5.4. Работы вти по созданию малотоксичных горелок

5.4.1.Вихревые горелки вти

Разработка и успешное внедрение технологических методов подавления образования NO_х, выполненные за последние годы сотрудниками ВТИ и других организаций, в значительной степени снизили остроту проблемы: подавляющее число отечественных ТЭС укладывается в установленные нормы ПДВ (предельно допустимых выбросов). Однако предстоящее введение технических нормативов вновь заставляет энергетиков вернуться к проблеме выбросов оксидов азота. Для того чтобы эти выбросы не считались сверхлимитными, необходимо будет не только уложиться в нормы ПДВ, но и снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах до 125 мг/м3 при сжигании газа и до 350–400 мг/м³ при сжигании углей (в пересчете на NO₂ в сухой пробе дымовых газов при нормальных условиях: 0 °С, 101,3 кПа, 6 % О₂).

Одним из наиболее эффективных мероприятий, снижающих выбросы оксидов азота как на газомазутных, так и на пылеугольных котлах, является установка малотоксичных горелок. При реализации этого мероприятия на действующих котлах объем работ по реконструкции, как правило, не создает чрезмерных трудностей, а при изготовлении новых котлов практически не увеличивает их стоимости.

На газомазутных котлах эффект подавления NO_x достигается в значительной степени за счет рециркуляции дымовых газов, подаваемых определенным образом через малотоксичные горелки. В результате этого газы рециркуляции не только снижают максимальную температуру в ядре горения и уменьшают концентрацию кислорода, но еще и локализуют по длине факела зоны, обогащенные и обедненные топливом: фактически обеспечивается двухступенчатое сжигание в факеле каждой горелки.

Наглядный пример такой малотоксичной горелки – горелка типа ГМВИч(Ш)-50 конструкции ТКЗ-ВТИ, установленная на ТЭЦ-23 Мосэнерго при реконструкции котла ТГМП-314. На этом котле вместо четырех циклонных предтопков были установлены 16 названных горелок в два яруса по высоте (по восемь горелок на фронтовой и задней стенах топочной камеры). Расстояние между ярусами горелок по высоте составляло 3 м, а выше горелок верхнего яруса располагались сопла острого дутья. Конструкция горелок обеспечивала использование газов рециркуляции для ступенчатого сжигания топлива на горизонтальном участке факела. Схема газовоздушных коробов позволяла при работе котла на мазуте подавать через сопла острого дутья не воздух, а газы рециркуляции.

Кроме новых горелок и сопл острого дутья при реконструкции котла пришлось установить более мощные дымососы рециркуляции дымовых газов (ДРГ).

Природный газ подается в центральную часть горелки (рис. 5.12) через конический насадок и в среднюю часть горелки по газораздающим трубкам. Воздух поступает по центральному и двум кольцевым каналам, причем внутренний и периферийный кольцевые каналы разделены каналом газов рециркуляции. Центральный поток воздуха и поток газов рециркуляции двигаются напрямую, а внутренний и периферийный потоки воздуха закручиваются в аксиальном лопаточном аппарате.

При проведении параметрических испытаний котла после его реконструкции была установлена зависимость эмиссии оксидов азота от основных режимных параметров. На рис. 5.13 приведена зависимость концентраций NO_х от нагрузки котла при доле воздуха, подаваемого через верхние сопла, р = 32 %. Во всех опытах поддерживался оптимальный избыток воздуха в сечении за экономайзером (q₃ = 0), а доля газов рециркуляции увеличилась от 6–8 до 13 % по мере снижения нагрузки котла от 930 до 620 т/ч. Из приведенных результатов видно, что концентрация NO_х при нагрузке, близкой к номинальной, оказалась значительно ниже допустимой (125 мг/м³).

Рис. 5.12. Газомазутная горелка ТКЗ-ВТИ

При сжигании твердого топлива конструкция горелки также позволяет значительно сократить эмиссию оксидов азота. Практически все котлостроительные фирмы за рубежом разработали и успешно внедряют малотоксичные пыпеугольные горелки. Большой известностью пользу ются двухрегистровые горелки «Бабкок-Вилькокс» (США), вихревая горелка фирмы «Митсуи-Бабкок» (Великобритания) и некоторые другие.

Рис. 5.13. График зависимости приведенной концентрации оксидов азота от нагрузки котла (топливо – газ)

При использовании вихревых горелок с двумя каналами вторичного воздуха за счёт замедления подмешивания воздуха к аэросмеси на нескольких котлах удалось добиться практического снижения выбросов оксидов азота. Так, на котлах БКЗ-420-140-5 (паропроизводительностью 420 т/ч) Карагандинской ТЭЦ-3 при сжигании экибастузского угля уменьшения выходной скорости во внутреннем канале вторичного воздуха при одновременном увеличении скорости в наружном канале уменьшило выбросы NO_x примерно на 25 %. Ещё большее снижение выбросов NO_x было достигнуто на котле П-57, станционный №10, Рефтинской ГРЭС во время совместных испытаний Уралтехэнерго и ВТИ. Аналогичные результаты были получены на котле П-57 Экибастузской ГРЭС работниками Сибтехэнерго.

Позже метод замедления (торможения) смесеобразования в канале факела был апробирован на котле ТПП-210А с жидким шлакоудалением. На этом котле доля топливных оксидов азота (на которые главным образом и воздействует проверяемый метод) не превышала 2/3 суммарных выбросов NO_x. Поэтому и результат был более скромным: уменьшение выбросов составило только 15 %.