- •1. Иcтоpичеcкое pазвитие общиx пpедcтавлений о гоpении
- •2. Общие сведения о горении
- •3. Матеpиальный баланc пpоцеccа гоpения
- •3.1. Материальный баланс процесса горения твёрдого и жидкого топлива
- •3.2. Материальный баланс процесса горения газа
- •3.3. Дейcтвительные объёмы воздуxа и пpодуктов cгоpания
- •4. Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке
- •5. Тепловой баланс процесса горения
- •6. Способы сжигания топлива
- •6.1. Слоевое сжигание
- •6.2. Факельное сжигание
- •6.2.1. Расположение горелок на стенках топочной камеры
- •6.3. Сжигание в кипящем слое
- •6.4. Вихревые топки
- •6.4.1. Высокотемпературное вихревое сжигание
- •6.4.2. Низкотемпературное вихревое сжигание
- •7. Основы кинетики процесса горения
- •7.1. Скорость реакции горения и её зависимость от концентрации реагирующих веществ
- •Энергия активации. Тепловой эффект реакции
- •7.3. Зависимость скорости реакции от температуры. Закон Максвелла - Больцмана. Закон Аррениуса
- •7.4. Завиcимоcть скорости гоpения от физичеcкиx и xимичеcкиx фактоpов. Кинетичеcкое и диффузионное гоpение
- •7.5. Иная интерпретация «диффузионно-кинетического горения»
- •8. Сжигание газообразного топлива
- •8.1. Механизм горения газа
- •8.2. Меxанизм цепного гоpения метана
- •Фоpмальдегид легко pаcпадаетcя на окcид углеpода и водоpод
- •Или окиcляетcя c обpазованием cо2 и н2о
- •Горелки для сжигания газа, их назначение
- •8.4. Устойчивость (стабилизация) фронта воспламенения
- •8.5. Особенности расчёта газовых горелок
- •9. Механизм горения жидкого топлива
- •9.1. Сxемы pаcпыления жидкого топлива. Мазутные фоpcунки
- •10. Механизм горения твёрдого топлива
- •Экология в теплоэнергетике
- •11.1. Механизмы образования оксидов азота
- •11.2. Методы снижения концентрации оксидов азота
- •11.3. Специальные конструкции горелок
- •Послесловие, или Post Scriptum
11.3. Специальные конструкции горелок
Одним из перспективных направлений в области снижения эмиссии оксидов азота по праву считается применение специальных конструкций горелок, обеспечивающих торможение процесса образования NOx.
Применение специальных конструкций горелок позволяет осуществить со сравнительно небольшими затратами (известно, что стоимость горелок не превышает 2 % от суммарной стоимости котла) комплекс технических решений, обеспечивающих торможение процесса образования оксидов азота и интенсификацию восстановительных реакций, в результате чего можно достичь заметного снижения выбросов оксидов азота.
Для снижения образования оксидов азота (при условии сохранения нормальной эксплуатации котла) конструкция горелки должна:
затормозить в корне факела подмешивание богатого кислородом вторичного воздуха к воспламенившейся аэросмеси;
интенсифицировать тепло- и массообмен между струёй аэросмеси и высокотемпературными топочными газами, содержащими мало кислорода, а также между вторичным воздухом и топочными газами;
обеспечить эффективное сжигание топлива при минимально возможной доле первичного воздуха;
снизить пик температур в ядре горения без ущерба для стабильности воспламенения и эффективности выгорания топлива.
Горелка, обеспечивающая снижение оксидов азота (рис.43), разработана на кафедре промышленной теплоэнергетики ЛТИ ЦБП (СПбГТУРП) научной группой под руководством профессора Р.С.Тюльпанова и внедрена в 1986 г. на Котласском ЦБК.
Отличительной чертой такой горелки является ступенчатый подвод вторичного воздуха по двум осесимметричным каналам, что позволяет регулировать процессы смесеобразования и горения. Внешний кольцевой канал для подвода вторичного воздуха разделяется на два кольцевых канала, причём суммарная площадь сечения двух кольцевых каналов для подвода вторичного и третичного воздуха превышает первоначальное сечение канала вторичного воздуха. Это приводит к снижению скорости потока и, как следствие, к уменьшению коэффициента турбулентного обмена, что также замедляет скорость смесеобразования. Таким образом, осуществляется ступенчатый подвод окислителя, и на начальном участке формирования факела создаются условия нестехиометрического горения, т. е. пониженное содержание кислорода. Оставшийся необходимый для полного горения воздух подаётся по третичному кольцевому каналу, несколько отдалённому к периферии от оси горелки, окружает “богатую” смесь, обеспечивая полное догорание топлива.
Рис.43. Горелка с затянутым смесеобразованием
Подобная горелка, в которой реализовано два принципа подавления оксидов азота: замедленное смесеобразование и ступенчатый подвод окислителя,– позволяет снизить концентрацию оксидов азота на 50 %.
Методические указания по расчёту выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций разработаны ведущими специалистами ВТИ и МЭИ в 2003 г.
Методические указания могут использоваться для расчета выбросов оксидов азота при проектировании новых и реконструкции действующих котлов паропроизводительностью от 75 т/ч и водогрейных котлов мощностью от 58 МВт (50 Гкал/ч) и выше, сжигающих твердое, жидкое и газообразное топливо в факельных горелочных устройствах.