Курс лекций «Основы экологии и охрана воздушного бассейна» Содержание (стр. 18 из 20)

Очевидно, что когда водяной пар или вода вводятся за зоной образования оксидов азота, они вообще не должны оказывать влияния на образование МО. Если же они вводятся в топливовоз- душную смесь, они должны влиять на процесс горения и образование 1@0 не в меньшей степени, чем аналогичное по объему и теплосодержанию количество рециркулирующих газов.

Известно, что водяные пары влияют на скорость распространения пламени в углеводородных пламенах, следовательно, они могут оказывать влияние на кинетику образования оксида азота и даже при подаче в ядро зоны горения в малом количестве заметно влиять на выход оксидов.

Исследования Л. Сингха [228], выполненные на опытной камере сгорания газовой турбины, показали, что впрыск воды в ядро зоны горения жидкого топлива позволяет снизить образование оксида азота и сажи, а добавление пара к дутьевому воздуху снижает образование оксида азота, но увеличивает выброс оксида углерода и углеводородов. При впрыске воды в количестве 50% от массы жидкого топлива (@6,5% от расхода воздуха) удается снизить выход оксидов азота в 2 раза, при впрыске 160% воды-примерно в 6 раз. Некоторые итоги этих исследований показаны на рис. 5-19 и 5-20. Близкие результаты получены на котлах в работах, выполненных Л. М. Цирульниковым и сотрудниками в САФ ВНИИПромгазе [17], а также в опытах Н. Ди- белиуса и сотрудников [224], проведенных на камерах сгорания ГТУ. Здесь отмечалось снижение образования оксидов азота в 2 раза на каждые 2 о/о вводимого пара в пределах от 2 до 8 "/о от массы подаваемого воздуха (рис. 5-21). Эти данные, по нашему мнению, требуют проверки. Несколько более низкие цифры получены при исследовании котельного агрегата.

Впрыск в топку 80 кг воды на 1 Гкал (9 @/о от массы воздуха) сжигаемого природного газа снижает выброс оксидов азота с 0,66 до 0,22 г/м@, т. е. в 3 раза [222]. Таким образом, введение водяного пара и воды с точки зрения снижения выхода оксида азота является перспективным. Однако следует иметь в виду, что ввод воды или пара в количестве более 5-6 "/о от массы подаваемого в горелки воздуха может оказать отрицательное влияние на полноту сгорания топлива и показатели работы котла. Например, при вводе 12 "/о пара (по отношению к воздуху) в камеру сгорания ГТУ выход оксида углерода возрастал с 0,015 до 0,030%, а углеводородов - с 0,001 до 0,0022% [208]. Следует отметить, что подача 9-10 "/о пара в котел приводит к снижению его КПД на 4-50/0 [224].

Ввод водяного пара интенсифицирует реакции горения и, прежде всего, дожигание СО за счет добавочного количества гид- роксильного радикала (ОН):

Н20@ОН+Н; (1) СО+ОН@СО2+Н. (11) 212

НО, а,,@.,

Смо@г/М' 0,16

0 0,2 0,6 1,0 1,4 Водотопли-вное отношение

Рис. 5-19. Влияние впрыска воды на снижение Мод.

0,081-

427 538 650 760 870 9в01090Т,°С

Рис. 5-20. Влияние подачи пара в дутьевой воздух на выход Кои при сжигании жидкого топлива.

Г - температура газов на выходе из камеры сгорания;. 1-4 - режимы сжигания: 1 - без подачи пара; 2-4-с подачей пара, "/о: 2- 2,5, 3 - 6, 4 - 12.

Сно@,М&/М@ 70

гОМ,МВт

Рис. 5-21. Влияние подачи пара на содержание МОи в продуктах сгорания ГТУ в зависимости от нагрузки Н.

@-З - режимы сжигания: 1- без подачи пара; 2-З-с подачей пара, "/о: @-2, 3-3.

Рис. 5-22. Влияние ввода воды на изменения температуры по длина факела.

1 - исходная кривая; 2 - при вводе воды в факел.

По-видимому, некоторое снижение образования 1ТО при подаче пара и воды в зону горения можно объяснить:

а) снижением максимальной температуры в зоне горения;

б) уменьшением времени пребывания в зоне горения за счет интенсификации горения СО по реакции (11);

в) расходованием гидроксильного радикала в реакции (1). Подача пара или воды в зону горения с целью снижения образования оксидов азота вызывает значительный интерес исследователей главным образом в связи со следующими обстоятель@т

0,02. й,0@ 0,06 0,08 О@ЮСд/Цт

Рис. 5-23. Влияние ввода влаги на концентрацию оксидов азота в топочных камерах различных котлов.

