Традиционные методы топочного подавления образовавшихся nOx при горении топлива

Все методы основаны на тех или иных способах снижения температуры горения топлива с дополнением, где это можно снижением избытка воздуха в зоне горения. Дожигание топлива реализуется при α<1, а температура горения, к сожалению, не удается опускать до 900 ^oС при факельном сжигании.

Методы:

1. Уменьшение температуры в зоне горения, тем самым снижая тепловые напряжения в этой зоне (при увеличении объемов топки, объема горящего факела в топке).

Этот метод является наиболее эффективным, но в России до недавнего времени был запрещен. Данный метод является основным решением на котлах передовых фирм, в которых высота топки достигает 100 м, а площадь поперечного сечения топки 36×36 м. Такие котлы запрещены в России, т.к. у нас минимизируются размеры, сокращается расход металла и бетона для установки конструкции и т.п.).

2) Рециркуляция дымовых газов в горящий факел топки

Полностью или не до конца охлажденные дымовые газы сбрасываются в топку в зону горения топлива. Если котел работает с малыми присосами воздуха по тракту, то газы рециркуляции балластируют (они инертные, происходит затягивание горения) и одновременно охлаждают зону горения. В обычных угольных топках горение происходит при температуре 1500-1600 ^oС, при сжигании газа температура в топке составляет 1200-1300 ^oС, а температура газов рециркуляции 100-300 ^oС.

ЗАМЕЧАНИЯ:

1. В течение последних 40 лет все фирмы пытались организовать газовую рециркуляцию на угольных котлах, но в последствии отказались от этого. Это связано, прежде всего, с тем, что наблюдался существенный золовой износ дымососов рециркуляции газов, коробов рециркуляции от дымовых газов.

2. Во всем мире рециркуляция используется при сжигании газов и жидких топлив. Кроме того, в настоящее время рециркуляция обязательна для всех новых газомазутных котлах. Рециркуляция газа используется для регулирования температуры острого и вторичного пара на блочных котлах.

Самым эффективным методом подачи газов рециркуляции в топку является смешение газов вместе с воздухом. При подмешивании от 5 до 15% всех дымовых газов к воздуху перед горелками с температурой газов 250-300 ^oС можно добиться снижения образования NO_x при сжигании газа на величину от 20-30 до 60-70%. Если применять специальные горелки, то снижение NO_x достигает 80-90%, чего нельзя достичь другим способом без увеличения недожога. На мазуте уменьшение NO_x достигает от 30-40 до 60% (данные получены 30-35 лет назад в Японии, в Америке – 20-25 лет назад).

Противопоказания метода:

а) Метод очень хорош на котлах с регулируемыми горелками, которые позволяют изменять крутку, расход топлива и воздуха. Но эти горелки либо современные зарубежные, либо старые отечественные (производства 70-х годов прошлого столетия). На нерегулируемых газовых горелках такой эффект получить невозможно. При увеличении доли газов рециркуляции в смеси появляется сильный химический недожог и сажеообразовавние. На новых стандартных горелках (отечественного производства) метод не дает результата выше 40-50% (Тюменская ТЭЦ, Сургутская ГРЭС).

б) Снижение экономичности при увеличении доли газов рециркуляции, увеличиваются затраты на дутье и ДРГ, увеличивается напор ДВ (по мнению ВТИ). Некоторые авторы считают, что увеличение затрат на тягу составляет порядка 20-30% (нормативное значение 5-7%). Если проводить тщательные расчеты с учетом перераспределения тепловосприятия в пароперегревательных поверхностях, изменения расходов воды на впрыск, то могут увеличиваться потери теплоты с уходящими газами, но они являются индивидуальными для каждого котла. Газы рециркуляции приводят к перераспределению тепловосприятия по поверхностям нагрева. Потери с уходящими газами трудно определить, т.к. их определение зависит от возможности теплосъема ВП и ВЭ. Если ВП имеет запас по мощности, то можем иметь пониженную температуру уходящих газов.

