
- •Особенности факельного сжигания
- •Образование оксидов азота в факеле вихревой горелки
- •Влияние качества топлива
- •Способы, основанные на снижении температуры
- •Способы, основанные на снижении избытка воздуха
- •Специальные конструкции горелок
- •3.2.6. Восстановление оксидов азота в топочной камере
- •3.2.7. Топки с кипятим слоем как метод снижения
- •Влияние качества топлива
- •Методы, основанные на снижении температуры
- •Специальные конструкции горелок
- •5.2.1. Расчет суммарных выбросов
- •Расчет удельных выбросов оксидов азота
- •Расчет удельных выбросов для газомазутных котлов
Расчет удельных выбросов для газомазутных котлов
В отечественной и зарубежной литературе опубликовано большое число работ, в которых предлагаются различные эмпирические методики для расчета выбросов оксидов азота газомазутными котлами.
Первой значительной работой, посвященной этому вопросу, было исследование И. Я. Сигала [19], предложившего формулу для инженерных расчетов концентрации оксидов азота, которая явилась обобщением измерений, проведенных на 104 котлах различной мощности. Формула, однако, не учитывает влияние топливного азота.
Этим же недостатком обладает упрощенная методика, предложенная в 1975 г. американскими специалистами [111]. Более обоснованной представляется методика другой группы американских исследователей [112], опирающихся на результаты измерения оксидов азота в дымовых газах на четырех огневых стендах и на 60 котельных установках. Количество топливных оксидов азота авторы этой методики однозначно связывают с содержанием азота в топливе. К топливным NOX нужно прибавить тепловые (воздушные) оксиды азота , которые зависят от плотности теплового потока в горелочной зоне q3 r. Недостатком этой методики является то, что при расчете как топливных, так и
тепловых оксидов азота не учитываются изменения режимных и конструктивных параметров.
В 1977 г. С. А. Тагором и А. М. Калмару была предложена методика расчета образования оксидов азота, которая обеспечивала хорошую сходимость с экспериментальными результатами, полученными на мазутных котлах, имеющих производительность горелок от 0,6 до 3 кг/с и теплонапряжение в зоне горения Q/FiT = 0,3-?2,5 МВт/м2 [113]. Эта методика учитывает, в отличие от предыдущей, влияние некоторых режимных и конструктивных параметров, однако при изменении содержания азота в топливе расчет по этой методике может привести к серьезной ошибке.
Значительный интерес представляет полуэмпирическая методика, разработанная Т. Б. Эфендиевым и другими сотрудниками ВТИ [114]. Ее отличительной особенностью является использование кинетических уравнений образования термических и топливных оксидов азота. Однако при переходе от простейшего случая гомогенного горения топлива в проямоточном факеле к реальным котлам, отличающимся сложной аэродинамической структурой, взаимодействием факелов отдельных горелок между собой и с ограждающими поверхностями нагрева, были допущены некоторые упрощения. В результате использование методики в некоторых случаях (в частности, при сжигании природного газа с рециркуляцией дымовых газов) давало результаты, значительно отличающиеся от экспериментальных.
Сотрудники Таллинского политехнического института [115] предложили методику расчета термических и топливных оксидов азота с поправкой, учитывающей влияние процесса образования сернистого ангидрида на эмиссию NOX. Методика, однако, не учитывает влияние таких важных факторов, как конструкция и мощность горелки, наличие или отсутствие газов рециркуляции, ступенчатого подвода воздуха и т д.
Хорошие результаты при сопоставлении расчетных и экспериментальных результатов дает методика, разработанная в САФ ВНИИПромгаз [34]. Эта методика, как и многие другие, основана на принципе аддитивности топливных и воздушных оксидов азота:
cNO2 = cNn02 + cN(?2 • (5.20)
При сжигании природного газа Cno2 = 0, а при сжигании азотсодержащих топлив
с^ол2 =1,25 (ат — 0,8)(Nr)0,9 (2 -0,00077Тмакс). (5.21)
В диапазоне Oj. = 1,02-? 1,15, Nr = 0,1-? 1,0 и TMdKC = 1800-?2100 К это выражение дает отклонение от экспериментальных результатов в пределах ± 15%.
Для расчета второй составляющей — воздушных оксидов азота — авторы предложили уравнение
(5.22)
Обработка опытных данных, полученных на крупных газомазутных котлах при изменении ат и Гмакс, позволила вывести уравнение
< Кр =0,21 + 0,208(0,— 1)^0,0‘^макс ~ 16,5 - н
й - 0,024(ат - 1)2е0’02Гмакс “ 33. (5.23)
В диапазоне а, = 1,01 + 1,12 и Гмакс ~ 1800+2100 К это уравнение дает отклонение от экспериментальных данных в пределах ± 10%.
(5-24)
Выражение (5.24) было проверено в следующем диапазоне входящих в него величин: FT =60+218 м2; и, = 2+7; £>а =0,8 + 1,1 м; FC1 = = 630+3090 м2; Яг=2,5+10м; Ят = 16+27 м и 5СТ = 1,2+3,9 м.
При необходимости в вычисленное по (5.22) значение Cf<o2 вводятся поправки, учитывающие:
отклонение нагрузки от номинальной:
< = (&/<?;) 1>25; (5.25)
место ввода и степень рециркуляции дымовых газов г:
Kr=\-Qrr, (5.26)
где г — коэффициент рециркуляции газов, %; Qr = 0,0025 — при вводе этих газов в под топки, 0,01 — при вводе газов в шлицы под горелками, 0,0125 — при вводе в горелки по периферийному кольцу и 0,025 — при смешении газов рециркуляции с воздухом.
Привлекательность изложенной методики состоит в том, что она позволяет не только рассчитать концентрацию оксидов азота в дымовых газах (при наличии работающего котла проще измерить содержание NOj в отобранной пробе газа), но и нацеливает конструктора котла на создание такого топочного устройства, которое способствует меньшему загрязнению атмосферы оксидами азота.
