Курс лекций «Основы экологии и охрана воздушного бассейна» Содержание (стр. 15 из 20)

Ограничение расхода рециркуляционных газов в топках котлов, особенно при сжигании газового топлива, ставит вопрос о более эффективном их использовании с точки зрения снижения выхода оксидов азота. Важно, чтобы рециркуляционные газы попадали в самые высокотемпературные зоны факела. При смешении с общим потоком воздуха газы рециркуляции распределяются в большом объеме как по длине факела, так и за его пределами. Более целесообразным является подмешивание рециркуляционных газов к первичному воздуху или к газовому топливу. В этом случае практически весь объем рециркуляционных газов оказывает влияние на зону максимальных температур.

Исследования турбулентного газового факела показали, что при его общей длине @@@Об? (с? - диаметр амбразуры горелки) образование 1@0.х фактически заканчивается на расстоянии @= ==(2,5-3,0)@ для прямоточного факела и @@=2,751г1р (р-угол подъема факела по спирали) для вихревого факела [79], что подтверждает необходимость воздействия рециркуляционными газами именно на начальную корневую зону факела.

Исследование влияния подачи газов рециркуляции в топливо и в воздух на образование 1@0;? проводилось на опытной установке, схема которой представлена на рис. 5-25.

Для сжигания природного газа использовалась прямоточная горелка 1 с центральной подачей топлива в сносящий поток воз-

220

пах, з/мз Рис. 5-25. Схема экспериментальной лабораторной установки.

1 - горелка: 2 - дымосос циркуляционных газов; 3 - камера сгорания; 4 - дутьевой вентилятор; 5- подогреватель воздуха.

.

20 г,°/<,

Рис. 5-26. Подача газов рециркуляции. 1 - в дутьевой воздух, 2 -в газ.

духа, нагнетаемого вентилятором 4. Дымовые газы отбирались за камерой сгорания 3 дымососом 2 и подмешивались к топливу или воздуху.

Выход оксидов азота в зависимости от степени рециркуляции при различных схемах подачи дымовых газов в камеру сгорания (с топливом или с воздухом) показан на рис. 5-26. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что подача рециркуляцион- ных газов с топливом более эффективно снижает выход оксидов азота. При одинаковой степени рециркуляции, например, при г= =10°/о подмешивание дымовых газов к воздуху снижает выход 1ТО2с на 22,7 "/о, а к топливу- на 45,4 "/о.

В практике применения метода рециркуляции дымовых газов на промышленных и энергетических котлах использовались различные схемы подачи этих газов в топку. Эффективность их воздействия на снижение выхода оксидов азота в зависимости от способа подачи газов рециркуляции приведена в табл. 5-11. Здесь же для сравнения помещен результат экспериментальной проверки способа подачи газов рециркуляции в топливо.

Как следует из данных таблицы, подача газов рециркуляции в топку вместе с топливом в 4,5/2,5=1,8 раз эффективнее по снижению оксидов азота, чем подача их в канал дутьевого воздуха.

Из рассмотрения приведенных результатов можно сделать следующие выводы.

1. Для повышения эффективности методов подавления образования оксидов азота в топках котлов (рециркуляции дымовых

221

ТАБЛИЦА 5-11 Эффективность различных схем подачи газов рециркуляции в топку

Схема подачи газов рециркуляции

в топку

В топливо

В первичный воздух В общий канал дутьевого воздуха По кольцевому каналу вокруг горелки

Через шлицы напротив нижнего яруса горелок

Через шлицы под горелками Через шлицы в поду топки

Коэффициент снижения выхода оксидов азота

0,45

0,30 0,25 0,15

0,10

0,08-0,10 0,002

Экспериментальные данные авторов То же

[16. 43] То же

газов в топку двухстадийного сжигания топлива, подача пара и др.) следует организовать их воздействие в первую очередь на наиболее высокотемпературные зоны, способствуя таким образом выравниванию температурного поля топки в ее горизонтальном сечении.

2. При заданной степени рециркуляции дымовых газов повышение их подачи в центральные горелки (Сц) и соответствующее снижение подачи в крайние до отношения Окр/Оц@-0,2 уменьшает выход оксидов азота на 25-30 о/о по сравнению с равномерной подачей газов рециркуляции во все горелки.

3. Организация двухстадийного сжигания топлива на центральных горелках эффективнее по снижению выхода оксидов азота, чем на крайних.

4. Применение такого нового способа снижения образования оксидов азота, как неравномерное воздействие, позволяет увеличить эффективность снижения оксидов азота без ухудшения качества сжигания топлива и параметров вырабатываемого пара.