в) Не вводят уходящие газы в топку, т.к. их температура порядка 100 ^oС.

В типовых отечественных решениях допускаются затраты на тягу и дутье вместе с химическим недожогом с уменьшением КПД нетто менее чем на 0,2-0,3%. Электростанции работают на грани превышения ПДВ. Блоки СУГРЭС работают с запасом ПДВ, поэтому не считают нужным включать ДРГ, при этом существенно увеличивается образование NO_x.

Все остальные вводы газов рециркуляции в топку менее эффективны и отличаются более высоким и быстрым снижением КПД котла.

Рис. 1. r=10-15%, концентрация NO_x снижается на 40-60%

Рис. 2. . r=10-15%, концентрация NO_x снижается на 20-25%, (q₄+q₃) увеличиваются на 0,5%.

Газы рециркуляции

Рис. 3. Ввод газов рециркуляции в рассечку между периферийным и центральным потоками воздуха. r=15-20%, концентрация NO_x снижается на 40-60%, (q₄+q₃) увеличиваются на 0,2-0,3%.

Рис. 4. Ввод газов рециркуляции по оси горелки. r=1%, концентрация NO_x снижается на 20%. Данный ввод показывает лучшие результаты по снижению, но при этом резко возрастает недожог.

Все остальные способы ничтожны.

Если на котле большие присосы воздуха по тракту и содержание кислорода в месте отбора газов за ВЭ значительно выше, чем в топке, то эффективность рециркуляции газов резко снижается и может быть даже равно нулю. Т.к. газы рециркуляции вводят в зону горения кислород, реальная температура горения увеличивается, следовательно увеличивается концентрация NO_x. Поэтому подача газа вместе с воздухом эффективно только на газоплотных котлах.

Схемы двухстадийного сжигания.

Зона сжигания топлива растягивается в топке и делится на две зоны: в I зоне α<1, а во II зоне α>1. происходит затягивание горения, увеличение объема факела, при этом уменьшается температура горения и тепловые напряжения, а следовательно уменьшается образование NO_x. Дополнительно вступает механизм, который до 90% не учитывает, но он тоже снижает NO_x. В I зоне происходит дополнительное подавление образования термических NO_x, т.е. получаемых из молекулярного азота.

Если схема грубая, то сжигание топлива с избытком воздуха во II зоне может приводить к чрезмерному увеличению образования NO_x в этой стадии, что уменьшает суммарную эффективность подавления NO_x. Появляется недожог, не только химический, но и механический при сжигании твердого топлива. Массовое внедрение этой схемы произвела немецкая фирма «Steinmuller» (конец 60-х годов 20 века).

Рис. 5. Концентрация NO_x снижается на 20-30%. Схема является необоснованной.

В зоне часть NO_x может восстанавливаться в N₂ (сейчас данный факт учитывается). В зоне α>1 полностью сжечь топливо не удается. В результате появляются следующие недостатки: появляется недожог, а эффект подавления NO_x ограничен.

Разнообразные схемы двухстадийного сгорания

Наименее чувствительное снижение КПД и появление недожога происходит при сжигании природного газа. Более сложная ситуация обстоит при сжигании твердого топлива.

В+Т

В+Т

α >1

α<1

Рис. 7. В – воздух, Т – топливо.

Рис. 8. В – воздух, Т – топливо. Steinmuller 1968-1969 гг., в 70-е года поставили крест на данной схеме.

Рис. 9. В – воздух, Т – топливо.

Рис. 10. а) В – воздух, Т – топливо. Существует n-вариантов; б) мозаичная разбивка в зоне горения факела (Устюгов).

Устюгову удалось сократить концентрацию NO_x с 700-800 мг/м³ до 100-200 мг/м³.

Рис. 11. Т – топливо

Ведущие зарубежные фирмы пришли к выводу, что снижение концентрации оксидов азота недостаточно, т.к. при этом увеличивается недожог. Предложили создать восстановительную атмосферу (CO + H₂) в зоне горения факела при двухстадийном сжигании.