128
5.3. УПРОЩЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА
ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОТЧЕТНОСТИ
Изложенные методики расчета выбросов оксидов азота за редким исключением достаточно сложны и требуют знания таких параметров, которыми владеют только конструкторы (при проектировании котлов) или наладчики (при проведении наладочных испытаний на действующих котлах). Между тем работники многочисленных электростанций должны регулярно составлять отчетность по форме 2-ТП (воздух) в соответствии с ’’Типовым положением об организации контроля за выбросами в атмосферу на тепловых электростанциях” (М., СПО Союз- техэнерго, 1982).
В перспективе, как это и предусмотрено ’’Типовым положением”, сведения о выбросах оксидов азота будут заполняться на основании прямых измерений концентрации оксидов азота в дымовых газах. Для этой цели отечественная промышленность уже приступила к серийному изготовлению хемилюминесцентных приборов ГХЛ-201, а также инфракрасных приборов ГИАМ-10. Однако в настоящее время, когда на большинстве ТЭС не только отсутствуют автоматические приборы для определения концентрации NOX, но не освоены даже надежные аналитические методы для периодического определения содержания оксидов азота в дымовых газах, приходится использовать разработанную сотрудниками ВТИ им. Дзержинского при участии Института газа АН УССР упрощенную методику для составления статистической отчетности. Последний, несколько усовершенствованный вариант этой методики, опубликован в [116].
Выбросы оксидов азота (т/год, г/с и т. д.) рассчитываются по формуле
MNO2 = 0,34- 10-7Z?(l - ^4/100)(?f/CNO2 /3, /32 /33 (1 - е!г)е2, (5.27)
где В — соответствующий расход натурального топлива, т/год, г/с и т. д.; (1 — <74/100) — поправка на неполноту сгорания топлива; Q- — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м3).
Далее идет основной показатель - ANOj - удельные выбросы оксидов азота, кг/т условного топлива. Эта величина для котлов паропро- изводительностью более 70 т/ч может быть определена по формуле, полученной в результате аппроксимации результатов промышленных измерений на большом числе котлов:
„ 12£>,ь
no2 ” 200 + £>н ’ (5.28)
где и £>н — фактическая и номинальная паропроизводительность котла, т/ч.
(5.29)
■^N©2 ~^ф/20,
для водогрейных котлов
(5.30)
ANO2 - 20+-Q- > де 2ф и бн - фактическая и номинальная тепловая производитель- тость котла, ГДж/ч.
Формула (5.28) может быть использована при сжигании газа и мазута во всем диапазоне нагрузок и при высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагрузкой выше 0,75 номинальной. При меньших нагрузках вместо Рф следует подставлять 0,75DH, а при низкотемпературном сжигании твердого топлива (Гмакс < 1500°С) в формулы (5.28) —(5.30) вместо Оф и следует подставлять Рн и QH.
Понятно, что удельные выбросы оксидов азота зависят от содержания азота в топливе. Поэтому выражение (5.27) без коэффициента справедливо только при сжигании твердого топлива с содержанием азота = 1,75% или мазута с = 0,3% и при ат > 1,05. Во всех других случаях необходимо учитывать вид сжигаемого топлива, что обеспечивается безразмерным коэффициентом 31 ■
Для энергетических котлов, работающих на твердом топливе, коэффициент /3] определяется по формуле
(5.31)
где Nda' - содержание азота в горючей массе топлива, %.
При сжигании в котлах жидкого и газообразного топлива коэффициент 0! принимается различным, в зависимости от коэффициента избытка воздуха в топочной камере:
ат>1,05 |
Газ 0,9 |
Мазут 1,0 |
1,05 >ат > 1,03 |
0,8 |
0,9 |
ат<1,03 |
0,7 |
0,75 |
(5.32)
Pi ;—й—
в +в
где одним и двумя штрихами обозначены коэффициенты 0, и расходы первого и второго топлива.
Коэффициент j32 учитывает (приблизительно) конструкцию горелок: для вихревых горелок 02 ~ 1,0, для прямоточных — 0,85. Коэффициент 0з учитывает (также приблизительно) температурный уровень в камере горения: для топок с жидким шлакоудалением 03 = 1,3, во всех остальных случаях 0з ~ 1,0.
Далее следуют коэффициенты, учитывающие рециркуляцию дымовых газов и ступенчатое сжигание. При этом предполагается, что при отсутствии ступенчатого сжигания в горелках пылеугольных котлов поддерживается нормативный коэффициент избытка воздуха (ат — — Дат), а для газомазутных котлов влияние избытка воздуха в первом приближении учитывается при выборе коэффициента 0Н
Как видно из формулы (5.27), выбросы оксидов азота определяются не только коэффициентом рециркуляции дымовых газов г, %, но и способом ввода этих газов в топку, что учитывается коэффициентом При сжигании газа и мазута коэффициент Cj равен при вводе газов:
В.Р. Котлер 2
Котлер В. Р. 3
ЭНЕРГЕТИКА И ОКСИДЫ АЗОТА 5
ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ 17
; ---с 17
n + o2^no + o 18
2.5.1. Особенности факельного сжигания 31
- 2.5.2. Образование оксидов азота в факеле прямоточных горелок 36
2.5.3. Образование оксидов азота в факеле вихревой горелки 41
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА 53
3.2.1. Влияние качества топлива 55
3.2.2. Способы, основанные на снижении температуры 57
3.2.3. Способы, основанные на снижении избытка воздуха 61
3.2.4. Специальные конструкции горелок 69
. I 78
3.2.6. Восстановление оксидов азота в топочной камере 83
3.2.7. Топки с кипятим слоем как метод снижения 86
выбросов оксидов азота 86
3.3.1. Влияние качества топлива 88
3.3.2. Методы, основанные на снижении температуры 88
3.3.4. Специальные конструкции горелок 92
СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА 102
ПУТЕМ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ 102
РАСЧЕТ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА 115
В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ 115
5.2.1. Расчет суммарных выбросов 116
5.2.2. Расчет удельных выбросов оксидов азота 118
для пылеугольных котлов 118
^О2=^тЧ^Зг^5см. (5-9) 118
5.2.3. Расчет удельных выбросов для газомазутных котлов 127
При высокотемпературном сжигании твердого топлива и вводе газов рециркуляции в первичную аэросмесь ej =0,01, а при вводе их во вторичный воздух — 0,005.
