PV Roslyakov, doctore. tehn. Științe,
IL Ionkin, L.E. Egorova, candidați de tehnică. științe
Institutul de Inginerie Electrică din Moscova (Universitatea Tehnică)
Reducerea poluării mediului prin produse toxice de combustie a combustibililor organici este una din problemele importante în dezvoltarea tehnologiei energetice rusești. În prezent, sunt în vigoare reglementări destul de stricte care reglementează emisiile în atmosferă. Marea majoritate a cazanelor care funcționează au niveluri semnificativ mai mari de emisii de NOx. decât este reglementată de GOST R50831-95 (Figura 1). Până în prezent, a dezvoltat un număr mare de metode de reducere a emisiilor de oxizi de azot din arderea combustibilului Etapa (așa numitul vnutritopochnye tehnologic sau eveniment) și etapa de purificare a gazului de răcire a produselor de ardere (de exemplu, denitrificare). Acestea din urmă sunt metode extrem de eficiente pentru a atinge niveluri specificate de emisii de oxizi de azot și sunt utilizate pe scară largă în țările avansate din punct de vedere tehnologic. Cu toate acestea, costurile foarte ridicate de capital și de funcționare, necesitatea de a se adapta instalațiile de mari dimensiuni și timpul lung necesar pentru a le pune în aplicare, ceea ce face punerea în aplicare a acestor tehnologii la cazanele rusești existente foarte puțin probabil în viitorul apropiat.
Cu toate acestea, creșterea producției industriale și accelerarea punerii în funcțiune a capacității de producere a energiei electrice, planificată în următorii ani, va necesita reducerea emisiilor provenite de la echipamente deja instalate. Această problemă va fi deosebit de actuală dacă gazul natural este înlocuit cu combustibil solid și păcură.
Trebuie remarcat faptul că prin introducerea acestor tehnologii se observă nu numai o scădere a eficienței centralei termice, dar și dificultăți în reglementarea proceselor tehnologice. Acestea din urmă se datorează adesea nu numai complicării schemei de reglementare, ci și stării precare a instrumentației instalate pe boiler.
Una dintre cele mai ușor implementate măsuri de regim este reducerea excesului de aer în cuptor. Ca urmare a scăderii conținutului de oxigen din zona de combustie, formarea NOx-ului termic și a combustibilului este suprimată. Prin urmare, această măsură poate fi aplicată la arderea oricăror tipuri de combustibili fosili. Acesta permite nu numai reducerea emisiilor de NOx, ci și creșterea ușoară a eficienței cazanului datorită reducerii pierderilor de căldură cu gazele de ieșire și consumul de energie pentru nevoile proprii.
Efectul excesului de aer asupra formării oxizilor de azot este descrisă dependența extremă cu un maxim la amah = 1,15-1,25 pentru cazane și amah gaz-petrol = 1,4-1,5 pentru cazanele pe bază de cărbune, în funcție de proiectarea și starea arzătoarele camerei de ardere (Figura . 2). În plus, conținutul maxim de NOx din gazele de ardere corespunde cu valoarea factorului de aer în exces, în care se obține cea mai completă combustie de combustibil în aceste condiții (figura 3).
Ar trebui să se sublinieze în mod special faptul că, în formarea oxizilor de azot, numai aerul care participă la zona de combustie activă împreună cu combustibilul participă. Schimbarea cantității de aspirație a aerului rece în camera de ardere, care nu este implicată în procesul de aprindere și de ardere a combustibilului nu afectează formarea oxizilor de azot. Prin urmare, pentru valori identice ale factorului de aer în exces la ieșirea de la am, datorită difuzoarelor diferite, aerul în exces în CGS poate fi diferit substanțial. Acest lucru, la rândul său, duce la o producție diferită de NOX. Mai mult decât atât, reducerea excesivă a aerului în exces în zona de ardere este însoțită nu numai că a crescut de combustibil nears, dar, de asemenea, o creștere a NOX eliberare datorită apariției rapide a oxizilor de azot (NOx în funcție de ramură în Fig. 2a la stânga).