ев/О',.-водотоплнаное отношение; (/Св@о -относительное изменение концентрации по сравнению с исходной.

1) сравнительно малым расходом среды и отсутствием необходимости строительства трубопроводов большого диаметра, что необходимо, например, при подаче газов рециркуляции;

2) положительным воздействием не только на снижение окси- дов азота, но и на догорание в факеле оксида углерода и 3,4-бенз-

ТАБЛИЦА 5-7 Характеристика котлов, в которых проверен ввод пара или воды Г225]

пирена; 3) возможностью использования при сжигании твердых топлив.

Среди отечественных работ по снижению образования @Оде при воздействии пара и воды на горение мазута отметим работы Л. М. Цирульникова и сотрудников [17, 100, 2251, а также работы В. С. Авдуевского, Э. Л. Белкова [2261, А. Ф. Гаврилова [227, 228].

Исследования [17, 225, 226] показали, что при вводе воды и пара в факел происходит перестройка поля температур, качественная схема которой видна на рис. 5-22 [2261. При подаче влаги процессы горения в корне факела интенсифицируются, положение Углах перемещается ближе к корню факела, однако уровень максимальной температуры снижается, этим и объясняется, по-видимому, возможность снижения выхода МО. Количественные результаты для разных котлов расходятся весьма значительно (рис.5.23). Данные, приведенные на рис. 5-23, получены Л.М.Ци- рульниковым с сотрудниками в различных котлах (табл. 5-7). Результаты можно представить в виде зависимости:

1ГО; = 1ТО@ (1 -@),

(5-8)

где @в == Св/Овозд - весовое отношение подаваемой воды к воздуху; @в-коэффициент эффективности метода.

Для средних условий (кривая 9, рис. 5-23) @(вя20, что даже превышает результаты, полученные при подаче газов рециркуляции.

215

ТАБЛИЦА 5-8

Влияние ввода пара на выход токсичных веществ в продуктах сгорания котла ТКЗ-120/150 при сжигании смеси из пыли угля АШ с природным газом

В табл. 5-8 приведены характеристики котлов, на которых проверено воздействие пара и воды на выход МОзс в промышленных условиях [2251.

В исследованиях Э. П. Белкова и сотрудников, проведенных на котле ТГМП-314 энергоблока 300 МВт на Каширской ГРЭС, при подаче через мазутную форсунку «Титан» воды в количестве до 10 о/о от расхода мазута достигалось снижение образования 1ТО.@ в 2 раза [2261.

В исследованиях, проведенных автором и С. С. Нижником на котле ТКЗ-120/150 Днепродзержинской ТЭЦ, подача пара в топку котла использована для снижения образования оксидов азота при сжигании в котле угля АШ и природного газа. Пар вводился через растопочные форсунки, расположенные ниже основных горелок таким образом, что струя пара попадала в корень факела на расстоянии 0,4-0,7 м от амбразуры. Некоторые характеристики режима приведены в табл. 5-8.

К настоящему времени практически все работы направлены на использование пара и воды для снижения выхода оксидов азота в газомазутных котлах [2291.

Из материалов таблицы видно, что подача пара является перспективным методом снижения образования и выброса оксидов азота при сжигании каменного угля. Вопрос о целесообразности подачи пара и воды для снижения выхода МОэс в котлах должен решаться в каждом конкретном случае с учетом влияния на КПД котла.

7.6.1 Гравитационные пылеуловители

В гравитационных пылеуловителях выделение взвешенных частиц из газообразной среды происходит главным образом под действием силы тяжести.

Размеры полых пылеосадочных камер определяют, исходя из заданного расхода газа и минимального седиментационного диаметра частиц пыли, которые вместе с более крупными частицами должны выпасть из потока. Соотношение длинны и высоты камеры находят из соотношения скорости газа и седиментационного скорости частицы:

(1)

Ширину камеры b определяют, исходя из принятых в расчете скорости газа

, высоты камеры Н и заданного расхода газа L:

Из соотношения (1) видно, что чем меньше скорость газа и высота камеры и больше ее длина, тем меньшую скорость оседания можно получить, т.е. тем более мелкие частицы пыли можно выделить из запыленного потока.

Резкое снижение высоты оседания дают так называемые полочные камеры. Для удобства сбора пыли полки делают наклонными; по оси камеры расположен шнек для выгрузки осевшей пыли. Для более эффективного удаления пыли с наклонных полок применяют вибраторы или другие стряхивающие устройства периодического действия а для горизонтальных можно применять механизм, периодически наклоняющий их к центру бункера.

При конструировании пылеосадочной камеры весьма важно обеспечить равномерный подвод запыленного газа. Для этой цели устанавливают газораспределительные решетки или применяют диффузоры с рассечками, располагая их под углом 10-12° друг к другу.