По мере снижения нагрузки все вышеприведенные значения коэффициентов е, уменьшаются по формуле
(е,) ф = (еОн [0,62?ф/£>н + 0,4]. (5.33)
Коэффициент е2 рассчитывается по формуле
е2=1-/6, (5.34)
где S — доля воздуха, подаваемого помимо основных горелок (например, через сопла третичного дутья), %, а I — коэффициент, равный 0,02 при сжигании газа и мазута и 0,025 при сжигании твердого топлива. Формула (5.34) годится для диапазона 0 < 5 С 20%.
В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что рассмотренная формула (5.27) основана на усреднении результатов испытаний большого числа котлов с различными конструктивными и режимными параметрами, и поэтому расчет по этой формуле может существенно отличаться от действительных выбросов оксидов азота какого-либо конкретного котла. Однако для оценки валовых выбросов большой группы разных котлов (например, в масштабах энергосистемы) можно ожидать удовлетворительную сходимость расчетного и действительного количеств выбросов оксидов азота. По мере оснащения котлов приборами для непрерывного измерения концентрации NOX отпадет надобность в приближенной методике расчета выбросов оксидов азота.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сооружение новых и расширение действующих тепловых электростанций, создание мощных энергетических комплексов с чрезвычайно высокой концентрацией производства электроэнергии ставят перед энергетиками ряд сложных проблем, одной из которых является обеспечение санитарных норм по предельному содержанию токсичных веществ в атмосферном воздухе. Намечаемое в СССР увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе тепловых Электростанций еще более обостряет проблему загрязнения атмосферы оксидами азота.
Рассеивание оксидов азота с помощью высоких дымовых труб не может рассматриваться как средство борьбы с загрязнением атмосферы в связи с опасностью переноса оксидов азота на большие расстояния и участием СССР в Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха в рамках Европейской экономической комиссии ООН. Поэтому защита воздушного бассейна от все возрастающих антропогенных выбросов оксидов азота должна обеспечиваться снижением их выбросов с дымовыми газами котельных установок и других топливосжигающих устройств.
В СССР, как и в других промышленно развитых странах, ограничивается не только концентрация оксидов азота в приземном слое атмосферы населенных пунктов (система ПДК), но и удельные выбросы оксидов азота для отдельных установок, в том числе - для котлов тепловых электростанций (система ПДВ). Необходимость обеспечения ПДВ (предельно допустимых выбросов) или ВСВ (временно согласованных выбросов для действующих электростанций) заставляет научных работников, конструкторов, проектировщиков и эксплуатационный персонал ТЭС искать пути снижения выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов.
Возможны три главных направления для решения этой задачи: переработка топлива;
изменение технологии сжигания топлива для снижения образования оксидов азота;
очистка дымовых газов от оксидов азота.
Первое направление, связанное с переработкой топлива, не может быть выбрано в качестве основного пути борьбы с оксидами азота, хотя газификация или гидрогенизация угля и открывают некоторые перспективы в деле снижения выбросов NOX.
В последние годы в США, СССР и ряде других стран разрабатываются схемы ГПУ с внутрицикловой газификацией твердого топлива. В котлах, которыми оборудуют установки такого типа, сжигается низкокалорийный газ, или же используют выхлоп газовых турбин в качестве окислителя. В результате этого выбросы оксидов азота с дымовыми газами котлов в таких установках оказываются значительно ниже, чем на пылеугольных котлах той же мощности.
Второе направление — технологические методы снижения образования оксидов азота — является в настоящее время наиболее перспективным, а для действующего оборудования - иногда и единственно возможным путем решения проблемы. Это направление охватывает большое число методов, часть которых уже опробована в длительной эксплуатации на газомазутных и пылеугольных котлах.
Исследования, проведенные в 70-е годы советскими и зарубежными учеными, показали, что источником оксидов азота, образующихся при горении, является азот воздуха (термических, а также некоторого количества ’’быстрых” оксидов азота, образующихся во фронте углеводородных пламен при сравнительно низких температурах) и азот, связанный с органической массой топлива (топливные оксиды азота). Установлено, что образование термических оксидов азота определяется в первую очередь максимальной температурой в факеле, а для топливных NOX большую роль играет концентрация кислорода на начальном участке факела, когда выделяющиеся с летучими азотистые радикалы могут переходить или в оксид азота NO, или в безвредный молекулярный азот.
При сжигании в котлах природного газа, не содержащего как правило связанного азота, снижение выбросов оксидов азота могут обеспечить мероприятия, подавляющие термические NOX. С другой стороны, при сжигании, например, высоковлажных бурых углей в топках с твердым шлакоудалением, когда максимальная температура в ядре горения не превышает 1400° С, термические оксиды азота практически не образуются и для снижения выбросов NOX необходимы мероприятия, направленные на снижение топливных оксидов азота. Во всех остальных случаях в дымовых газах присутствуют как термические, так и топливные NOX.
Все известные технологические методы сводятся к снижению максимальной температуры в топочной камере и к снижению концентрации кислорода в зоне интенсивного горения топлива. Технические решения, реализующие эти методы, весьма разнообразны, и задача состоит в том, чтобы выбрать те из них, которые не снижают надежности котельных установок, не требуют больших капитальных затрат и в минимальной степени снижают экономические показатели.