(!) NO + NO₂ + CO + H₂ = N₂ + CO₂ + H₂О

Реализовать этот процесс оказалось сложно, т.к.:

- во-первых, скорость восстановления NO_x в N₂ при t=1000 ^oС на два порядка ниже, чем скорость образования NO_x при горении. Причем, чем выше температура, тем разница скоростей выше, а при равновесной температуре t=900 ^oС эта разница минимальна.

- во-вторых, необходимо, чтобы концентрация восстановительной атмосферы превышала стехиометрию восстановительной атмосферы и NO_x.

- в третьих, после восстановления оксидов азота, избыточный CO и H₂ необходимо дожечь, причем, температура при дожигании увеличивается и снова образуются оксиды азота.

- в четвертых, перемешивание газов с восстановительной атмосферой с воздухом, необходимым для их дожигания, при t=1000 ^oС очень сложно выполнить, т.к. газы при этой температуре имеют вязкость в 3 раза выше, чем вязкость воздуха, а плотность в 3 раза меньше (при этом резко гаснет турбулентность потока). При t=800-900 ^oС резко снижается скорость окисления СО в CO₂. А при t=500-600 ^oС уменьшается скорость окисления H₂ в H₂О. поэтому необходимы десятки секунд, хорошее перемешивание, в современных топках таких зон для обеспечения восстановления N₂ нет. Снижение температуры с 1200 до 800^oС в поверхностях нагрева проходит через несколько метров, это расстояние газы преодолевают за десятые доли секунд. Ширина топки составляет от 5-7 до 30 м и продуть ее струйками воздуха практически невозможно.

Попытка организовать частичное восстановление NO_x в факеле была предпринята в конце 70-х, начале 80-х годов в зарубежных странах (трехступенчатое или трехстадийное сжигание). Эту технологию хорошо реализовывать на высоких узких топках.

Рис. 12. В₃ – третичный воздух из решетки воздушных струй.

В самом лучшем исполнении эта схема выполнена на английских котлах (в том числе в Италии, Турции, Греции, США, Индия). Концентрация NO_x снижается на 50-60% без сильного роста недожога (!). Потери от механического недожога составляют 6-7% (на котлах в США).

Для эффективного подавления оксидов азота необходимо предельно увеличить II зону, кроме того, полностью дожечь CO + H₂ в III зоне без сильного повышения температуры уходящих газов.

Рекомендации по выполнению данной схеме были выпущены в 1985 г. В Евросоюзе.

К середине 80-х годов европейские специалисты поняли, что эта технология – тупик, нужны радикальные решения.

Три направления выхода из тупика:

1. Установка катализаторов для восстановления NO_x (распространен был в 80-е годы).

2. Низкотемпературное сжигание (данный метод проигрывает по экономическим и теплотехническим показателям).

Сжигается топливо при t=850-900 ^oС, когда скорость образования оксидов азота равна или чуть меньше скорости восстановления NO_x в N₂.

Имеет следующие недостатки:

- большой недожог при сжигании твердых топлив;

- топливо надо постоянно перемешивать с воздухом, для этого используется кипящий слой (псевдоожижение), циркулирующий кипящий слой (увеличение зоны восстановительной атмосферы и обеспечение дополнительной циркуляции топлива и золы для углубленного выгорания углерода C) и вихревые технологии (циклоны прежде всего);

КИПЯЩИЙ СЛОЙ:

- всегда сложнее и дороже кипящий слой;

- трудно поддерживать процессы на оптимальном уровне;

- проблемы недожога решаются недостаточно;

- повышаются затраты электроэнергии на собственные нужды в 2-3 раза как минимум;

- NO_x тоже образуются, причем больше, чем хотелось бы (вместо 100 образуется 300-400 мг/м³;

- образование топливных NO_x с небольшим содержанием быстрых NO_x.

ЦИКЛОНЫ:

- не удается обеспечить низкотемпературный процесс сжигания, т.к. они работают при высоких температурах;

- сильный износ;

- шлакование;

- увеличение NO_x.

