Разработка экологически чистого высокоэкономичного котельного агрегата для ТЭС и ГРЭС, страница 7

Отрицательные последствия применения двухступенчатого сжигания.

Для пылеугольных котлов такими отрицательными последствиями являются:

- повышение температуры газов на выходе из топки , связанное с торможением процесса горения на начальном участке (из-за искусственного создания дефицита кислорода);

- увеличение потерь тепла с механической неполнотой горения q₄, особенно при недостаточной высоте топочной камеры (т. е. при высоком q_v);

- опасность для котлов сверхкритического давления (скд) образования высокотемпературной коррозии топочных экранов (в варианте, если восстановительная среда будет создаваться вблизи экранных поверхностей нагрева);

- возможность шлакования ширмовых или первых по ходу газа конвективных поверхностей нагрева (из-за повышения ), а также топочных экранов (из-за снижения температурных характеристик золы углей при переходе с окислительной к восстановительной среде). два последних из перечисленных факторов в значительной степени зависят от характеристик топлива (состава минеральной части и содержания серы), аэродинамики топочной камеры (тангенциальной, встречного или однофронтального расположения горелок) и температуры экранных поверхностей. Следует отметить, что при сжигании сильно шлакующих топлив с высоким содержанием серы при близком расположении вихревых горелок от боковых экранов и для котлов скд опасность появления высокотемпературной коррозии или шлакования топочных экранов будет выше. Степень опасности этих факторов не поддается расчету и может быть оценена только путем перехода головных котлов каждой серии на схему ступенчатого сжигания.

Что касается первых двух факторов (повышение  и q₄), то можно надеяться, что разрабатываемые в настоящее время математические модели топочного процесса (с учетом горения, аэродинамики и теплообмена) позволят в перспективе  рассчитать значение этих величин. Большое значение имеет эффективность ступенчатого сжигания:

                                                              (9)

где  и  – концентрации NO_x в пересчете на NO₂ при a = 1,4 до и после перевода котла на схему ступенчатого сжигания.

Этот параметр также, вероятно, можно будет определить расчетным путем с использованием кинетической модели образования и разложения NО_x с учетом термических, топливных и быстрых оксидов азота. Однако перспектива использования кинетических уравнений для расчета эффективности ступенчатого сжигания представляется весьма отдаленной из-за разнообразия химических форм, в которых присутствует азот в топливе, а также из-за сложности учета аэродинамической структуры и температурных полей в топочной камере. Пока что для приблизительной оценки величины  можно воспользоваться эмпирическими уравнениями, полученными при испытании пылеугольных котлов, переведенных на схему ступенчатого сжигания.

На основании полученных данных схемы двухступенчатого сжигания следует рекомендовать прежде всего для котлов, эксплуатирующихся на газообразном бессернистом топливе. При использовании сернистых мазутов и сероводородных газов  схема двухступенчатого сжигания может использоваться только на барабанных и водогрейных котлах. Применение ее на котлах СКД весьма проблематично из-за возможности возникновения в зоне горения нижней радиационной части сероводородной коррозии экранных труб.

Внедрение метода трехступенчатого сжигания на угольных электростанциях в России и СНГ. В конце 70-х годов в США и Японии началось исследование новой технологии сжигания топлив, рассчитанной на подавление оксидов азота. Эта технология получила название «reburning-process» (повторное сжигание) и была внедрена с 1981 по 1986 г. в Японии на девяти котлах.

Такая технология в России известна как метод трехступенчатого сжигания. Сущность ее заключается в интенсификации процесса восстановления оксида азота NO углеводородами и, возможно, азотосодержащими радикалами, образующимися в зонах горения с недостатком окислителя.