При сжигании газа и мазута достаточно эффективными оказались рециркуляция дымовых газов через горелки и ступенчатое сжигание при подаче части воздуха выше основных горелок. Эти методы позволяют снизить выбросы NOX в 2-3 раза. Некоторое снижение образова-
ния оксидов азота может быть обеспечено уменьшением теплонапря- жения в зоне активного горения, установкой двусветных экранов, а также применением специальных горелок, обеспечивающих ступенчатое сжигание топлива. Кратковременно, при особо неблагоприятных метеорологических условиях, для снижения выбросов NOX можно использовать впрыск влаги в ядро горения.
При сжигании твердого топлива проблема борьбы с оксидами азота стоит особенно остро, так как содержание азота в топливе обычно в 5— 10 раз выше (в расчете на единицу теплоты сгорания), чем в мазуте. Кроме того, многие методы снижения образования оксидов азота, успешно применяемые на газомазутных котлах, оказываются непригодными при сжигании твердого топлива из-за опасности высокотемпературной коррозии, шлакования или недопустимого увеличения потерь от химической и механической неполноты сгорания. Тем не менее и для пылеугольных котлов найдены достаточно эффективные методы, состоящие в организации ступенчатого сжигания и в применении специальных горелок, обеспечивающих замедленное смешение топлива с воздухом. Эти методы позволяют снизить выбросы оксидов азота в 1,5—2 раза. Разрабатываются новые перспективные методы, состоящие в высокотемпературной обработке топлива перед сжиганием, в организации трехступенчатого сжигания с восстановлением оксидов азота продуктами неполного сгорания, образующимися выше ядра горения за счет сжигания части топлива с недостатком воздуха. Последний метод уже проверен в СССР при сжигании природного газа и в ближайшее время будет внедрен на пылеугольном котле высокого давления.
Третий путь защиты атмосферы от оксидов азота — очистка дымовых газов. Как и в случае технологических методов, известно множество способов очистки дымовых газов как только от N0*, так и совместно — от оксидов азота и сернистого ангидрида. Однако в настоящее время в промышленно развитых странах, в том числе и в СССР, разрабатываются в основном схемы с гомогенным (бескаталитическим) восстановлением оксида азота аммиаком, с низкотемпературным селективным восстановлением N0 аммиаком на поверхности катализатора и мокрые методы с доокислением N0 до NO2 и последующей абсорбцией.
По мнению западногерманских энергетиков весьма перспективными являются также циклический метод одновременной очистки дымовых газов от N0x и S02 при помощи активированного кокса, разработанный фирмой Bergbau— Forschung (ФРГ), и радиационно-химический метод с использованием электронного пучка.
Некоторые методы очистки дымовых газов от оксидов азота не только проверены на полупромышленных установках, но и успешно работают в составе крупных энергетических блоков. Однако широкое внедрение установок по очистке дымовых газов от оксидов азота сдержива- 134 ’
ется тем, что все эти методы требуют больших капитальных затрат и значительно увеличивают эксплуатационные расходы.
По данным западногерманских энергетиков удельная стоимость очистки дымовых газов с использованием метода SCR для энергоблоков мощностью 150—700 МВт колеблется от 106 до 222 марок/кВт. При этом стоимость самого катализатора составляет более 40% общей стоимости установки. Эксплуатация SCR-установок также требует больших затрат: подсчитано, что на пылеутольном блоке мощностью 350 МВт при работе его в течение 4 тыс/год затраты на установку SCR составляют от 12,8 до 15,1 млн. марок/год в зависимости от концентрации оксидов азота в дымовых газах за котлом. По этой причине методы очистки дымовых газов от оксидов азота пока что не получили широкого распространения. Однако в перспективе, по мере ужесточения норм допустимых выбросов NOX, некоторые методы очистки дымовых газов от оксидов азота (ввиду их более высокой эффективности) могут оказаться конкурентоспособными.
В заключение следует сказать, что при учете требований о снижении образования оксидов азота на стадии проектирования котельных установок, при комплексном планировании и финансировании всех мероприятий по борьбе с вредными выбросами в атмосферу имеются реальные возможности обеспечить требуемые темпы роста энергетического производства без увеличения выбросов NOX в атмосферу и без нарушения санитарных норм по загазованности атмосферного воздуха.
V
1
I.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П1. Коэффициенты пересчета единиц концентрации оксидов азота
Единицы, на которые пересчитывается концентрация
Единицы, в которых за- NO*
дана концентрация !NOX |
ppm - млн = см3/м3 |
Объемная доля, % |
г/м3 NO2 при 273,15 К и 101,3 кПа |
мг/кг NO- |
ppm, млн-1, см3/м3 |
1 |
10-4 |
0,002 |
1,6 |
Объемная доля, % |
ю4 |
1 |
20,45 |
1,6-104 |
г/м3 NO2 при 273,15 К |
490 |
0,049 |
1 |
790 |
и 101,3 кПа |
|
|
|
|
мг/кг NO2 |
0,63 |
63-10-6 |
0,0013 |
1 |
Таблица П2. Коэффициенты пересчета единиц удельных выбросов оксидов азота
Единицы, на которые пересчитываются удельные вы бросы NOX
Единицы, в которых зада- - ны удельные выбросы NOX |
кг/ГДж = = г/МДж = -мг/кДж |
кг/т условного топлива |
lb 106 BTU - = фунт/млн. БТЕ |
кг/Гкал - = г/Мкал |
кг/ГДж, г/МДж, мг/кДж |
1 |
29,3 |
2,3 |
4,19 |
кг/т условного топлива |
0,034 |
1 |
0,079 |
0,143 |
lb/\06 BTU, фунт/млн. БТЕ |
0,43 |
12,6 |
1 |
1,8 |
кг/Гкал, г/Мкал |
0,24 |
7,0 |
0,556 |
1 |
i.k.- Л-.. |
|
;?: г р. ■' |
|
|
|
■■ |
|
'. У" Л : ' |
|
г 6 ‘ *■ |
»>'•* . *•;, .. К ГУ; |
■'< -.У V. |
-/Г; .. |
|
■’■ ■• 'р ■’ к- |
Л ФН 1- |
|
|
|
|
■ ' J !< ■ 4 г''■«?!■: .7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
•’Г'* •• ' |
|
|
.Ф, |
|
СГ • . У.’ •: ■, |
1'Л • i e |
..■‘X |
!1'1 . ' |
|
li •'
?■ I
-i
1 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гигиенические критерии состояния окружающей среды: Окислы азота. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 1981. Вып. 4.
