Зниження викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря від газів, що відходять
Бібліографічний опис:
Спалювання палива — як основне джерело енергії, а й найважливіший постачальник у середовище забруднюючих речовин. Теплові електростанції найбільше «відповідальні» за підсилюючий парниковий ефект та випадання кислотних опадів. Вони, разом із транспортом, постачають в атмосферу основну частку техногенного вуглецю (в основному у вигляді СО2), близько 50% двоокису сірки, 35% оксидів азоту та близько 35% пилу.
У промислово розвинених країнах як найбільш дешевий спосіб зниження викидів в атмосферу розглядається застосування високоякісного вугілля — сортованого, низькозольного, низькосірчистого, а в маленьких шарових топках котельного — екологічно чистого бездимного і малодимного вугілля з обмеженим виходом летких речовин.
Стандарти, що діють на території України, на вугіллі для шарового спалювання пропонують дуже широкий спектр марок і сортів вугілля: від антрацитів до довгопламенних, від сортованих концентратів до рядових, технологічна та екологічна ефективність спалювання яких може коливатися в значних межах.
При спалюванні «бездимного» палива, котельні, обладнані шаровими топками з нерухомими колосниковими ґратами та ручним закиданням палива, можуть бути екологічно безпечними навіть за відсутності газоочисного обладнання. Одночасно відбувається суттєве зниження викидів продукту неповного згоряння: питомі викиди ЗІ знизилися на 80-95% [1].
В даний час у рамках виконання екологічної програми на більшості теплоелектроцентралях (ТЕЦ) проводять реконструкцію радянських, морально та технічно застарілихелектрофільтрів на котлоагрегатах, що дозволяє знизити викиди шкідливих речовин в атмосферу на 8–10 тис. тонн на рік та досягти європейських стандартів: ККД зріс із 98,5 до 99,9 %.
Для оптимального швидкісного режиму роботи котельного агрегату типу БКЗ-420-140, що використовуються в більшості випадків на ТЕЦ, потрібна реконструкція пальників котла.
У цьому випадку можна рекомендувати такі шляхи реконструкції:
1) Встановлення в реконструйованому пальнику нової розділової обічайки з лопатками завихрювачами, двох нових утворюваних каналів вторинного повітря - примикає до каналів аеросуміші і коаксіального проміжного каналу вторинного повітря, що охоплює його, і перегородки в повітропідвідному патрубку.
2) Установка поворотних шиберів у каналах вхідного патрубка для забезпечення кожному з каналів вторинного повітря розрахункових швидкостей вторинного повітря.
Мал. 1. Реконструйований пальник: 1-корпус пальника; 2 - вхідний патрубок вторинного повітря; 3 - вхідний канал зовнішнього потоку вторинного повітря; 4 - розділова перегородка вхідного патрубка пальника; 5 - вхідний канал внутрішнього потоку вторинного повітря; 6 - вхідний патрубок зовнішнього потоку аеросуміші; 7 - вхідний патрубок внутрішнього потоку аеросуміші; 8 - центральна труба; 9 - зовнішній канал вторинного повітря; 10 - пристрій регулювання повороту лопаток зовнішнього вторинного каналу повітря; 11 - поворотні лопатки каналу вторинного повітря; 12 - внутрішній канал вторинного повітря; 13 - лопатки внутрішнього каналу вторинного повітря; 14 - внутрішній канал аерозуміші; 15 - зовнішній канал аерозуміші; 16 - лопатки внутрішнього каналу аерозуміші; 17 - лопатки зовнішнього каналу аерозуміші
Вказана настроювальна та регулююча арматура монтується в окремому патрубку,що примикає до фланця повітропідвідного патрубка корпусу пальника.
3) Установка двох колонок групового дистанційного керування поворотними шиберами із загальним приводом до кожної групи пальників на одній стороні камери згоряння.
4) Додатково до цього обсягу робіт передбачається установка конуса, що відхиляє, на виході зовнішнього потоку вторинного повітря.
5) Рециркуляція продуктів згоряння у топку котла
Метод полягає у поверненні частини продуктів згоряння з газового тракту котлоагрегату в камеру топки (рис. 2).
