1.3.3. Рециркуляция дымовых газов

Подача некоторой части дымовых газов из газо­хода за котлом или за экономайзером в ядро горения уменьшает максимальную температуру и действую­щую концентрацию кислорода. Результатом этого является снижение количества оксидов азота в про­дуктах сгорания.

Экономайзер  теплообменник для предварительного подогрева воды (подаваемой в паровой котел) за счет теплоты отходящих газов.

Эффективность этого метода подавления NO_х оп­ределяется не только количеством рециркулирующих дымовых газов, но также способом их подачи в ядро горения и уровнем температуры в топке до ввода газов рециркуляции. При низкотемпературном сжигании эффективность рециркуляции может ока­заться незначительной, но при сжигании газа и мазу­та в высоконапряженных топках даже умеренная ре­циркуляция дымовых газов позволяет в 3  4 раза снизить выбросы NO_х.

На пылеугольных котлах эффект от рециркуляции дымовых газов может быть получен только в случае замещения этими газами первичного воздуха, транс­портирующего угольную пыль к горелкам.

Еще в конце 70-х годов XX в. для решения пробле­мы выбросов NO_х на газомазутных котлах широкое распространение получил ввод дымовых газов ре­циркуляции в топочную камеру. Для определения оптимальных конструктивных решений по вводу ды­мовых газов рециркуляции в топку был выполнен комплекс исследований на промышленных и энерге­тических котлах, а также на специальной экспери­ментальной полупромышленной установке. Про­мышленные испытания проводились на котлах про­изводительностью до 3950 т/ч. Обобщение результа­тов испытаний различных схем ввода рециркуляции дымовых газов показало, что наибольший эффект по снижению выбросов NO_х дает ввод дымо­вых газов рециркуляции через центральные каналы горелок. Однако широкого распространения этот способ не нашел, так как возникают сложности с обеспечением стабильного воспламенения факела, особенно при сжигании тяжелых сортов мазута.

Наибольшее распространение получил ввод части дымовых газов в смеси с дутьевым воздухом, а также по средним или периферийным каналам горелок. Применение рециркуляции дымовых газов совмест­но с другими мероприятиями, подавляющими обра­зование оксидов азота, существенно повышает эф­фективность снижения выбросов NO_х.

Успешным решением проблемы выбросов NO_х на газе можно считать комплекс мероприятий, разрабо­танных Уралтехэнерго и ВТИ для энергоблока мощ­ностью 800 МВт Сургутской ГРЭС-2. На котлах этой электростанции, работающих на газе, был внедрен метод двухступенча­того сжигания в сочетании с рециркуляцией дымовых газов и впрыском 10 % влаги через горелки. За счет этого концентрация NO_х снизилась примерно на 87 % (с 1200 до 160 мг/м³ в расчете на сухую массу при О₂ = 6 %).

Разработанные сотрудниками ВТИ горелки с оригинальной конструкцией ввода газов рецирку­ляции в рассечку между двумя потоками воздуха позволили снизить концентрацию NO_х с 335 до 120 мг/м³ на энергоблоке 200 МВт Шатурской ГРЭС. На этом же энергоблоке при сжигании мазута концентрация NO_х, была снижена с 510 до 250 мг/м³.

На энергоблоках мощностью 200 МВт Щекинской ГРЭС (котлы с фронтальным расположением горелок в два яруса по высоте) был внедрен ком­плексный метод, состоящий в рециркуляции дымо­вых газов и в упрощенном трехступенчатом сжига­нии, когда в горелки верхнего яруса подается топли­во с недостатком воздуха ( < 1,0), а выше этих го­релок в топку вводится недостающий для полного сго­рания воздух в виде струй острого дутья. При таком решении концентрация NO_х, за котлом снизилась с 300 до 90 мг/м³.

Очень хороший результат (снижение выбросов NO_х, почти в 15 раз) был получен при сжигании газа на котле ТГМП-344А на ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» (до реконструкции удельный выброс NO, составлял 1500 мг/м³, при рециркуляции дымовых газов в воз­душный короб с отключением части горелок  100 мг/м³). При сжигании мазута этот же технологи­ческий метод позволил снизить концентрацию NO_х с 1320 до 210 мг/м³ (т.е. на 85 %, или в 5,3 раза).

Исследования МЭИ и ВТИ (на ТЭЦ-8, ТЭЦ-23) показали, что в режимах сжигания топлив с рецирку­ляцией дымовых газов при ступенчатом сжигании, а особенно при сочетании этих методов существует реальная опасность повышенного образования H₂S, бенз(а)пирена и других особо опасных веществ (осо­бенно при сжигании мазута), резко снижающих тех­нические и экологические характеристики котла.

В исследованиях МЭИ установлено, что хорошим средством предотвращения повышенного образования этих особо опасных веществ является небольшой (на уровне 5  10 % расхода топлива) ввод добавочной влаги в зону горения. Поэтому оп­тимальным режимом сжигания природного газа и мазута является режим, сочетающий рециркуля­цию дымовых газов, ступенчатое сжигание и ввод добавочной влаги в зону горения. Такой режим на большинстве котлов позволит обеспечить необходи­мый уровень концентрации оксидов азота, предот­вратить повышенное образование бенз(а)пирена (особенно при сжигании мазута) и сохранить высо­кую надежность котлов.

Возвращаясь к вопросу об эффективности приме­нения рециркуляции дымовых газов в зону горения как метода подавления образования оксидов азота, от­метим, что на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» этот метод наи­более широко внедрен на мощных котлах СКД раз­личных типов: ТГМП-314, ТГМП-314П, ТГМП-344А и др. В большинстве случаев на котлах СКД основной эксплуатационный режим сжигания топлива  это со­четание рециркуляции дымовых газов в зону горения со ступенчатым сжиганием. При этом рециркуляция дымовых газов оказывает более значимое влияние на общее снижение концентрации оксидов азота.