Goklany М., Hoffnagle G. Trends in emissions of PM, SOX and NOX and VOC: NOX rations and their implications for trends in pH near industrialized areas// JAPCA.
N 8. P. 844-846.
Loftness R. L. Energy handbook. Now York: Van Nostrand Reinhold Company. 1978.
Титов С. П., Бабий В. И., Барбараш В. М. Исследование образования NOX из азота топлива при горении пыли каменных углей// Теплоэнергетика. 1980. №3. С. 64-67.
Ештова Е., Ленговик Я., Загурска Я. Исследование выбросов окислов азота в избранных процессах металлургии железа// Сборник докладов симпозиума по теме ’’Методы снижения эмиссии окислов азота в промышленных отходящих газах” (Галле, 13-15.10.75). Дрезден: Институт воздушной и холодильной техники. 1975. С. 37-41.
Израэль Ю. А. Проблемы охраны природной среды и пути их решения. Л.: Гидрометсоиздат, 1984.
Сборник законодательных, нормативных и методических документов для экспертизы воздухоохранных мероприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
Сигал И. Я., Домбровская Э. П. Соотношение окиси и двуокиси азота в атмосферном воздухе под влиянием автомобильного транспорта// Окислы азота в продуктах сгорания топлив. Киев: Наукова думка, 1981. С. 184-186.
Трансформация в атмосфере и токсичные свойства окислов азота, выбрасываемых ТЭС/ А. К. Внуков, В. Н. Альшевский, Э. П. Шпилевский и др.// Электрические станции. 1984. № 2. С. 15-19.
Mosher J. С. The distribution of contamination in the Los Angeles Bosin resulting from atmospheric reaction and transport// JAPCA. 1970. Vol. 20. P. 35-42.
Wetstone S. Acid Rain: The International Perspective// Environmental policy and law. October 1983. Vol. 11. N 1/2. P. 31-33.
Schafer R. Dicke Luft// Natur (BRD). 1984. N 6. S. 89-90.
Гигиенические критерии состояния окружающей среды: Фотохимические окислители. Женева: Всемирная организация здравоохранения. 1981. Вып. 7.
Lange М. Vorschriften und tcchnische Ma/3nahmen zur Schwefelfioxid- und Stickstoffoxid-Emission-sminderung// Technische Mitteilungen. 1985. Vol. 78. N 1/2. S. 3-8.
Торочешников H. С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1981.
Кузьмин И. И., Столяревский А. Я. Прогноз энергобаланса планеты// Энергия: экономика, техника, экология. 1984. № 11. С. 30-42.
Зельдович Я. Б., Садовников П. Я., Франк-Каменецкий Д. А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947.
Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1963.
Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра,
1977.
Fenimore C. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames// 13-th International Symposium on Combustion. Pittsubrg. 1971. P. 374-384.
Bowman C. Investigation of nitric oxide formation kinetic in combustion process: The hydrogen-oxides-nitric reaction// Combustion Science and technology. 1971. Vol. 3. P. 37-45.
Сигал И. Я., Гуревич Н. А., Ляскоронский В. Г. Исследование минимального выхода окислов азота в пламенах метана, окиси углерода и водорода// Использование газа в народном хозяйстве. М.: ВНИИЭгазпром. 1980. N 1. С. 23-27.
Thomas J. Т., Shaw А. С. Oxides of Nitrogen in Relation to the Combustion of Coal// Paper presented at Conference on Coal Science, Prague, June 1968.
Reduction of Atmospheric Pollution by the Application of Fluidized Bed Combustion// A. A. Jonke e. a.// Argonc National Laboratory, Annual Report, July 1969 — June 1970.
Крутиев В. А., Горбаненко А. Д. Изучение влияния азотсодержащих присадок к топливу на образование окислов азота// Теплоэнергетика. 1976. N 10. С. 72-75.
Ware! L. F., Moore R. Т., Ball I. S.// Analytical Chem. 1953. Vol. 7. P. 1070.
Отс А. А., Егоров Д. M., Саар К. Ю. Экспериментальное исследование образования окислов азота из азотсодержащих соединений в процессе сгорания жидкого топлива// Теплоэнергетика. 1979. № 4. С. 68-71.
Wendt I. О. L. Fundamental coal combustion mechanisms and pollutant formation in furnace// Progress of Energy Combustion Science. 1980. Vol. 6. P. 201-222.
Blair D. W. Evolution of coal nitrogen// Paper presented at EPA Conference on Coal Combustion Technology and Emission Control, California, Institute of Technology, Pasadena, 5-7 February 1979.
Rees D. P., Smott L. D., Hedman P. O. Nitrogen oxide formation inside a laboratory pulverized coal combustor// Eighteen Symposium (Intern.) on Combustion. 1981. P. 1305-1311.
Fate on coal nitrogen during combustion/ S. L. Chen, M. P. Heap, D. W. Pershing, G. B. Martin// Fuel. 1982. Vol. 61. P. 1218-1223.
Peck R. E., Altenkirch R. A., Midkiff К. C. Fuel-Nitrogen Transformations in One-Dimensional Coal-Dust Flames// Combustion and Flame. 1984. Vol. 55. N 3. P. 331-340.
Исследование механизма образования топливных окислов азота и некоторых методов снижения их образования на пылеугольных котлах/ В. И. Бабий, В. Р. Котлер, С. П. Титов, Т. М. Балашова// Актуальные вопросы сжигания энергетического топлива. М.: ЭНИН, 1980.
Ахмедов Р. Б., Цирульников Л. М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. Л.: Недра, 1984.
