3.2.7. Топки с кипятим слоем как метод снижения

выбросов оксидов азота

В § 2.6 был рассмотрен процесс образования оксидов азота при сжига­нии твердого топлива в псевдоожиженном (кипящем) слое инертного материала. При разработке этого метода сжигания ожидалось значитель­ное снижение выбросов оксидов азота в результате существенного уменьшения температуры по сравнению с факельным процессом. Однако измерения, проведенные на первых исследовательских и промышленных топках с кипящим слоем, показали, что выбросы NO_X сократились не­значительно, а в некоторых случаях остались на том же уровне, что и в традиционных котлах, оборудованных камерными топками. И все же переход к топкам с кипящим слоем может способствовать защите атмо­сферы от оксидов азота, так как конечная концентрация оксидов азота за топкой с кипящим слоем, по-видимому, в большей степени определя­ется соотношением двух процессов: образования топливных NO_X на на­чальном участке слоя и восстановления NO_X до N₂ за счет гомогенных реакций с азотсодержащими радикалами и СО, а также за счет гетеро­генных реакций с коксовым остатком.

Специальной организацией горения можно добиться интенсификации восстановительных реакций и значительного сокращения выбросов окси­дов азота в атмосферу. Примером такой организации является топка с двухступенчатым кипящим слоем.

Первые результаты двухступенчатого сжигания в кипящем слое были получены на экспериментальной установке в Японии [71 ]. При сжигании угля с зольностью 33%, выходом летучих 34% и высшей теплотой сгора­ния 19,7 МДж/кг механический недожог составил 1-3%, что в 3 раза меньше, чем при одноступенчатом сжигании угля в той же установке. Зависимость концентрации оксидов азота от коэффициента избытка воздуха за установкой представлена на рис. 3.23. Результаты измерений показали, что при температуре горения 800°С, при обеспечении в нижнем слое стехиометрического соотношения топливо- воздух и подаче в верх­ний слой кварцевого песка еще 10-15% стехиометрического количества воздуха концентрация оксидов азота составляет 0,30 г/м³ при содержа­нии кислорода в пробе газа О₂ =6%.

Западногерманские специалисты исследовали возможность снижения выбросов оксидов азота не только за счет ступенчатого сжигания, но и за счет перехода к топкам кипящего слоя под давлением [72]. На рис. 3.24 приведены экспериментальные результаты, полученные сотруд­никами фирмы Bergbay — Forschung (Эссен, ФРГ). Концентрация N0* измерялась в опытах при сжигании угля в слое с температурой 85О°С при скорости псевдоожижения 0,5 м/с и высоте слоя 42 см. Из диаграм­мы на рис. 3.24 видно, что при атмосферном давлении концентрацию NO_X удалось снизить с 1,6 до 0,88 г/м³ за счет снижения доли первич­ного воздуха, подаваемого под решетку. В топке с кипящим слоем при

Рис. 3.23. Концентрация NO_X в зависимости от а при сжигании угля в эксперимен­тальной топке с кипящим слоем [71]:

1 - одноступенчатое сжигание, г_сл = 800°С; 2 - двухступенчатое сжигание, /_сл = 900°С; 3 - двухступенчатое сжигание, f_CJI = 800°С

Рис. 3.24. Концентрация оксидов азота при разном соотношении первичного (п) и вторичного (в) воздуха при сжигании угля в топке кипящего слоя с атмосфер­ным (7) и повышенным (2) давлением [72]

повышенном давлении (0,45 МПа) такое же перераспределение воздуха позволило снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах с 0,42 до 0,08 г/м³. Вероятно, повышение давления улучшает контакт между газом и твердыми частицами, а также сдвигает вправо равновесие реак­ции 2NO + 2CO^^N₂ + 2СО₂, что приводит к снижению образования оксидов азота.

В Советском Союзе в последние годы сотрудники ВНИИАМ, ВТИ и других научных коллективов пошли по пути создания топок с фа­кельно-слоевым сжиганием, которые также обеспечивают значительное снижение выбросов оксидов азота.

3.3. СНИЖЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА

ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА