Снижение выбросов оксида азота

Снижение выбросов оксидов азота.

Снижение загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем развития российской теплоэнергетики. В настоящее время действуют довольно жесткие нормативы, регламентирующие выбросы в атмосферу. Подавляющее большинство действующих котлов, имеют значительно более высокие уровни выбросов NO_X , чем это регламентируется ГОСТ Р50831-95 (рис. 1). К настоящему времени разработано большое количество методов снижения выбросов оксидов азота как на стадии сжигания топлива (так называемые технологические или внутритопочные мероприятия) так и очистки газов на стадии охлаждения продуктов сгорания (например DENOx). Последние являются высокоэффективными методами, позволяющими обеспечить заданные уровни выбросов оксидов азота, и широко применяются в технологически развитых странах. Однако очень высокие капитальные и эксплуатационные затраты, необходимость размещения крупногабаритных установок и длительное время, необходимое для их реализации, делает внедрение данных технологий для действующих российских котлов в обозримом будущем крайне маловероятным.

Тем не менее, рост промышленного производства и ускоренный ввод в строй электрогенерирующих мощностей, который планируется в ближайшие годы, потребует сократить объемы выбросов от уже установленного оборудования. Особенно актуальной эта проблема станет, если все-таки начнет происходить замена природного газа твердым топливом и мазутом.

Следует отметить, что при внедрении данных технологий может наблюдаться не только снижение КПД котельной установки, но и сложности с регулированием технологических процессов. Последнее часто обусловлено не только усложнением схемы регулирования, но и плохим состоянием контрольно-измерительных приборов, установленных на котле.

Одним из наиболее легко реализуемых режимных мероприятий является снижение избытка воздуха в топке. В результате уменьшения содержания кислорода в зоне горения происходит подавление образования как термических, так и топливных NOx. Поэтому данное мероприятие может быть применено при сжигании любых видов органического топлива. Оно позволяет не только снизить выбросы NOx, но и несколько повысить КПД котла за счет снижения потерь теплоты с уходящими газами и затрат энергии на собственные нужды.

Влияние избытков воздуха на образование оксидов азота описывается экстремальной зависимостью с максимумом при а_{ma х} = 1,15-1,25 для газомазутных котлов и а_{m ах} = 1,4-1,5 для пылеугольных котлов в зависимости от конструкции горелочных устройств и состояния топочной камеры (рис. 2). Причем максимум содержания NOx в дымовых газах соответствует такому значению коэффициента избытка воздуха, при котором в данных условиях достигается наиболее полное сгорание топлива (рис.3).

Следует особо подчеркнуть, что в образовании оксидов азота участвует только тот воздух, который подается в зону активного горения вместе с топливом. Изменение количества присосов холодного воздуха в топочную камеру, который не участвует в процессе воспламенения и горения топлива, практически не влияет на образование оксидов азота. Поэтому при одинаковых значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки а_т из-за разных присосов избытки воздуха в ЗАГ могут существенно отличаться. Это, в свою очередь, приводит к разному выходу NO_X . Кроме того, чрезмерное снижение избытков воздуха в зоне горения сопровождается не только повышенным недожогом топлива, но и увеличением выхода NO_X за счет появления быстрых оксидов азота (левая ветвь зависимости NO_X на рис. 2а).

Очень часто, как показывает практика, котлы работают с достаточно высокими коэффициентами избытка воздуха близкими к значениям а_{m ах} (см. рис. 4). Для таких агрегатов снижение избытков воздуха показывает хорошие результаты. В результате снижения избытков воздуха до значений а_раб = а_кр + 0,02-0,04 (рис. 4) обычно наблюдается уменьшение выбросов оксидов азота на 10-30%. При этом не требуется каких-либо дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, а все расходы на его внедрение сводятся к стоимости режимно-наладочных испытаний котла.

Еще больший эффект снижения выбросов оксидов азота, как показали результаты экспериментов, наблюдается при дальнейшем снижении а ниже значений а_раб вплоть до появления химического недожога (см. табл. 2). Причем основное снижение эмиссии NO_X происходит уже при появлении умеренного недожога топлива (рис. 5). Так, повышение химического недожога, сопровождавшееся ростом концентрации СО в продуктах сгорания (в контрольном сечении, в данном случае сечение РВЭ) от 0 до 50 ррm (62,5 мг/м3), приводило к снижению содержания оксидов азота на 25 - 30%. При дальнейшем увеличении недожога, когда содержание СО увеличивалось с 50 ррm до нормативных значений (300 мг/м³ или 240 ррm), происходило дополнительное линейное снижение выхода NO_X на 10 - 12% от первоначального значения.

Аналогичные результаты были получены и при сжигании мазута в котле БКЗ-75-3.9ГМ ТЭЦ ОАО «ЧМЗ» (см. рис. 6). При работе котла в соответствии с режимной картой выбросы оксидов азота были максимальны и составляли 550-580 мг/м³ . При снижении избытков воздуха до достижения концентрации C0=50-150 м