3. Создание новой технологии сжигания с позонным управлением механизма образования топливных, термических и быстрых оксидов азота (самое эффективное, дешевое и главное с 90-х годов по настоящее время направление).

40 лет в нашей стране пытаются организовать низкотемпературное сжигание в горящем вихре в нижней части топки (ВИР-технологии). Эти топки себя не оправдали, т.к. не обеспечивается экологическая безопасность и они экономически невыгодны. Кроме того, они являются неконкурентоспособными. Последние 2-3 года возникли вихревые низкотемпературные технологии (создание специальных топок с использованием O₂ ) при температуре 500-800 ^oС (сжигание газа).

Развитая схема трехстадийного сжигания с выделенной зоной горения.

Недостаток: невозможность создания развитой восстановительной атмосферы во II зоне.

Во всех котлах, где нет высоких узких топок, эти технологии потерпели провал. Т.к. имеет место недостаточность пребывания газов в восстановительной атмосфере или неравномерность смешения во II зоне, либо подавление оксидов азота недостаточно низко, все это сопровождается недожогом и снижением кпд котла на 1-3%.

Если подавать в III зону дополнительный воздух для снижения недожогов, то не удается дожечь топливо либо из-за малых размеров зоны перемешивания в верхней части топки, либо при достаточном перемешивании газов и воздуха быстро растет температура газов в верхней части топки, что сопровождается ростом образования оксидов азота.

К концу 80-х годов установки 2-х и 3-х стадийного сжигания были демонтированы в большинстве стран (кроме России).

Специалисты американских компаний попытались решить проблему следующим образом.

Рис. 13

Д ля коммерческого использования эта технология оказывается непривлекательной.

Перестали делать новые крупные котлы, создавать новые технологии сжигания топлива, которые оказались и дешевле и проще.

Рис. 14 «Jenschevuald» N=500 МВт. NO_x меньше 700-800 мг/м³ получить не удалось.

ДВ-3

α =1

Рис. 15. N=500 МВт на буром угле.

Топливо сжигается при больших скоростях топлива при α <<1. вся топка встает под восстановительную атмосферу, восстановление идет ступенчато, чтобы не увеличивалось содержание оксидов азота.

Дожигание СО производится в конвективных высокотемпературных поверхностях нагрева (1992 год). В результатате C_CO, С_NOх=200 мг/м³ , что соответствует европейским стандартам, а механический недожог составляет 1% (против 1,2-1,3% на лучших блоках РефтГРЭС).

Кроме этого, появление этой технологии привело к тому, что в Китае перестали использовать кипящий слой и другие низкотемпературные технологии сжигания топлива (кроме горючих сланцев и отходов углеобогащения).

Эта технология получила несколько названий: двухзонное сжигание, ступенчатый ввод воздуха, стадийное сжигание в восстановительной атмосфере.

Топка котла энергоблока N=1040 МВт и отопительной нагрузкой 250 МВт самая экономичная на бурых углях (Niederausem). Высота топки составляет около 100 м, она квадратного сечения с шириной 36 м.

Горелки расположены на всех четырех стенах топки, они прямоточные, работающие на буром угле. Общая высота котла составляет 160 м. Топка башенного типа, все поверхности нагрева расположены в верхней части топки. Сейчас этот котел принадлежит компании «Alstom».

α <<1

Рис. 16. «Westfalien» (Hamm, Hammover) два ЭБ N=760(800)МВт.

Для блоков на буром угле N=950 МВт и отопительной нагрузкой более 250 МВт используется топка с постадийно управляемым вертикальным вихрем.

α>1

Рис. 17. «Alstom», Sulzer, RWE.

Достоинства:

1. Увеличение времени пребывания газов во всех зонах процесса (более глубокое восстановление оксидов азота);

2. Полное заполнение топки горящим факелом, что при большом сечении и высоте означает уменьшение температуры горения;

3. Повышенная интенсивность перемешивания топлива, воздуха и дымовых газов, что позволяет повысить глубину протекания химических реакций, выразить постадийное неполное сгорание топлива;

4. Изменение расхода воздуха, топлива и углов наклона горелок, что приводит к более эффективному управлению и настройки процесса горения в широком диапазоне нагрузок.