5. При равной степени рециркуляции дымовых газов подача их в топку с газовым топливом снижает выход оксидов азота на 4,5 "/о на 1 "/о степени рециркуляции, что в 1,8-2,0 раза эффективнее, чем при подаче газов рециркуляции в канал дутьевого воздуха.

ГОРЕЛОЧНЫЕ УСГРОйСТВА С ПОНИЖЕННЫМ ВЫХОДОМ ОКСИДОВ АЗОТА

Институтом газа АН УССР (ИГ АН УССР), САФ ВНИИ- Промгаз, ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского, ЦКТИ им. И. И. Ползу- нова. Харьковским филиалом ЦКБ Главзнергоремонта и другими

222

организациями разработаны горелочные устройства с пониженным выходом оксидов азота. При их создании использованы известные принципы - в основном двухстадийное горение и рециркуляция продуктов сгорания.

ГОРЕЛКИ Д БУХСТАД НИКОГО СЖИГАНИЛ КГ АН УССР ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЛОВ

@@вшах/@пр щах @ @1П Рср

Сжигание больших количеств топлива в горелке с малой длиной факела и широкими пределами стабилизации пламени, а также необходимость использования одного и того же гор елочного устройства для сжигания двух, а иногда и трех видов топлива делают весьма привлекательным применение вихревых горелок в энергетических и промышленных котлах. Вместе с тем применение закрутки воздушного потока обычно повышает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания в связи с более высокой интенсивностью выгорания (д@я/@ф) и более высокими температурами в корне факела. При наличии закрутки воздуха положение максимума температур в вихревом потоке смещается в сторону устья горелки по сравнению с прямоточным. Из уравнений (3-127) и (3-128) получаем

@@@<1. (5-10)

Ка

Расположение максимума температур в вихревом факеле в выходном сечении амбразуры горелки или на незначительном расстоянии от нее положительно влияет на полноту выгорания топлива, однако в целом ряде случаев снижает эксплуатационную надежность горелок и элементов конструкции котла из-за появления локальных перегревов, усложняет регулирование температуры перегретого пара в промышленных котлах. Измерение поля температур отсосными платина-платинородиевыми термопарами в 13 сечениях водоохлаждаемой камеры при сжигании газа в вихревой горелке с периферийной подачей газа при степени крутки 1,86 и при подаче воздуха прямым потоком на нескольких режимах показало, что изморенные максимальные температуры в прямом потоке ниже, чем в вихревом, а положение Ттм сдвинуто от устья горелки в направлении топки. Однако осуществить полный переход от вихревого факела к прямоточному в котельных установках часто не представляется возможным в связи с ограниченностью размеров топочных камер и свободной площади стен и необходимостью обеспечить достаточно высокий уровень температур при сжигании в одном и том же горелочном устройстве не только газа, но также мазута и твердого топлива.

Для регулирования параметров факела и снижения концентрации оксидов азота, образующихся в факеле, автором и Г. Ф. Найденовым проведено исследование взаимодействия пря-

223

Рис. 5-27. Горелочное устройство конструкции Института газа АН УССР с закрученным и осевым подводами воздуха.

@-воздушный короб; 2 - цилиндрический канал: 3 - тангенциальный подвод воздуха; 4- шибер; 5 - осевой подвод воздуха; 6 - место установки мазутной форсунки; 7 - газовая камера.

маго и закрученного потоков воздуха и разработаны вихревые горелочные устройства с комбинированным подводом воздуха, в которых снижение выброса оксидов азота, регулирование температуры, размеров и параметров вихревого факела осуществляются изменением доли воздуха, подаваемого прямым (незакру- ченным) потоком по оси вихревой горелки (рис. 5-27).

В том случае, когда доля воздуха, подаваемого по оси трубы незакрученным потоком б, смешивается с остальной частью воздуха (1-6) до начала горения, имеет место снижение интегральной интенсивности крутки воздушного потока, которая с учетом данных работы [152] может быть записана в виде

п == &bsol;Дт (<Аг-а)/(аЪ)&bsol; x X ((1-6)/[(1-6)+6(да@]1,

(5-11)

где а и Ь - соответственно ширина и длина тангенциального патрубка для подвода воздуха; @г - диаметр горелки; @тр - диаметр патрубка, служащего для осевой подачи воздуха.

Анализ выражения (5-11) показывает, что увеличение расхода воздуха, подаваемого по осевой трубе, приводит к снижению интегральной интенсивности крутки потока и, следовательно, должно сопровождаться перестройкой поля скоростей и температур, увеличением длины факела и снижением выброса оксидов азота. Увеличение длины трубы приводит к двухстадийному горению топлива, так как воздух, подаваемый по осевой трубе, в последнем случае не участвует в процессе горения в первичной зоне.