3.2.6. Восстановление оксидов азота в топочной камере

Этот метод снижения выбросов оксидов азота отличается от ранее рассмотренных тем, что он не снижает образование N0* в факеле, а вос­станавливает уже образовавшиеся оксиды азота. В этом смысле вос­становление оксидов азота в топочной камере приближается к методам очистки дымовых газов от NO_X, которые будут рассмотрены в следую­щей главе.

Большой объем исследований этого метода был выполнен в Японии, причем сотрудники Mitsubishi Heavy Industries назвали его МАКТ-метод (аббревиатура от ’’Усовершенствованная Технология Сжигания Мицу­биси”), а сотрудники фирмы Hitachi-Zosen — системой трехступенчатого сжигания [69, 70].

Сущность метода заключается в том, что в топку выше основных горелок вводится топливовоздушная смесь с недостатком воздуха. В ре­зультате этого образуются продукты неполного сгорания, которые слу­жат газами-восстановителями. Взаимодействие этих газов с оксидом азота, образовавшимся в факеле основных горелок, приводит к восста- ^Н°влению N0 до молекулярного азота N₂. Выше вспомогательных горе­лок располагают сопла острого дутья, через которые подается воздух ^;АЛя дожигания продуктов неполного сгорания. Таким образом, объем топочной камеры как бы делится по высоте на зону горения топлива,

поступающего через основные горелки, зону вторичного горения и восстановления оксидов азота и зону третичного горения (дожигания продуктов неполного горения из 2-й зоны).

В [69] на лабораторных установках была изучена интенсивность процесса восстановления оксида азота в зависимости от температуры, начальной концентрации NO, продолжительности восстановительны} реакций и коэффициента избытка воздуха в дополнительных и в основ ных горелках. Затем были проведены опыты на крупном огневом стенд производительностью по углю до 3 т/ч.

Топка этого стенда, разделенная пополам двусветным экраном, имел 24 горелки, расположенные в три яруса. В регенеративном воздухоподг гревателе воздух нагревался до 350°С. Максимальная тепловая moi ность топки составляла 23,3 МВт. К основным горелкам топливо по; валось питателем производительностью до 4500 кг/ч, а питатель мет шей производительности (300 кг/ч) подавал вторичное топливо к вер: ним вспомогательным горелкам. Выше располагались воздушные сопла для дожигания продуктов неполного сгорания. В установке сжигался японский каменный уголь, в работе были горелки всех трех ярусов, а расход угля составлял 1150 кг/ч (на одну полутопку).

В опытах без средств подавления NO_X концентрация оксидов азота (в пересчете на NO₂ при О₂ = 6%) менялась в зависимости от избытка воздуха в топке от 0,3 до 0,5 г/м³. При среднем избытке воздуха, соот­ветствующем концентрации О₂ в дымовых газах 4%, применение МАКТ-метода снизило концентрацию NO_X с 0,41 до 0,13 г/м³. При организации обычного ступенчатого сжигания без применения МАКТ-метода концентрация NO* составляла 0,24 г/м³. Добавление МАКТ-метода снизило концентрацию NO_X до 0,11 г/м³.

Сотрудники Hitachi-Zosen проверяли свой метод трехступенчатого сжигания на экспериментальной установке тепловой мощностью 13,6 МВт. Топочная камера этой установки имела высоту 15 м и разме­ры в плане 3,35*5,05 м. Топка испытывалась в двух модификациях: при фронтальном размещении одной вихревой горелки, рассчитанной на расход угольной пыли 2 т/ч, и при встречном размещении двух вихре­вых горелок производительностью по 1 т/ч. В опытах сжигался австра­лийский каменный уголь с выходом летучих V^r = 34,1%, теплотой сго­рания Q' = 29,4 МДж/кг и содержанием азота = 1,48%. Выше основ­ной горелки через два сопла вводилось добавочное топливо с недостат­ком воздуха, а еще выше размещался ряд сопл для ввода третичного воздуха. На рис. 3.22 приведены результаты опытов при встречном расположении горелок. Как видно из рисунка, при обычном сжигании угольной пыли в рабочем диапазоне избытков воздуха (О₂ = 3-^4,5%) концентрация оксидов азота в дымовых газах составляла 400- 500 см³/м³. Ступенчатое сжигание, при котором в основные горелки подавалось только 85% теоретически необходимого количества воз­духа, снизило концентрацию NO_X до 200- 250 см³/м³ (в том же диапа- 84

Рис. 3.22. Зависимость концентрации оксидов азота от избытка воздуха при обычном сжигании (/), при использова­нии горелок ступенчатого смешения (2), при ступенчатом сжигании (3) и при трехступенчатом сжигании (4) угольной пыли

зоне избытков воздуха). Переход к трехстуиенчатой схеме сжигания уменьшил концентрацию оксидов азота до 80—100 см³/м³. При этом в основных горелках коэффициент избытка воздуха был равен 1,0, что сказалось благоприятно на уменьшении потери теплоты с механиче­ской неполнотой сгорания по сравнению со ступенчатым сжиганием, когда в основных горелках был недостаток воздуха (а_г =0,85).

Хорошие результаты, полученные при проверке трехступенчатого сжигания на полупромышленных установках, позволили применить этот метод в промышленности. Пока что имеются сведения о работе реконструированного мазутного котла производительностью 435 т/ч. В тангенциальной топке этого котла мазутные форсунки расположены по углам, в три яруса по высоте. Для лучшего перемешивания вторич­ного топлива с продуктами сгорания основных горелок оно подавалось в топку газами рециркуляции, отбираемыми специальным дымососом из газохода за экономайзером. После реконструкции котла были про­ведены опыты при сжигании малосернистого мазута.

Результаты исследований и опыт эксплуатации реконструированного котла показали, что внедрение нового метода не создает каких-либо эксплуатационных трудностей, экономичность топочного процесса не ухудшается, а концентрация оксидов азота снижается примерно в 2 раза в диапазоне нагрузок от 30 до 100% номинальной. В дымовых газах отсутствовали углеводороды, аммиак или цианид водорода. Проделан­ная работа позволила специалистам Mitsubishi Heavy Industries рекомен­довать метод трехступенчатого сжигания для широкого внедрения. В частности, он будет использован на новом углемазутном блоке мощ­ностью 600 МВт. Фирма Hitachi-Zosen намерена внедрить трехступенча- ^т°е сжигание на пылеугольных котлах производительностью 75 и 150 т/ч,;