De cele mai multe ori, după cum arată practica, cazanele funcționează cu coeficienți de exces de aer suficient de mari, apropiați de valorile amax (vezi Figura 4). Pentru astfel de unități, reducerea aerului în exces prezintă rezultate bune. Ca rezultat al reducerii excesului de aer la valorile arab = akp + 0,02-0,04 (figura 4), se observă de obicei o reducere a emisiilor de oxizi de azot cu 10-30%. În același timp, nu sunt necesare costuri suplimentare de capital și de exploatare, iar toate costurile de implementare a acestora sunt reduse la costul testării regimului și a comenzii cazanului.
Astfel, atunci când gazele naturale și combustibilul sunt arse prin organizarea unei arderi chimice moderate controlate, se poate obține o reducere semnificativă a emisiilor de NOx. Cu toate acestea, pentru a crește chimice underburning valorile concentrației în exces de CO = 50 - 100 ppm raportat (62,5-125 mg / m), care este semnificativ mai mic decât valorile standard, este nepractică din cauza efectului mic următor (Figura 5.) și creșterea toxicității totală a gazelor de ardere, datorită creșterii emisiile de CO și benz (a) piren. În același timp, reducerea emisiilor de oxizi de azot ajunge la 30-40%.
Trebuie remarcat în mod special faptul că în multe cazane există o variație semnificativă a concentrației de oxigen în produsele de ardere. Acest lucru se poate datora atât funcționării sistemului de automatizare, cât și stării tehnice necorespunzătoare a cazanului. De exemplu, în boiler-75-3,9 CKTI montat pe CHP „CMP“ fluctuațiile observate concentrația de O2 în gazele de eșapament, în intervalul de aproximativ 6.8-7.8%, în timp ce atunci când încearcă să stabilească un regim cu o concentrație controlată de nears CO a fost de la 0 la 700 mg / m3 (Figura 8). În acest sens, pentru astfel de cazane, sunt necesare lucrări preliminare pentru compactarea și ajustarea ASR.
Unul dintre argumentele împotriva implementării regimurilor cu subfinanțare moderată a combustibilului este o creștere a emisiei de benzo (a) piren C20H12 (Figura 6). Într-adevăr, benzo (a) pirenul, ca substanță dăunătoare, aparține primei clase de pericol și, prin urmare, este mai toxic decât oxizii de azot. Cu toate acestea, este posibilă cuantificarea obiectivă a performanței de mediu a diferitelor regimuri de ardere a combustibilului, luând în considerare atât toxicitatea diferitelor impurități nocive (NOX, CO, C20H12), cât și emisiile de masă ale acestora.
Se știe că concentrațiile diferitelor impurități din produsele de ardere sunt strâns legate între ele. Schimbarea regimului de ardere conduce la o creștere a conținutului unor impurități, reducând în același timp emisiile altora (figurile 5, 9). Prin urmare, siguranța ecologică a regimului va fi cea mai mare, cu atât este mai mică valoarea indicelui relativ total de nocivitate a gazelor de ardere epuizate.
Studiile experimentale efectuate asupra proceselor de conversie a CO și BP în calea gazelor a centralelor de cazane au arătat principala posibilitate de a implementa diferite regimuri de combustie în cazan (figura 10).
Moduri de combustibil nears au concentrații mai scăzute de O2 în zona de ardere și cu un nivel redus de temperatură în camera de ardere, rezultând într-un produs de proces de strângere postcombustie de ardere a combustibilului incomplet în hornul instalației de cazan. Astfel, în funcție de gradul de carbon nearse chimic (adică, întârzierea procesului de ardere de-a lungul lungimii traseului de gaz), în principiu, următoarele opțiuni schimbă concentrația de PD și CO în conducta de gaz a cazanului (fig. 10b, c, d).