По мнению американских инженеров на базе топок Sulzer концентрация оксидов азота сокращается до 70-100 мг/м³ .

В нашей стране попытки были в 90-х годах на котлах ЛЕНЭНЕРГО (Мерик, Шатиль). Например, на Верхнетагильской ГРЭС на котлах с помощью специальных горелок и вовлечением процесса присосов воздуха через стенку была организована эта схема (только без рециркуляции дымовых газов) с достижением желаемого результата.

На базе схемы ЦКТИ Siemens разработал аналогичную схему сжигания для транспортных газовых турбин (серии «.3А»). непревзойденность технологии была показана и отработана в 1993-1995 гг.

Американские материалы показали, что эффективным действием является выделение II зоны с подачей высокореакционных топлив в эту зону. А при переходе с малой установки на крупную снижается эффективность из-за увеличения недожога, топливо в этом случае не догорает.

Постепенно отказывались от данной технологии в пользу стадийного нестехиометрического сжигания. В топке образуется восстановительная атмосфера, топливо сжигается в нескольких стадиях, каждая из которых направлена на избирательное подавление оксидов азота. В верхней части топки после сгорания основной части топлива и газификации твердого остатка проводят дожигание топлива при α>1.

Здесь действуют 2 группы механизмов:

1. Избирательный (α<1)

2. Длительная выдержка промежуточных продуктов сгорания в промежуточной восстановительной атмосфере.

На этих механизмах работают самые современные и лучшие энергоблоки мира.

В нашей стране эти технологии пытались разработать на РефтГРЭС.

Суть технологии различается и зависит от производителей установки.

Росляков (МЭИ) в 80-90 гг. установил, что при разном дефиците воздуха в факеле, разных диапазонах температур горения в факеле происходит избирательное восстановление или топливных, или термических, либо быстрых оксидов азота.

Из этой теории выделяют 4 принципа, которые можно положить в основу создания сжигания в восстановительной атмосфере с минимальным образованием оксидов азота:

1. Если топливо сжигается при α=0,9-1,0 (т.е. дефицит воздуха составляет 10%) и при t=1500 ^oС и ниже, то происходит минимальное образование термических NO_x. В отечественной практике указанная температура не нашла подтверждения, возможно она ниже и составляет примерно t=1300 ^oС. Т.к. на немецких котлах топки оснащены специальным прибором, который фиксирует температуру факела, а персонал не допускает ее роста выше t=1200 ^oС.

2. Если топливо сжигается при α=0,8-0,9 (что соответствует дефициту воздуха 15-20%), то имеет место минимальное образование суммы быстрых и термических NO_x.

3. Если топливо сжигается при α=0,65-0,75 (т.е. дефицит воздуха составляет 25-35%), то происходит максимальное образование топливных NO_x.

4. Если пиролизные газы (газы выхода летучих) при воспламенении топлива сжигаются с недостатком воздуха, необходимого для их полного сгорания, то в этом случае происходит минимальное образование NO_x.

Существует мнение, что летучие нужно сжигать с избытком воздуха равным ½ от необходимого.

У каждой компании своя методика и своя схема сжигания, например, Hitachi сжигает в 4-5 стадий в восстановительной атмосфере.

Применение схемы в индивидуальном факеле горелки

Нулевая зона противоречит теории Рослякова, т.к. в ней α <<1.

Эта схема на старых американских и новых немецких или швейцарских котлах мощностью 400-500 МВт на разном топливе обеспечивает С_NOх<200мг/м³ . При химическом недожоге на отдельных американских котлах С_NOх=150-200мг/м³ , СО примерно также, но на нескольких немецких энергоблоках получают (q₄+q₃)<1% (!). Эта схема внедрена на нескольких газовых котлах в Санкт-Петербурге, на Верхнетагильской ГРЭС.