Brown R. A., Mason Н. В., Neubauer Р. Investigation of staging parameters for NO control in both wall fired and tangentially coal fired boilers// Proceedings of Second Stationary Source Combustion Symposium. 1977. Vol. HI. P. 141. EPA Publication.
Development of Pulverized Coal Fired Low NOX РМ-Burner/ Yosuro Takahashi e. a.// Technical Review. Mitsubishi Heavy Industries. October 1981.
Бабий В. И., Куваев Ю. Ф. Процессы горения и расчет пылеугольного факела. М.: Энергоагомиздат, 1986.
Shoffstall D. Р., Larson D. Н. Aerodinamic characteristics and pollution emissions from scaled industrial burners// AIChE Symposium Scries. 1975. Vol. 71. N 148. P. 8-18.
Сравнительное исследование работы топки котла ПК-41 при сжигании мазута и нефти/ Ю. П. Енякин, А. А. Абрютин, В. А. Крутиев и др.// Электрические станции. 1976. №4. С. 19-24.
Котлер В. Р., Лобов Г. В., Верзаков В. Н. Исследование образования окислов азота в прямоточном пылеугольном факеле//Теплоэнергетика. 1978. № ll- с. 12-15.
Бабий В. И., Вербовецкий Э. X., Жуков И. Т. Образование окислов азота в факеле вихревой горелки при сжигании смеси AIU и шлама// Теплоэнергетика.
№ 3. С. 27 31.
Устименко Б. П., Алия ров Б. К., Абубакиров Е. К. Огневое моделирование пылеугольных топок. Алма-Ата: Наука, 1982.
Снижение выбросов окислов азота при сжигании экибастузского угля в котле БКЗ-420-140-5/ В. Р. Котлер, Л. Г. Ганшин, Э. А. Берг и др.// Электрические станции. 1982. № 11. С. 13-16.
Образование окислов азота в промышленных котлах, сжигающих экиба- стузский уголь/ О. И. Ослопов, А. Т. Иванов и др.// Энергетик. 1979. № 7. С. 24-27.
Rafael A. Technical Muttellungen. 1984. Vol. 77. N 6-7. Р. 296-301.
Beer J. M., Sarofim A. F., Lee Y. Y. NOX formation and reduction in fluidized ■ bed combustion of coal// Journal of the Institute of Energy. 1981. March. P. 38-47.
Hampartsoumian E., Gibbs В. M. NO* formation and reduction in fluidized bed combustors// Journal of the Institute of Energy. December. 1984. Vol. 433. P. 402-410.
Mooze T. The Retrofit Challenge in NO* Control// EPRI Journal. November 1984. P. 28-33.
Шульман В. Л, Дурманов Е. Г. Исследование выбросов окислов азота при сжигании твердого топлива// Теплоэнергетика. 1982. № 5. С. 34-37.
Влияние топочного режима и конструктивных особенностей котельного агрегата на образование окислов азота при сжигании каменных и бурых углей/ В. Р. Котлер, С. И. Сучков, В. Д. Суровицкий, Г. В. Лобов// Подготовка и сжигание топлива в крупных энергоблоках. Тр. ВТИ. Вып. 15. М.: Энергия, 1978. С. 99-107.
Котлер В. Р. Снижение выбросов окислов азота котлами ТЭС при сжигании твердого топлива. М.: СПО Союзтехэнерго, 1982.
Schuster Н. Minderung der NOX - Emissionen aus Kraftwerksfcurungen// Indust- riefeuerung. 1984. N 30. S. 21-32.
Rawdon A. H., Johnson S. A. Application of NOX control technology to power boilers// Proceedings of the American Power Conference. 1973. Vol. 35. P. 828-837.
Brackett С. E., Barsin J. A. The Dual Register pulverized coal burner// Technical Paper. Presented to EPRI NOX Control Technology Seminar. San Francisco, 1976.
Кропп Л И., Яновский JL П. Пути повышения эффективности и стабильности работы электрофильтров в условиях ТЭС// Теплоэнергетика. 1981. N'6. С. 29- 32.
Котлер В. Р., Лобов Г. В., Гедике И. А. Снижение выбросов окислов азота при сжигании кузнецких каменных углей// Теплоэнергетика. 1983. № 2. С. 51-53.
Уменьшение выбросов окислов азота при сжигании канско-ачинских углей/ В. Р. Котлер, С. И. Сучков и др.// Электрические станции. 1979. № 4. С. 16-18.
Котлер В. Р. Технологические методы уменьшения выбросов окислов азота при сжигании твердого топлива// Энергетик. 1981. № 5. С. 30-32.
Росляков П. В. Исследование механизмов образования окислов серы и азота в топках с пересекающимися струями: Автореф. дис. на соиск. степени канд. техн, наук. М.: МЭИ, 1979.
Эфендиев Т. Б., Котлер В. Р. Некоторые способы снижения концентрации окислов азота в дымовых газах тепловых электростанций// Теплоэнергетика. 1973. №5. С. 41-43.
Результаты освоения и исследования ухудшенного теплообмена в трубах цельно-сварного двусветного экрана малогабаритного парогенератора Е-500-140 ГМВН на Ростовской ТЭЦ-2/ Н. В. Голованов и др.// Энергомашиностроение.
№7. С. 1-4.
Айзен Б. Г., Ромашко И. Е., Сотников И. А. Горелочные устройства котлов ЗиО. М.: Энергоатомиздат, 1984.
Котлер В. Р., Бритвин О. В., Зуев О. Г. Уменьшение выбросов окислов азота при сжигании кузнецкого угля в топке с жидким шлакоудалением// Энергетик. 1984. № 5. С. 14-16.
Соммер Т. М., Джонсон С. А., Линдстром Г. О. Дальнейшая разработка систем сжигания топлив с низким уровнем выбросов NOX и их применение в энергетических котлах// Тр. американского общества инженеров-механиков. 1980. М« 3. С. 143-152.
Barsin J. A. NO* emissions controlled by design in pulverized coal burner-boiler// Power Engineering. 1979. Vol. 83. N 8. P. 70-72.