Pentru comparație, modurile de mediu cu ardere de siguranță descrise mai sus (fig. 7) pentru fiecare indice calculat hazard Sn total produse de ardere, este suma metrici parțiale a nocivității Pi CO, NOX și BP. Cifrele reale harmfulness Pi, la rândul său caracterizează valoarea specifică a substanțelor dăunătoare și toxicitatea sa relativă și reprezintă numărul de grame de impurități dăunătoare mj, care rezultă din arderea unui grame de combustibil divizat de căldura relativă de ardere a combustibilului și în raport cu toxicitatea contaminant:
Desfășurată rezultatelor testului (Fig. 14) Pi și Sn calculele au arătat că aportul dominant la emisia totală a gazelor de ardere nocive în atmosferă a oxizilor de azot NOx face, în primul rând datorită NO2. Ponderea acestora în emisiile totale de vătămări pentru diferite regimuri variază de la 90 la 98%. Contribuția produselor chimice de ardere (CO și BP) în condiții normale de combustie este neglijabilă (<1 - 2%). Поэтому для увеличения экологической безопасности сжигания природного газа в первую очередь необходимо снижать эмиссию NOX. При реализации режимов с недожогом вклад выброса СО и БП в суммарную вредность уходящих газов увеличивается всего до 7 - 8%, не смотря на то, что как показали эксперименты, выход БП при режимах с недожогом увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с обычным сжиганием (см. рис. 14).
Arderea combustibilului fără underburning (Fig. 10a, iar curba 1 din Fig. 14), când monoxid de carbon este practic absentă în gazele de ardere pe întreaga lungime a traseului de gaz, valoarea Sn-a lungul traseului de gaz rămâne substanțial neschimbat, deși are o ușoară tendință de scădere pentru arderea BP în calea gazului (dependența 1 din Figura 15).
Cele mai ecologice moduri considerate mai sus sunt modurile cu temperaturi moderate sub 1.08 <аРВЭ<1,07 (кривые 4 и 5 на рис. 14 и 15). При их реализации происходит небольшое затягивание процесса горения, в результате чего догорание монооксида углерода почти полностью завершается в пределах газового тракта котельной установки и его концентрация за дымососом не превышает 30 - 60 ррm (37,5-75 мг/м 3 ) (см. рис. 10в, 12 и 14).
Moduri cu arderea scăzută la 1.07 <аРВЭ <1,1 (кривые 2 и 3 на рис. 14) характеризуются незначительными концентрациями СО в дымовых газах в контрольном сечении (менее 50 ррm или 62,5 мг/м 3 ) и за дымососом (0 - 20 ррm или 0-25 мг/м 3 )), что приводит к снижению эмиссии NOx на 25 - 30% по сравнению с обычным сжиганием природного газа. Тем не менее, они имеют более высокие значения SП чем режимы с умеренным недожогом топлива (за счет большего содержания оксидов азота) и потому являются менее экологически чистыми (рис. 15).
În consecință, regimurile cu arderea moderată sunt cele mai justificate atât din punctul de vedere al siguranței ecologice, cât și din punctul de vedere al arderii eficiente a gazelor naturale.
Trebuie remarcat faptul că lucrările la excesul de aer mai mic cu underburning controlată moderat impune cerințe mai mari pentru starea unității cazanului, controlul și dispozitivele de măsurare, precum și instruirea personalului de operare și a disciplinei tehnologice.
Se știe că majoritatea cazanelor care funcționează în prezent la CTE au fost puse în funcțiune cu mai mult de 20 de ani în urmă și, de regulă, caracteristicile lor de performanță nu mai corespund în totalitate valorilor de proiectare. Acest lucru se aplică în primul rând la ventuzele aerului rece din camera de ardere și conductele de gaz din cazan, care depășesc valorile normalizate și uniformitatea distribuției combustibilului și a aerului de pe unitățile arzătorului.
Prin urmare, înainte de introducerea modurilor de combustie cu arderea moderată controlată, cuptorul trebuie să fie etanșat, calibrarea instrumentelor standard și eliminarea distorsiunilor în traseele combustibilului-aer. Acesta din urmă permite optimizarea procesului de ardere a combustibilului și reducerea randamentului de CO și BP. În același timp, valorile maxime ale concentrației de NOX rămân neschimbate, dar întreaga curbă a dependenței NOx (a) se deplasează la zona aerului în exces mai mic (Figura 16).
