1. Влияние качества топлива

В стационарных энергетических котлах обычно используются тяже­лые остатки нефтепереработки — топочные мазуты. Они характеризу­ются высокой вязкостью, плотностью, содержанием высокомолеку­лярных веществ и твердых продуктов уплотнения смолисто-асфальто­вого характера. Азот, содержащийся в исходной нефти, при перегонке ИЛИ крекинге концентрируется главным образом в мазуте. Хотя поступ­ление мазута на тепловые электростанции в ближайшие годы будет со­кращаться, проблема выброса оксидов азота при сжигании мазута оста­ется весьма актуальной, так как для значительного количества ТЭЦ

и крупных отопительных котельных, расположенных в городах, мазут еще длительное время будет оставаться основным топливом.

В гл. 2 были изложены некоторые особенности образования оксидов азота при сжигании мазута. Лабораторные исследования и опыты на крупных огневых стендах убедительно показали, что изменение темпе­ратурного уровня и концентрации кислорода в факеле в значительной степени определяют концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания. На уровень NO_X влияют также дисперсность мазута, турбулентность и степень крутки факела, поскольку эти параметры определяют характер факельного процесса при сжигании мазута.

Наличие связанного азота в мазуте приводит к тому, что в мазутных котлах образуются не только термические, но и топливные оксиды азота. Содержание связанного азота в мазуте зависит как от месторождения нефти, так и от технологии получения мазута на НПЗ. Увеличение содер­жания азота в топливе при прочих равных условиях приводит к повыше­нию концентрации NO_X в продуктах сгорания. Однако в отличие от твердого топлива не наблюдается прямой зависимости между N'" и NO_X : по мере снижения содержания азота в топливе возрастает доля азота, переходящего в оксиды азота. Об этом наглядно свидетельствует график на рис. 3.25, из которого видно, что при сжигании дистиллята, содержа­щего менее 0,1% азота, в оксиды переходит почти 80% азота топлива. В то же время сжигание мазута, полученного из калифорнийской нефти, с содержанием азота 0,8% приводит к переходу в оксиды только 587 азота [73].

Тем не менее снижение содержания азота в мазуте может служить одним из методов сокращения выбросов оксидов азота в атмосферу. Доказательством этого могут служить результаты, полученные Барто­ном при сжигании разных марок мазута на крупных энергетических котлах [74]. На рис. 3.26 приведены графики, из которых видно, что замена крекинг-мазута из калифорнийской нефти, содержащего 1% азота, парафинистой нефтью с содержанием азота 0,24% привела к сни­жению концентрации оксидов азота в дымовых газах в 1,5-2 раза для котлов различной мощности как с вихревыми, так и с прямоточными горелками. Наибольший эффект был получен на котле с тангенциаль­ной топочной камерой, где максимальная температура несколько ниже, чем в топках с вихревыми горелками, а следовательно, меньше и доля термических оксидов азота.

Определенное влияние на образование оксидов азота в мазутных котлах оказывает также температура подогрева мазута перед сжига­нием. Физически это связано, вероятно, со снижением вязкости при повышении температуры. Снижение вязкости, как известно, положи­тельно сказывается на уменьшении максимального размера мазутных капель и сокращении времени горения.

Сотрудниками САФ ВНИИПромгаз были проведены опыты с предва­рительным высоким подогревом мазута марки М100 перед сжиганием 88

Рис. 3.25. Степень перехода азота топлива в оксиды азота в зависимости от содер­жания азота в топливе [73):

1 - дистиллят; 2 - мазут из средневосточной нефти; 3 - из индонезийской неф­ти; 4 - восточный мазут №5; 5 - мазут из нефти, добываемой на побережье Мексиканского залива (США); б - очищенный от серы мазут из Венесуэлы; 7 - мазут из венесуэльской нефти; 8 - из аляскинской нефти; 9 - из вилмингтонской нефти (США); 10- из калифорнийской нефти

Рис. 3.26. Зависимость концентрации оксидов азота от содержания азота в топливе при сжигании мазута в котлах:

1 - блок 175 МВт, фронтальное расположение вихревых горелок; 2 - блок 220 МВт, фронтальное расположение вихревых горелок; 3 - блок 320 МВт, тан­генциальные горелки; 4 - блок 480 МВт, встречное расположение вихревых го­релок

его в котлах ТГМП-114 и ПК-41-1 [34]. Эти опыты показали, что по мере повышения температуры подогрева мазута до 210°С зона максималь­ных температур в топке приближается к выходному сечению горелки; это свидетельствует об интенсификации процесса сгорания мазута. Кон­центрация оксидов азота сначала увеличивалась (до Г_м as 170°С), а за­тем снижалась. При подогреве мазута до 250°С было достигнуто сниже­ние концентрации NO_V в дымовых газах почти на 409? по сравнению с режимом нормальной температуры подогрева мазута (130°С). Сниже­ние t_M со 130 до 100°С также уменьшило концентрацию оксидов азота примерно на 20%.

Таким образом, качество сжигаемого мазута и степень его подогрева перед распыливанием оказывают определенное влияние на выбросы оксидов азота, однако на практике использовать эти пути для защиты атмосферы от NO_V удается очень редко. Значительно большие возмож­ности открываются при изменении топочного процесса в направлении снижения температурного уровня процесса или уменьшения концентра­ции кислорода в зоне интенсивного образования NO_X.