Vatsky J. High capasity low NOX coal burner for retrofit and new units// Power Engineering. 1982. Vol. 86. N 1. P. 44-47.
Влияние предварительного подогрева угольной пыли на выход "топливных” окислов азота/ В. И. Бабий, П. И. Алавердов, В. М. Барбараш, Т. В. Канаева// Теплоэнергетика. 1983. N° 9. С. 10-13.
Исследование образования окислов азота в топочной камере при предварительном подо!реве угольной пыли/ В. И. Бабий, Э. Р. Иманкулов, П. И. Алавердов,
O. С. Ткацкая// Вопросы эффективного сжигания энергетических углей. Тр. ЭНИН. М.: 1984.
Development of МАСТ- in furnace NOx-removal process for utility steam generators/ Y. Takahashi e. a.// Proceedings of the American Power Conference. 1982. Vol. 44.
P. 402-412.
Three-stage combustion system for pulverized coal developed for commercial use/ Y. Sekiguchi e. a.// Hitachi-Zosen Technical Review. 1982. Vol. 43. P. 95-104.
Studies of two-stage fluidized bed combustion of coal/ H. Yamaguchi e. a.// Energy Development in Japan. 1979. Vol. 2. P. 69-73.
Schilling H.-В., Schrockenberg H. Entwicklung eines Kombi-Prozesses auf der Basis der Wirbelschichtfeuerung// VGB Kraftwerkstechnik, 1979. Vol. 59. N 8. P. 634 640.
Seventeen Symposium (International) on Combustion/ D. W. Pershing, J. E. Cicha- nowicz e. a.//The Combustion Institute, 1979. P. 715-720.
System study of nitrogen oxide control methods for stationary sources// W. Bartok e. a.// Esso Research and Engineering Co. Peport. N GR-2-NOS-69. November.
1969.
Andrews R. L., Siegmund C. W., Levine D. A. Effect of flue gas rccirculataion in emission from heating oil combustion. Paper N 68-21. APCA Meeting. Minneapolis, June 1968.
Снижение окислов азота в уходящих газах газомазутных парогенераторов мощных электростанций/ А. Д. Горбаненко, Л. А. Афанасьева, Е. В. Божевольнова и др.// Теплоэнергетика. 1977. № 9. С. 74-77.
Рихтер Л. А., Волков Э. П., Кормилицин В. И. Образование окислов азота в топках паровых котлов// Тр. МЭИ. 1980. № 508. С. 5-13.
Гаврилов А. Ф., Горбаненко А. Д., Туркестанова Е. Л. Влияние влаги, вводимой в горячий воздух, на содержание окислов азота в продуктах сгорания газа и мазута// Теплоэнергетик. 1983. №9. С. 13-15.
Blakeslee С. Е., Burbach И. Е. NO,- emission from tangentially fired utility boilers. P. 11// AIChE Symposium. Scries. 1 975. Vol. 71. N 148. P. 94- 102.
Спейшер В. А., Горбаненко А. Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М.: Энергоиздат, 1982.
Абрамов В. Н. О предельных возможностях снижения выбросов окислов азота за счет выборочного отключения горелок по топливу при сжигании газа и мазута в топках котлов// Пуги снижения пылегазовых выбросов тепловых электростанций. М.: ЭНИН, 1983.
Исследование комбинированного метода уменьшения выбросов окислов азота/ В. А. Крутиев, Т. Б. Эфендиев, А. Д. Горбаненко и др.// Электрические станции. 1977. №4. С. 12-14.
Синякевич Б. Г. Предкамерная газомазутная горелка// Электрические станции. 1970. № 11. С. 30-32.
Исследование топочной камеры котла ТГМП-204П с подовой компоновкой горелок/ А. Л Коваленко, В. В. Чупров, В. Г. Козлов и др.// Теплоэнергетика.
№ 4. С. 25-28.
Внуков А. К., Альшевский В. Н. Реконструкция котлоагрегата ТП-87 с целью снижения выбросов окислов азота// Энергетик. 1978. № 10. С. 25-26.
Цирульников Л. М., Васильев В. П., Нурмухамедов М. Н. Подавление вредных выбросов при сжигании газа в топках котлов/ Обзорная информация. Сер. Газовая промышленность. М.: Недра, 1981, № 3.
Utility boiler operating modes for reduced nitric oxide emissions/ F. A. Bagwell e. a.// JAPCA. 1971. Vol. 21. N 11. P. 19-23.
Rawdon A. H., Sadowski R. S. An experimental correlation of oxide of nitrogen emissions from power boilers based on field data// Transaction of ASME. 1973. Vol. 95. N 3. P. 32-39.
Southern California Edisson limits NOX with firing modification dispathing technique// Electrical World. November 1970.
Bullin J. A., Wilkerson D. NO* reduction in a gas fired utility boiler by combustion modifications// JAPCA. June 1982. Vol. 32, N 6. P. 669-672.
Котлер В. P. Сжигание топлива на тепловых электростанциях Японии// Теплоэнергетика. 1983. № 11. С. 71-75.
Development of super-law NOX РМ-burner/ Y. Takahashi e. a.// Technical Review. Mitsubishi Heavy Industries. August 1979, N 134. P. 1-11.
Найденов Г. Ф., Кущ А. С., Бойко А. И. Двухстадийное сжигание природного газа в котлах ПТВМ-50// Окислы азота в продуктах сгорания топлив. Киев: Науко- ва Думка. 1981. С. 112-118.
Silver J. A. The effect of sulfar on the thermal DeNOx process// Combustion and flame. 1983. Vol. 53. P. 17-21.
Jahnig С. E., Shaw H. Comparative assessment of flue gas treatment processes. Part II. Environmental and cost comparison// JAPCA. May 1981. Vol. 31, N 5. P. 596- 604.
Очистка дымовых газов ТЭС от окислов азота вводом аммиака в высокотемпературный тракт котла/ Л. Д. Скорик, Ю. В. Иванов и др.// Энергетик, 1985. №11. С. 17-18.