На отечественных котлах удалось получить в течении 10-15 лет сжигание газа и мазута при α=1,02 и ниже (ВтГРЭС) и α=1,03-1,04 (ЦКТИ). Длительно поддерживалась концентрация оксидов азота на уровне С_NOх=150-180 мг/м³ (мазут) и С_NOх=115-120 мг/м³ (газ). Главными проблемами при внедрении этой схемы на котлах являются:

1. Такие горелки дают длинный факел на грани обрыва, поэтому должны использоваться стабилизаторы горения.

2. Плохое перемешивание газов на периферии факелов, особенно в задней части факела. Без специальных воздействий на аэродинамику факела сжигание без сажеобразования практически невозможно.

3. Дожигание в восстановительной атмосфере в верхней части топки затруднительно, т.к. на отечественных котлах нет зоны выдержки и зоны для восстановительной атмосферы.

- при температуре t=1000 ^oС в верхней части топки, где газы имеют плотность в 2-2,5 раза меньше, а вязкость в 2-2,5 раза большую, чем воздух останавливается перемешивание продуктов сгорания с воздухом, ухудшается турбулентность. На коротких топках происходит быстрое охлаждение газов до 900 ^oС и ниже. При этом резко падает скорость окисления СO в CO₂. При температуре 500 ^oС останавливается окисление водорода до водяного пара.

- топка имеет большее сечение с вязкими газами, которые имеют большой продольный импульс, а воздуха для дожигания необходимо немного, причем, его температура составляет 300 ^oС. Перемешивание воздуха с вязкой широкой массой продуктов сгорания быстро невозможно, при этом угарный газ и водород не будут гореть. А увеличение количества воздуха приводит к увеличению концентрации углекислого газа на выходе из топки, что в свою очередь приведет к увеличению потерь теплоты с уходящими газами.

Топки для реализации этой схемы

Органы ЕС предложили такие топки еще в 1985 году. Эти топки имеют следующие особенности:

- топки малонапряженные, температура горения пониженная;

- топочный объем максимально полно заполнен топочными газами;

- горящей факел растягивается по всей длине, что в сумме приводит к уменьшению температуры горения (на бурых углях температура горения составляет примерно 1200 ^oС);

- нижняя часть топки или ее половина, а в отдельных агрегатах и 3/4, работает при α<1, т.е. топка стоит под восстановительной атмосферой, таким образом большее количество оксидов азота восстанавливается до молекулярного азота;

- в нижней части восстановительной атмосферы топки организуются зоны с разным дефицитом воздуха и разной температурой для избирательного подавления топливных, быстрых и термических оксидов азота.

Схема организации таких зон у разных фирм существенно отличается, а точные сведения не публикуются, представляя собой коммерческую тайну.

По мнению большинства европейских специалистов лучше всего подходят высокие топки квадратного сечения. Горелки располагаются либо на 2, либо на 4 стенах топки, число ярусов может быть от 1 до 6 в зависимости от топлива и схемы организации восстановительной атмосферы. На каменном угле горелки специальные вихревые, на буром угле – горелки прямоточные со сложной струйной системой в 1-2 яруса в нижней части топки на 4-х стенах. В верхней части топки, чаще всего в 2 яруса (реже в 1 или 3 яруса) на 2 или 4 стенах располагаются ряды воздушных сопел для управляемой подачи воздуха в среднюю и верхнюю часть топки для постепенного и максимально полного выгорания восстановительной атмосферы и для снижения итогового механического недожога.

Проблемы:

1. Необходимо полностью перемешивать дополнительный воздух с вязкими топочными газами и делать это постепенно, чтобы при дожигании в восстановительной атмосфере не было увеличения температуры горения, и при этом не возрастала концентрация оксидов азота. Чаще всего встречается схема с 2-мя рядами сопел, расположенными далеко друг от друга на выходе из топки.

