Метод трехступенчатого сжигания угольной пыли, страница 8

Котлы с кипящим слоем спроектированы так, что бы температура слоя находилась в интервале 815 - 870 °С. Возможность работы при низких температурах приводит к нескольким преимуществам. Благодаря низкой температуре для связывания SO₂ можно использовать в качестве сорбента недорогие материалы, такие как известняк и доломит. Когда в слой добавляется известняк или доломит, в результате реакции между СаО и SO₂ образуется CaSO_2. В зависимости от содержания серы в топливе и количества сорбента выбросы SO₂ могут быть сокращены на 90 % и более.

Оксиды азота из азота и кислорода образуются при температурах свыше 1480 °С. При снижении температуры скорость реакции сильно уменьшается. При температуре слоя 815-870 °С количество N0х образовавшегося в кипящем слое, меньше, чем в традиционных установках, работающих при боле высоких температурах. Дополнительное снижение N0х в некоторых пузырьковых слоях и во всех котлах ЦКС достигается ступенчатым подводом воздуха. Еще более низкий уровень N0х может быть достигнут при использовании дополнительных методов подавления за топкой.                 

Образование N0х.

Специалистами Московского энергетического института были проведены исследования основных закономерностей процесса эмиссии быстрых оксидов азота NO_Б для определения условий сжигания органических топлив в топках котлов, позволяющих уменьшить их конечный выход.

Выход оксидов азота, как правило, определяется топливными N0х при сжигании твердых топлив и термическими N0х  при сжигании газа и мазута. Измеренные концентрации быстрых оксидов азота NO_Б в продуктах сгорания в зависимости от состава топливаи условий его сжигания колеблются от 40 до 150-200 мг/м³, что не превышает 10-15 % суммарной эмиссии N0х в энергетических котлах. При внедрении внутритопочных мероприятий, подавляющих образование топливных и термических оксидов азота в процессе сжигания топлива, доля быстрых N0х может возрасти до 30-50 %. Более того, некоторые внутритопочные технологии, например ступенчатое сжигание, вызывают не только относительный, но и абсолютный рост выхода быстрых оксидов азота. Поэтому для достижения минимального суммарного выброса NOх необходимо наряду с подавлением эмиссии топливных и термических оксидов азота обеспечить ограничение выхода быстрых NО.

Задачей работы МЭИ являлось исследование основных закономерностей процесса эмиссии быстрых оксидов азота NO_Б для определения условий сжигания органических топлив в топках котлов, позволяющих уменьшить их конечный выход. Исследования включали эксперименты на котлах, сжигающих природный газ, и численные эксперименты с помощью пакета прикладных программ (ППП) РОСА. Относительная погрешность расчетов согласно предварительным исследованиям  не превышает 10-25 % в широком диапазоне режимных параметров. Эмиссия быстрых оксидов азота в ППП РОСА описывалась следующими химическими реакциями:

СН + N₂ ® HCN + N;                    (1)

CH₂ + N₂ ® HCN + NH;                 (2)

RN + RO ®...® NO;                      (3)

где RN - азотсодержащие радикалы (HCN, NH, N);

RO - кислородсодержащие радикалы (О, ОН). Для того чтобы полностью исключить влияние термических оксидов азота, часть расчетов выполнялась при температурах в зоне реакции ниже 1800 К.

Согласно проведенным расчетным исследованиям и в полном соответствии с экспериментальными данными образование быстрых оксидов азота NO_Б происходит в начальной зоне факела за очень короткий промежуток времени и сопровождается значительным предварительным выходом цианида водорода HCN.