1. Влияние качества топлива

Задача снижения выбросов оксидов азота на пылеугольных котлах представляется наиболее важной и одновременно — наиболее сложной. Дело в том, что доля угля в топливном балансе тепловых электростан­ций непрерывно возрастает, в то время как потребление жидкого топ­лива на ТЭС сокращается. Вместе с тем уголь, как правило, содержит значительное количество связанного азота; от 0,5 до 3,5% на горючую массу. 'В мазуте содержание связанного азота значительно ниже (при­мерно в 5- 10 раз в расчете на единицу теплоты сгорания), а в природ­ном газе связанный азот вообще отсутствует. И, наконец, нельзя забы­вать, что при сжигании твердого топлива особенно остро стоят пробле­мы шлакования экранов, загрязнения или эрозии конвективных по­верхностей нагрева, различных видов высокотемпературной и низко­температурной коррозии. Кроме того, для эффективного сжигания твердого топлива, особенно для малореакционных углей типа АШ и тощего, чрезвычайно важно обеспечить стабильное и по возможности раннее воспламенение, а также достаточно высокий уровень температур в зоне догорания коксового остатка.

При исследовании механизма образования оксидов азота в лабора­торных условиях было показано [4), что концентрация NO_¥ в дымовых газах линейно зависит от содержания азота в топливе (при одинаковых условиях процесса горения). Промышленные испытания подтверждают это положение, если переход от топлива с одним значением приведен­ного содержания азота N^III к топливу с другим N_T не меняет развитие факела, что возможно, например, при резком изменении реакционных свойств топлива, его зольности, фракционного состава и т. д. И, конеч­но, нельзя оценивать влияние N_T на концентрацию оксидов азота, срав­нивая результаты опытов на разных котлах.

Так, например, на котле Б КЗ-420-140-5 Карагандинской ТЭЦ-3 испы­тания проводились в два этапа [43]. Во время первого этапа сжигался экибастузский уголь с содержанием азота N^r = 0,79% и теплотой сгора­ния £?.^г = 17,5 МДж/кг. Вторая серия опытов проводилась при N^r = = 0,88% и Q- - 15,4 МДж/кг. Легко подсчитать, что приведенное содер­жание азота (на единицу теплоты сгорания) возросло примерно на 26%. Измерение содержания оксидов азота в сопоставимых режимах (пол­ная нагрузка, расчетный избыток воздуха, работа на всех четырех мель­ницах и т. д.) показало, что оно выросло примерно на столько же (с 0,72 до 0,91 г/м³ в расчете на а = 1,4).

Результаты некоторых испытаний, на первый взгляд, не подтверж­дают прямой зависимости между содержанием азота в топливе и кон­центрацией NO_X в дымовых газах. Так, например, работники Уралтех- энерго проводили опыты на котле ТП-92 при сжигании смеси кузнец­кого и кизеловского каменных углей [49]. Кузнецкий уголь марок ГМСШ и ЖР имел содержание азота = 2,45 <-2,70%, а кизеловский (ДС1И и ГР) — примерно в 1,8 раза меньше (N^rffl-' = 1,33<-1,46%). По результатам анализа дымовых газов оказалось, что в опытах с преиму­щественным сжиганием кузнецких углей концентрация оксидов азота всего лишь на 10% выше, чем в тех опытах, когда сжигался преимущест­венно кизеловский уголь. На этом основании авторы подвергают сомне­нию прямую связь между N в топливе и NO_X в дымовых газах. Одна­ко из описания опытов можно установить, что теплота сгорания кузнец­ких углей равнялась 22,8- 24,9 МДж/кг, а кизеловских — 14,95— 20,8 МДж/кг. Следовательно, по приведенному содержанию азота эти угли отличались только в 1,2—1,5 раза. Кроме того, во всех опытах сжигалась смесь углей, только в первом случае доля кузнецких углей составляла 0,6—0,85, а во втором — 0,25—0,50. И, наконец, кроме топ­ливных оксидов азота, в топке образовывались, вероятно, и термиче­ские NO_X, количество которых не зависит от содержания азота в топ­ливе. Все это и объясняет незначительную разницу в концентрации окси­дов азота при сравнении опытов первой и второй групп.

Несмотря на прямую связь между содержанием азота в топливе и концентрацией оксидов азота в дымовых газах, вряд ли можно широко рассматривать замену одного угля другим как средство снижения выбросов NO_X в атмосферу. Дело в том, что выбор пылеприготовитель­ного оборудования, конструкции горелок и параметров топочного уст­ройства определяется основными размольными и теплотехническими характеристиками угля, включая поведение минеральной массы. С уче­том этого, трудно подобрать такое твердое топливо, которое по всем основным параметрам соответствовало бы действующему котлу и ко­тельно-вспомогательному оборудованию, но имело бы меньшее содер­жание связанного азота. Реальнее снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами пылеугольных котлов путем осуществления меро­приятий, обеспечивающих снижение максимальной температуры про! цесса или концентрации окислителя в зоне образования NO_X.