2. Дополнительная проблема работы поверхностей нагрева топки при восстановительной атмосфере на угольных котлах, когда в топочных газах неизбежно содержание сероводорода. Высоколегированные стали, восстановительная атмосфера и сероводород вызывают интенсивную высокотемпературную коррозию. По неофициальным данным на котлах увеличивается число отказов из-за свищей, вызванных коррозией поверхностей нагрева в нижней части топки. Точные данные засекречены фирмами и производителями.

На некоторых крупных европейских котлах, где используются цельносварные топочные панели с нулевыми присосами воздуха, на топочных стенах делают десятки лючков или окон, через которые, видимо, в наиболее опасные зоны подают небольшое количество воздуха для ликвидации восстановительной атмосферы в узком слое у стен топки, либо делают специальные сопла вдоль стен.

Стоит серьезная проблема точного дозирования воздуха, которая требует высокой культуры и проектной эксплуатации котлов. Например, такие котлы имеют аномально высокие топки (60-100 м), воздуховоды для ярусов или групп горелок делают вертикальными с точными калиброванными устройствами измерителей расхода.

В последних разработках немецких, американских и японских фирм с конца 80-х годов даже горелки оснащали датчиками кислорода по отдельным каналам горелок. Эта задача очень сложная.

Современные котлы для экологически чистого сжигания твердого топлива чаще всего с башенной компоновкой имеют полную высоту от 120 до 165 м. На некоторых зарубежных котлах оснащали специальными горелками низкотоксичного сжигания. Горелки располагали встречно-несоосно (в шахматном порядке), чтобы факела горелок не били друг в друга, а лишь касались периферий друг друга. Это резко улучшает перемешивание топлива, воздуха и восстановительной атмосферы, позволяет установить работу с дефицитом воздуха, предельно газифицировать твердый остаток угля в летучей золе, а также более равномерно заполнить топку, вести процесс при относительно умеренных температурах. Следовательно, можно сформулировать следующие преимущества:

- уменьшается количество оксидов азота;

- уменьшение канцерогенов в саже;

- уменьшение механического недожога.

Американские инженеры на многих крупных котлах со встречным расположением горелок (ТГМП-204) переделывали схемы на встречно-несоосное расположение простым образом – смещали горелки одной стены на пол шага вертикально.

Вихревые топки увеличивают время пребывания топочных газов на 2-3 секунды в зоне реагирования, это позволяет глубоко газифицировать твердый остаток и задержать оксиды азота в восстановительной атмосфере.

Доклад В. Рыжкова о загрязнении воды

На ТЭС есть следующие водные потоки:

1. Свежая вода

2. Безвозвратные потери

3. Обратные потери

4. Капельный унос

На нужды циклов идет до 15% основного конденсата, включая все потери работы ГЗУ и подпитки всех видов.

Основные загрязнители:

1. Система ГЗУ (для твердых топлив) требует от 15 до 40 кубометров воды на тонну золы и шлака. Системы ГЗУ должны быть оборотными. ГЗУ зависят от марки топлива и технологии его использования. Число pH изменяется от сильнокислотного до сильнощелочного. Наиболее опасными отложениями являются:

2. Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами (масло, мазут). ПДК=0,1-0,3 мг/кг.

3. Обмывочные воды (содержат до 0,5%

4. Сточные воды консервации оборудования (пусковые и технологические промывки оборудования реагентами: гидразин, аммиак и др.)

Очистка сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.

Степень очистки достигает до 95%, шлам направляется на золоотвал. Это не допустимо для электростанций развивающихся стран (их стандарты предусматривают очистку вод до питьевого качества). Объемная флотация при этом совмещается с введением коагулянта и отделением всей уловленной массы в специальные водохранилища, а в странах с жесткими требованиями делают ступень флокуляции, что позволяет улавливать и собирать до 100% в хлопья все оставшиеся нефтепродукты.

Обезжиривание обмывочных вод КА и ВП, а также вспомогательного оборудования.

Обмывочные воды обрабатываются известковым молоком (pH=9-9,5), отделяют образовавшийся шлам (до 5%) соединений V, Ca и др.

При этом увеличение содержания гипса с примесью других соединений Са (50% и более).