Шаприцкий В. Н. Зашита атмосферы в металлургии. М.: Металлургия, 1984.
Озонный метод очистки дымовых газов от SO2 и NOX/ С. С. Новоселов, А. Ф. Гаврилов, В. А. Светличный и др.// Теплоэнергетика. 1986. №9. С. 30-33.
Heiting В. Abscheidung von NOX und SOj aus Rauchgasen// BWK. 1984. N 10. S. 411- 419.
Kawamura K. e. a. Radiational Physical Chemistry. 1981. Vol. 18. P. 389-398.
Kawamura K., Shui V.// Industrial Application Radioisotop. and Radiational Technology Proceedings of International Conference Grenoble. 1981. Vienna: 1982. P. 197-215.
Cleland M. R. e. a.// Radiational Physical Chemistry. 1977. Vol. 9. P. 547-566.
Bueters К. A., I label t W. W. NO* emissions from tangentialy-fired utility boilers// AJChE Symposium Series. 1975. Vol. 71. N 148. P. 85-94.
Lavoie G. A., Heywood J. B., Keck J. C.// Combustion Science Technology.
Vol. I P. 313.
Fenimore С. P. Formation of Nitric Oxide from Fuel Nitrogen in Ethylene Flames// Combustion and Flame. 1972. Vol. 19. N 2. P. 17-24.
De Soete G. G. An Overall Mechanism of NOX formation from Ammonia and Amines Added to Premixed Hydrocarbon Flames// Combustion Institute. Europien Symposium. London, New-York. 1979. P. 439-444.
Mitchell J., Tarbell J. A kinetic model of Nitric Oxide Formation During Pulverised Coal Combustion// AIChE Journal. 1982. Vol. 28, N 2.
Fuel-nitrogen conversion in staged combustion of a high nitrogen petroleum uel/ J. M. Beer e. a.// Eighteen symposium (International) on Combustion. 1981. >.101-110.
Pohl J. H., Sarofim A. F. Devolatilization and oxidation of coal nitrogen// Sixteen iymp. (Intern.) on Cumbustion. The Comb. Ints. Pittsburgh. 1977. P. 491.
Проектирование топок с твердым шлакоудалением (дополнение к норма- ■ивному методу теплового расчета котельных агрегатов). Л.: НПО ЦКТИ, 1981.
Agnassi W. I., Cheremisinoff Р. N. NOX control in central station boilers// Power Engineering. 1975. Vol. 79. N 6. P. 46-48.
Pai R. H., Somerland R. E., Welden R. P. Nitrogen oxide emission: an evaluation )f test data for design// AlChE Symposium Series. 1975. Vol. 71, N 148. P. 103 - 107.
Тагер С. А., Калмару A. M. Основные закономерности и приближенный >асчет образования окислов азота при сжигании мазута в парогенераторах// Тепло- |нергетика. 1977. № 5. С. 56-58.
Методические указания по расчету выбросов окислов азота с дымовыми азами котлов (МУ 34-70-051-83). М.: СПОСоюзтсхэнерго, 1984.
Отс А. А., Егоров Д. М., Саар К. Ю. Расчетная методика определения кон- гентрации окислов азота при сжигании жидких топлив, содержащих серу и азот// Энергетика и окружающая среда (тезисы докладов Всесоюзной конференции). Линек: Полымя, 1980. С. 10-11.
Методика определения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу ут котлов тепловых электростанций (МТ 34-70-010-83). М.: СПО Союзтехэнерго, 1984.
ОГЛАВЛЕНИЕ
В.Р. Котлер 2
Котлер В. Р. 3
ЭНЕРГЕТИКА И ОКСИДЫ АЗОТА 5
ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ 17
; ---с 17
n + o2^no + o 18
2.5.1. Особенности факельного сжигания 31
- 2.5.2. Образование оксидов азота в факеле прямоточных горелок 36
2.5.3. Образование оксидов азота в факеле вихревой горелки 41
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА 53
3.2.1. Влияние качества топлива 55
3.2.2. Способы, основанные на снижении температуры 57
3.2.3. Способы, основанные на снижении избытка воздуха 61
3.2.4. Специальные конструкции горелок 69
. I 78
3.2.6. Восстановление оксидов азота в топочной камере 83
3.2.7. Топки с кипятим слоем как метод снижения 86
выбросов оксидов азота 86
3.3.1. Влияние качества топлива 88
3.3.2. Методы, основанные на снижении температуры 88
3.3.4. Специальные конструкции горелок 92
СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА 102
ПУТЕМ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ 102
РАСЧЕТ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА 115
В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ 115
5.2.1. Расчет суммарных выбросов 116
5.2.2. Расчет удельных выбросов оксидов азота 118
для пылеугольных котлов 118
^О2=^тЧ^Зг^5см. (5-9) 118
5.2.3. Расчет удельных выбросов для газомазутных котлов 127
Список литературы . . . 136
I Связанный углерод Ссв, %, — это величина, которая получается как разносП между 100%-ным и 1%-ным содержаниями влаги, летучих и золы, определенными в параллельных навесках одной и той же пробы угля.
II Исключение составляют горелки с подачей пыли высокой концентрации, У которых сопло аэросмеси выдвинуто на срез горелки.
III Определение NT см. § 5.2.
IV В промышленных опытах кроме сотрудников ВТИ принимали участие работ- аики Армэнергоналадки и Кировоканской ТЭЦ.
V В некоторых схемах очистка от NOX осуществляется за электрофильтром и установкой десульфуризации, но в этом случае приходится подогревать дымовые газы примерно до 35О°С.
VI В некоторых промышленных исследованиях искомая температура отличалась от О.ЭТ'а'г на 50-100°С. Однако при расчете коэффициента £$ отклонение в 100° дает вполне допустимую ошибку примерно 5%.
VII Временная контрольная методика по определению содержания окислов азота в дымовых газах. М.: СПО Союзтехэнерго, 1978.
Москва
Энергоатомиздат
1987