Применение ступенчатого сжигания топлива в целях улучшения экологической ситуации

Ручкина Светлана Алексеевна *
Михайлов Владимир Александрович**

Одним из основных источников вредного воздействия на окружающую среду являются энергетические предприятия, а среди них доминирующую роль занимают тепловые электрические станции. Наиболее распространенными экологически опасными выбросами от ТЭС являются оксиды азота (NO_x), которые образуются при сжигании любого вида топлива. Количество образующихся и выбрасываемых в атмосферу NO_x зависит от многих факторов: вида топлива, способов организации топочного процесса и очистки уходящих газов [1, c. 7-11].

Хотя, проблема снижения выбросов оксидов азота стоит довольно остро, существуют методы ее решения:

- Подача воды или пара в зону горения;

- Рециркуляция дымовых газов;

- Снижение температуры в зоне горения;

- Трехступенчатое сжигание топлива.

Рассмотрим применение трехступенчатого сжигания топлива. При таком способе сжигания топлива зона горения растягивается (что видно на рисунке 1), что приводит к снижению температуры факела и, следовательно, к уменьшению образования оксидов азота. Для проектирования системы трехступенчастого сжигания выбран котлоагрегат ТП - 170, работающий на экибастузском угле с низшей теплотой сгорания 17380 кДж/кг.

Рис 1. Топочная камера при трехстадийном сжигании угля.

При выбранном распределении топлива по ярусам горелок ( = 0,8,  ⁼ 0,2), коэффициенте избытка воздуха на выходе из второй ступени α₂=1,0 и времени пребывания во второй ступени τ ~ 0,5 с будут созданы условия для снижения уровня выбросов оксидов азота с 900 до 360 мг/м³ при α=1,4.

Расчеты показали, что для экибастузского угля, доля топлива, которую необходимо подавать во вторую ступень сжигания, должна составлять 0,125 - 0,160 от общего расхода топлива. При таком распределении топлива по зонам и обеспечении в конце второй зоны избытка воздуха в пределах 1,0125 < α_г <1,0375 возможный предельно низкий выход оксида азота будет находиться на уровне ~ 360 мг/м³ (вместо начальных 900 мг/м³).При этом следует иметь в ввиду, что отклонение доли топлива, подаваемого во вторую ступень от расчетного оказывает незначительное влияние на выход NO при превышении расчетного и существенное при доле топлива меньше расчетной. Кроме того, увеличение избытка воздуха в область, превышающую α_г > 1,025, приводит к резкому возрастанию выхода оксида азота [2, c. 3-45].

Список литературы:

1. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / коллектив авторов; под ред. Н.В. Кузнецова и др. — 2-е изд., перераб. / Репринтное воспроизведение издания 1973 г. — М.: ЭКОЛИТ, 2011. — 296 с.: ил.

2. Липов, Ю. М. Методика теплового расчета топки и образования оксидов азота при ступенчатом сжигании топлива / Ю. М. Липов, Ю. М. Третьяков, Моск. энерг. ин-т (МЭИ ТУ). – М.: Изд-во МЭИ, 1998 . – 56 с.