Гораздо эффективна двухступенчатая очистка:

I ЭТАП: вводят гидроксид Na (pH=4,5-5). Объем шлама после отстаивания составляет порядка 20%, обмывочной воды содержится 5-6% твердой взвеси ( ).

II ЭТАП: осветленную воду обрабатывают известковым молоком (pH=9,5-10). После 7-8 часов объем шлама составляет 25%, а концентрация твердого вещества до 9%.

Основные компоненты шлама:

и др. вещества 10-15%

Шлам можно использовать в металлургии и других технологиях.

Шлам после II этапа направляется на золошлакоотвал и способствует его закреплению. Осветленная вода имеет pH=9-10% и содержит до 2-3% соединений Ca.

Особенности очистки сточных вод и консервации оборудования

Зависит от примесей в воде. Главной задачей является: удаление жиров и улавливание органических соединений средств консервации с металла. Вода подается в специальные баки-нейтрализаторы, объем которых может в 10 раз превышать емкость промываемого оборудования. Чаще всего они представляют собой бассейны, разделенные на две секции: отстойник и нейтральная секция сбора осветленной воды для повторного использования.

Основной метод использования осветленных вод состоит в создании накопительных отстойников. Способом сокращения сточных вод является разделение золы и шлама (пневмоудаление золы).

В перспективе после внедрения мокрой известняковой сероочистки необходимо будет предусматривать оснащение ТЭС специальной системой очистки этих вод с утилизацией хотя бы части их теплоты.

В настоящее время разрабатываются схемы Na-катионирования. Существуют схемы с частичной или полной утилизацией сточных вод.

Комментарии В.Н. Потапова к докладу

Перечисленные технологии носят разрозненный характер и не всегда эффективны. В настоящее время на ТЭС развитых стран применяют две концепции обработки сбросных вод до питьевого качества в сочетании с предельным снижением пароводяных потерь. Пароводяные потери уменьшают не только совершенствованием оборудования и режимов работы, но и организацией баков-расширителей с разными давлениями и температурами с подачей чистого пара из них в основной цикл.

Вся система водоподготовки и утилизации сточных вод существенной уменьшает количество реагентов и все процессы можно автоматизировать.

Из всех концепций можно выделить две:

- одна используется на крупных ЭБ и содержит общий бассейн сбора всех вод, где происходит их взаимная нейтрализация в сочетании с химической корректировкой pH и состава. После отстойников и фильтров воду подвергают объемной флотации с вводом коагулянта. В наиболее совершенных схемах используется флокуляционная схема с очисткой воды до питьевого качества. Остается проблема переработки хлопьев, которые содержат остаточные примеси.

- вторая концепция – система полной переработки сбросов, используемых на промышленных и отопительных ТЭЦ с разным возвратом конденсата различного качества. Такие системы состоят из сбора всех сбросов, разделенных на 6-7 типов. Для каждого потока разрабатывается своя индивидуальная схема очистки.

Система получается более сложная и дорогая, но компактная и ее можно автоматизировать.

Особенностью является то, что воды, содержащие масла после обработки направляются на повторное использование на ТЭС. А до питьевого качества доводятся только те воды, которые не содержали нефтепродукты и масла.

Много говорят о мембранной очистке вод, но они имеют ряд недостатков:

- дорогие

- ограничены в мощности

- применяются на отдельных энергообъектах.

Серьезную проблему представляет собой очистка сточных вод мокро-известковой и особенно мокро-сухой сероочистки от соединений ртути, кадмия, таллия. Особенно это актуально для мусоросжигательных заводов, включенных в систему выработки электроэнергии и теплоты. Таких систем много разработано.

Применение испарительных установок не получило широкого распространения из-за:

- дорогие

- большие потери теплоты и электроэнергии на перекачивающие насосы

- не смогли наладить работу испарителей без накопления отложений соединений Са на рабочих поверхностях.

В России самая близкая установка была смонтирована на Тобольской ТЭЦ. В настоящее время судьба этой установки не известна.