Лекция 6. Технология денитрации при сжигании энергетических топлив на тэс

Основные особенности процессов снижения азотосодержащих выбросов ТЭС:

• большой удельный вес в загрязнении воздуха вблизи ТЭС приходится на долю окислов азота: NO_x, NO, NO₂, N₂O₃, N₂O₅.

• к вредным веществам однонаправленного действия отнесены близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека: сернистый газ + двуокись азота;

• при сжигании высокосернистых топлив, при высокой трубе, обеспечивающей условие C < C_ПДКi с учетом суммации действия SO₂ и NO₂ нормы иногда превышаются в 1,5–2,0 раза;

• в крупных городах выбросы окислов азота от ТЭС суммируются с выбросами NO_x от автомобилей и промышленных предприятий.

Природа образования окислов азота:

• образование NO_x в результате окисления азота воздуха при высоких температурах сжигания ("воздушный" азот);

• разложение и окисление азотосодержащих соединений, входящих в состав топлива ("топливный" азот).

Обычно в составе NO_x – NO и NO₂, причем NO – 95–99%, а NO₂ – 1–5%.

По "газообразному" азоту.

Теория академика Я. Б. Зельдовича до сих пор является основной при изучении образования окислов азота.

N₂ + O₂ ↔ 2 NO – 43 ккал

Сложный цепной характер, скорость реакции определяется в основном уровнем температур и концентрацей кислорода в зоне реагирования.

С понижением температуры происходит разложение NO_, но при быстром охлаждении продуктов горения (как в современных котлоагрегатах), они как бы "замораживаются" и влияние обратной реакции на результат небольшой.

По "топливному" азоту.

Кинетика образования "топливных" окислов азота пока еще изучена недостаточно.

Некоторые результаты исследования:

• при высокотемпературном сжигании мазута Т_ф = 1776 °С, содержащего 0,2% азота, доли "тепловых" и "топливных" NO_x в диапазоне коэффициентов α = 1,15–1,25 были примерно равны. При меньших избытках воздуха " топливные" уже достигли большую часть окислов;

• при сжигании битуминозного угля (N^p = 1,17%, A^p = 10,4%) с любыми избытками воздуха доминировали "топливные" NO_x;

• при сжигании газа (и только) можно говорить о четкой зависимости удельных выбросов NO_x от мощности топочной камеры (растет толщина излучающего слоя и повышается время пребывания в высокотемпературной зоне);

• при сжигании мазута и тем более угля, роль играет содержание азота в топливе, а также режим горения (четкой связи между NO_x и мощностью мазутных пылеугольных агрегатов проследить не удается).

Способы снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания

При разработке технологических способов снижения образования окислов азота в топках котлоагрегата с учетом кинетики окисления газообразного азота учитывают:

1. Снижение избытка воздуха на всех видах топлива приводит к снижению выбросов окислов азота. Предел применимости этого способа – появление продуктов неполного сгорания (CO), увеличение содержания горючих в уносе, увеличение шлакования поверхностей нагрева (при сжигании угля) и высокотемпературная (ванадиевая) коррозия топочных экранов.

2. Рециркуляция дымовых газов при сжигании газа и мазута позволяет в 2–3 раза уменьшить выбросы NO_x без снижения надежности котлоагрегата и при небольшом снижении его экономичности. (= 15–30%) газы подаются в горелку в смеси со всем воздухом или по прямоточному наружному каналу со скоростью равной или выше скорости воздуха.

При сжигании твердого топлива больший эффект дает рециркуляция газов в пылесистему, так как при этом, как правило, снижается доля первичного воздуха. Рециркуляция дымовых газов во вторичный воздух влияет слабо.

3. Двухступенчатое сжигание – подача через работающие горелки только части необходимого для горения воздуха. Остальной воздух подается через специальное сопло или "холостые" горелки, расположенных выше работающих горелок.

При сжигании газа такая организация топочного процесса в 2 раза снижает выброс NO_x, при сжигании мазута – на 30–40%.

Этот опыт существует пока только на мазутных к.а. докритического давления. На с.к.д. котлоагрегатах надо учитывать высокотемпературную коррозию топочных экранов (особенно при высокосернистых мазутах).

На твердом топливе метод ребернинга (многоступенчатого сжигания) применим только для малосернистых и малошлакующих углей в топках с твердым шлакоудалением.

4. Рассредоточение золы горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела. Установка большего числа сравнительно мелких горелок, расположение горелок в несколько ярусов по высоте, установка двух световых экранов в топке. При сжигании газа и мазута эти меры дают хороший эффект, для твердого топлива изучены недостаточно.

5. Уменьшение нагрузки котлоагрегата – чрезвычайная мера, например при особо неблагоприятных метеоусловиях.

При снижении нагрузки на 25% , снижение выбросов NO_x составляет: на газе – 50% , на мазуте и твердом топливе – 20–30%.

Для твердого топлива этот способ действует только при высокотемпературном горении при Т_ф 1600 °C. При Т_ф 1450 выходNO_x от нагрузки котла не зависит.

6. Рациональная организация факельного процесса горения. Этот метод особенно эффективен для твердого топлива. Торможением подмешиваемого вторичного воздуха к аэросмеси. Выбором необходимых скоростей, круткой потоков или созданием экранов из инертной среды между аэросмесью и вторичным воздухом можно добиться эффекта двухступенчатого горения внутри факела.

Внедрение горелок ВТИ, в которых газы рециркуляции вводятся в рассечку между двумя потоками воздуха, при сжигании мазута – снизило в 3–4 раза NO_x. При обычной рециркуляции такое снижение значительно меньше, например при сжигании твердого топлива – снижение NO_x в 2 раза (блок 270 МВт ТЭС Гастон – США A^c = 13,2%, N^p = 1,5%, = 6650 ккал/кг).

7. Химическое воздействие на факел. Применяют различного рода присадки:

• разрывающие звенья цепи образование NO;

• присадки для разложения окислов азота в топке к.а.

В последнее время применяют присадку металлоорганических соединений к жидкому топливу.