9.1. К активным методам борьбы с вредными выбросами оксидов азота на тепловых электростанциях относятся следующие.
Снижение избытков воздуха в топку котла. Например, снижение коэффициента aт от 1,15…1,2 до 1,03 уменьшает концентрацию оксидов азота на 25…30% при начальных СО2 = 900…1500 мг/м3. На рис.9.6 показано снижение выбросов NOх в зависимости от избытков воздуха для некоторых видов топлива.
Снижение температуры газов в зоне горения путем уменьшения температуры воздуха и введением рециркуляции газов через горелки котла. Влияние рециркуляции на снижение выбросов азота можно проследить по уравнению (3.4).
Введение ступенчатого сжигания топлива. Алгоритм расчета ступенчатого сжигания топлива приведен ниже.
Использование предварительного подогрева угольной пыли в горелках (так называемые малотоксичные горелки). Образование оксидов азота таким образом можно снизить в 1,5…2 раза. Рекомендации по использованию малотоксичных горелок приведены ниже в п. 9.3.2.
Изменение конструкции топочного объема котла: уменьшение теплового напряжения объема топки, увеличения экранирования топки.
К пассивным методам очистки газов от оксидов серы и азота относится впрыск аммиака в зону температур 900…1000 0С газохода котла. Однако при отклонении температур за этот интервал эффективность очистки газов от оксидов азота резко снижается.
9.2. Расчеты ступенчатого сжигания топлива базируются на позонном методе расчетов топочной камеры [6]. Учитывается, что при увеличении температуры активность всех реакций возрастает. Поскольку азот считается химически менее активным, чем углерод и другие элементы, то образование оксидов азота во многом зависит от избытка окислителя в зоне горения.
9.3. Алгоритм расчета трехступенчатого сжигания топлива [25].
9.3.1. Разделить топку котла на три зоны в зависимости от расположения ярусов горелок и сопл подачи третичного дутья (см. рис.9.3).
9.3.2. По нормативному методу [6] на основе материального баланса «топливо– воздух» определяются состав дымовых газов, температура и q4 на выходе из первой зоны, при условии, что в нижний ярус горелок подается 70…90 % топлива и воздух в количестве a1 = 1,0.
9.3.3. Рассчитывается конструкция горелок или сопл подачи вторичного топлива (30…10 %) и воздуха. При этом скорость смешения вторичного топлива с основным потоком газов, выходящих из зоны 1, должна быть максимальной. Воздуха во вторую зону подается столько, чтобы a2 = 0,9…0,95.
9.3.4. Расчетом определяется состав продуктов сгорания во второй зоне. Предполагается, что избыточный кислород выгорает на начальном участке второй зоны при выгорании летучих веществ и мелкодисперсной пыли вторичного топлива. По тепловому расчету [6] определяется температура в зоне II.
9.3.5. Рассчитывается относительное изменение концентрации NOx в зоне II топки в зависимости от доли вторичного топлива, используемого на образование газов восстановителей, константы скорости разложения NOx, которая зависит от температуры газов, вида вторичного топлива и времени пребывания газов в этой зоне.
9.3.6. В зависимости от требуемой степени уменьшения количества NOx в дымовых газах определяется необходимое время пребывания газов во второй зоне. При этом учитывается как продолжительность реакций разложения NOx, так и время, необходимое для достижения заданной степени смешения вторичного топлива с топочными газами, выходящими из зоны I. На основании этого определяется высота восстановительной зоны в топке.
9.3.7. Рассчитывается выгорание механического недожега топлива за счет взаимодействия горючих остатков частиц топлива с газами СО, СО2 и Н2О во второй зоне топки.
9.3.8. По расходу и составу топочных газов на выходе из зоны II и заданному избытку воздуха на выходе из топки определяется необходимый расход третичного воздуха, а также количество и размеры сопл для его подачи в зону III. Определяется состав топочных газов в начале зоны III после выгорания продуктов химического недожега топлива, поступающего из зоны II.
9.3.9. Определяется механический недожег на выходе из топки при определенном времени пребывания газов в зоне III и с учетом скоростей реакции взаимодействия коксовых остатков в частицах топлива с газами и интенсивности смешения третичного воздуха с топочными газами на выходе из зоны II.
В расчетах используются экспериментальные данные о распространении газовых струй в сносящем потоке.