2.4. Выбросы оксидов азота при сжигании углей

В России при сжигании углей для снижения выбросов NOx применяются в основном режимно-технологические методы. Однако применять эти методы труднее, чем при сжигании газа и мазута. Это связано как со свойствами топлива, так и с особенностями механизмов образования NOx (см. гл.1). В результате работ научно-исследовательских и наладочных организаций накоплен опыт применения этих мероприятий и на угольных котлах.

В экспериментальных работах ВТИ [7], выполненных для пылеугольных котлов, установлено, что активно подавлять процесс образования топливных оксидов азота при сжигании угольной пыли можно путем снижения концентрации кислорода на начальном участке факела горения. В экспериментах ВТИ было также установлено, что снизить образование топливных NO можно предварительным подогревом угольной пыли перед подачей ее в горелку. Так, при подогреве пыли Березовского бурого угля до 870 К выход NO_X при избытке воздуха в горелке _гор=1,16 снижается почти в 4 раза.

Большое внимание в работах ВТИ уделяется внедрению различных вариантов ступенчатого сжигания углей (двухступенчатого и особенно трехступенчатого) с целью снижения выхода NO_X . Наибольшие перспективы имеет метод трехступенчатого сжигания для использования на котлах с жидким шлакоудалением и особенно при сжигании высокосернистых топлив по условиям обеспечения минимальной газовой коррозии экранных труб. Сущность метода трехступенчатого сжигания состоит в том, что основные горелки работают с оптимальным по условиям обеспечения минимальной высокотемпературной коррозии экранов и максимального выжига топлива коэффициентом избытка воздуха (1,0-1,05), а выше основных горелок устанавливаются дополнительные горелки, в которых сжигается 15-30 % топлива с недостатком воздуха. Благодаря этому в топке создается зона с восстановительной средой, в которой продукты неполного сгорания (CO, H₂ , C_n H_m ) восстанавливают образовавшиеся NO до N₂ по реакциям:

2NO + 2CO = N + 2CO ; (15)

2NO + H = N + H O. (16)

Выше этой зоны организуется зона дожигания оставшихся продуктов неполного сгорания за счет третичного воздуха, поступающего через сопла острого дутья. Экспериментальные данные ВТИ показывают, что этим методом достигается снижение выхода оксидов азота на 30-50 % . В энергетике России метод трехступенчатого сжигания углей пока широкого распространения не получил, однако результаты работ ВТИ важны, так как доля угля в ближайшей перспективе в балансе энергопотребления России значительно возрастет.

Опыт эксплуатации показывает, что еще далеко не решена проблема снижения выбросов оксидов азота для котлов с жидким шлакоудалением-(ЖШУ), работающих на углях с высоким содержанием азота. В качестве примера возьмем ТЭЦ 22 "Мосэнерго", сжигающую Кузнецкий уголь. На ТЭЦ-22 установлены три типа энергетических котлов ТП-80, ТП-87, ТПП-210А. При сжигании угля производится подсветка природным газом. Все котлы предназначены для работы на твердом топливе с жидким шлакоудалением. Концентрация оксидов азота в дымовых газах при работе котлов на твердом топливе и номинальной нагрузке достигает 1100–1400 мг/нм³, что в несколько раз превышает допустимые нормы. Следует отметить, что доля угля в топливном балансе ТЭЦ-22 составляет в настоящее время около 20 %. При работе на природном газе (и мазуте) при применении режимных методов подавления концентрация оксидов азота в дымовых газах котлов ТП-80 и ТП-87 соответствует допустимым нормам. При сжигании же Кузнецкого угля на всех энергетических котлах ТЭЦ-22 концентрации оксидов азота значительно превышают допустимые нормы. Поэтому в первую очередь надо направить усилия на разработку мероприятий по снижению выбросов оксидов азота на котлах ТЭЦ-22 при их работе на твердом топливе. Возможны следующие пути решения этой проблемы: установка каталитической очистки дымовых газов от оксидов азота на всех энергетических котлах; значительная реконструкция котлов с целью внедрения режимных методов двух и трехступенчатого сжигания угля.