Mai mult, se efectuează teste de reglare și reglare, în care se determină valorile acre critice și fluxurile de lucru admise de aer în exces la sarcini diferite și se dezvoltă hărți de regim ale cazanelor. După cum sa menționat mai sus, este posibil să se reducă aerul în exces de funcționare la un nivel care nu determină o creștere a concentrației de CO în gazele de ardere mai mari de 50-100 ppm (62,5-125 mg / m3). Valoarea concretă a adoptării. corespunzând acestui nivel de CO, depinde de starea etanșărilor camerei de ardere, perfecționarea dispozitivului de ardere și uniformitatea distribuirii combustibilului și aerului între arzătoare.
Atunci când se implementează regimuri cu ardere moderată controlată asupra cazanelor de operare, trebuie acordată o atenție deosebită controlului instrumental al procesului de ardere a combustibilului. Acest lucru se datorează faptului că regimul cu ardere moderată controlată este într-o zonă destul de îngustă de aer în exces. Funcționarea cazanelor în astfel de moduri, bazată numai pe indicațiile contoarelor standard de oxigen (care, de altfel, au adesea o precizie redusă) în secțiunea regimului, este extrem de dificilă. De exemplu, în regimurile de tranziție, concentrația de CO în gazele de ardere poate ajunge la câteva mii mg / m. În plus, în cazul regimurilor non-ardere, conversia CO și BP are loc în traseul gazului de la centrală până la ventilatorul de evacuare. Toate acestea fac cerințe suplimentare pentru controlul instrumental al compoziției gazelor de ardere și calificarea personalului operațional.
Având în vedere rezultatele experimentale pentru efective modurile de implementare de organizare moderată nears controlată este necesară monitorizarea continuă a compoziției gazelor de ardere în același timp, în următoarele secțiuni ale conductei de gaz a cazanului: în secțiunea modul - monitorizarea concentrației de O2 și CO exhaustoare secțională pentru - monitorizarea concentrației de CO. Este cunoscut faptul că formarea oxizilor de azot este complet terminată în camera de ardere și mai departe pe calea concentrației gazului (în ceea ce privește gazele uscate și a = 1,4) și debit practic neschimbată masa (Fig. 11, 12, 14). Prin urmare, controlul conținutului de NOX poate, în principiu, să fie aranjate în oricare dintre aceste secțiuni ale căilor de gaz care se furnizează cea mai mare reprezentare a rezultatelor. În timpul testelor de punere în aplicare privind elaborarea hărților regimului sunt, de asemenea, încurajate să efectueze măsurarea instrumentală a benzo (a) piren în secțiunea calea gazelor modul și în secțiunea transversală pentru exhaustor.
Concentrațiile de CO și NOx în secțiunea de măsurare pentru exhaustor pot fi utilizate și pentru monitorizarea continuă a emisiilor masice instrument de substanțe nocive în situațiile №2tp aer mediu și formă.
Combustia de gaze naturale cu temperaturi moderate sub ardere poate reduce emisiile de NOx cu 30-40%, crescând în același timp eficiența cazanului.
Rezumat Indicator hazard aceste regimuri de 1,5 - 2,0 ori mai mică decât în combustia convențională a gazelor naturale, în conformitate cu o hartă regim, iar contribuția totală a monoxidului de carbon și benzo (a) piren în emisiile nocive totale din cazan în atmosferă nu depășește 3 - 7%.
În consecință, regimurile cu ardere moderată controlată sunt cele mai justificate atât din punct de vedere al purității ecologice, cât și din punctul de vedere al combustiei eficiente a combustibilului.
Regimurile cu ardere moderată controlată sunt ieftine și rapid implementate, deoarece acestea pot fi ușor implementate pe cazan ca urmare a testelor de punere în funcțiune.
Pentru funcționarea cazanului eficientă cu underburning ușoară controlată necesită informații complete cu privire la finalizarea procesului de ardere a combustibilului, este posibilă numai pe baza măsurătorilor simultane a conținutului de CO în gazele de ardere în secțiunea modul și în secțiunea transversală pentru exhaustor.
Introducerea regimurilor cu ardere sub presiune este recomandată atunci când se modernizează sistemul de control al procesului din cazan. În acest scop, este necesar să se asigure instalarea sistemelor de măsurare pe cazan pentru a controla conținutul de O2, CO și NO în produsele de ardere.
descărcare gratuită Subaruirea chimică controlată este o metodă eficientă de reducere a emisiilor de oxizi de azot în archive.zip (516 kBt)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: