение двухсветных экра­нов. Расположение в топочной части косвенных излучателей увеличивает теплоотдачу в топке без повышения температуры, что способствует сниже­нию концентрации N0;

2) применение рециркуляции продуктов горения, обеспечивающей поступление в зону интенсивного горения частично охлажденных продуктов горения, снижает температуру в топке и концентрацию кислорода и тем самым уменьшает интенсивность образования N0;

3) применение двухстадийного сжигания с подачей вторичного воздуха в топку способствует снижению концентрации N0, но этот метод требует тщательной отработки аэроди- намического режима топки.