Причини зниженого утворення оксидів азоту:
‒ зниження максимальної температури горіння в результаті розведення охолодженими продуктами згоряння;
‒ баластування зони утворення ΝПро продуктами згоряння, тобто зниження концентрації реагуючих речовин;
‒ розтягування зони горіння, тобто зниження температури факела внаслідок більшої тепловіддачі від його поверхні.
При використанні методу рециркуляції в енергетичних котлах було досліджено [1, 2] кілька способів введення газів у камеру топки: через шліци під пальниками, через кільцевий канал навколо пальників і підмішування газів у дутьове повітря перед пальниками.
Найбільш ефективним виявився останній спосіб, при якому найбільшою мірою відбувається зниження температури в ядрі факела, а ступінь зниження утворення ΝО (50–70) %.
Мал. 2. Рециркуляція продуктів згоряння в енергетичних котлах: 1 – повітрозабірна шахта; 2 – дутьовий вентилятор; 3 – топкова камера; 4 – димосос; 5 – димова труба; 6 – димосос рециркуляції; р – лінія рециркуляції продуктів згоряння
Оптимальна кількість газів, що рециркулюються, в енергетичних котлах 20 % від витрати продуктів згоряння. Принципово можливі2 схеми відбору рециркульованих газів (рис. 2):
‒ точка I - з газоходу під розрядженням, тобто з всмоктувальної лінії димососа; при цьому необхідний рециркуляційний димосос, що спеціально встановлюється;
‒ точка II - з газоходу під тиском, тобто з напірної частини димососа.
Перевага першої схеми в тому, що відбір газів на рециркуляцію за допомогою спеціального рециркуляційного димососа дозволяє регулювати витрати газів, що відбираються. Недолік - витрати на встановлення та експлуатацію димососа.
Перевага другої схеми в тому, що відпадає необхідність встановлення спеціального димососа (гази надходять у топкову камеру за рахунок залишкового напору основного димососа). Недолік цієї схеми - запасу в натиску основного димососа, як правило, недостатньо для відбору оптимальної витрати газів. І тут ступінь зниження оксидів азоту зменшується до (40–30) % і менше.
У промислових казанах використовується переважно друга схема, тобто відбір газів на рециркуляцію здійснюється з напірної частини газового тракту. При цьому димосос та вентилятор встановлюються у безпосередній близькості один від одного з метою зниження аеродинамічного опору газоходу рециркуляції.
Це дозволяє здійснити відбір оптимальної витрати продуктів згоряння, що повертаються в топку, і сприяє зниженню рівня утворення оксидів азоту в промислових котлах до 50 % за умови встановлення спеціальних допалювальних пристроїв.
Реконструкція штатних пальників аналізованої ТЕЦ, кожна з яких складається з двох автономних пальників в одному корпусі (з двома каналами аеросуміші та двома концентричними каналами вторинного повітря) зводилася до організації третього каналу вторинного повітря та виконання регулюючих шиберів у повітряних підводнихканали для регулювання співвідношення швидкості окремих потоків вторинного повітря. Кожен із цих двох заходів створює специфічний незалежний вплив на придушення оксидів азоту. При встановленні в каналі вторинного повітря додаткової розділової циліндричної перегородки з утворенням трьох ізольованих (по всій довжині пальника) каналів вторинного повітря з аксіальними лопатками, що завихрують, у кожному з цих каналів істотно змінюється характер і інтенсивність сумішоутворення у факелі. Це пов'язано, перш за все, зі зміною аеродинамічної структури потоку на виході з пальника.
При практично ідентичних значеннях параметра крутки для суміжних потоків аерозуміші та вторинного повітря на виході з пальника складається щільний потік вихровий, утворений цими кільцевими потоками. На межі розділу цих шарів формується інтенсивний дрібномасштабний турбулентний масообмін, що сприяє завершенню сумішоутворення у факелі. Монолітний вихровий потік вторинного повітря та аерозуміші створює також великомасштабну турбулентність з вихрових переносів частини продуктів горіння до кореня смолоскипа (зона зворотних струмів), що прискорює підігрів паливних частинок, їх запалення та вигоряння. Інтенсифікація горіння за такої структури факела сприяє більш швидкому формуванню зони активного горіння, зміщення її до ділянки найбільш інтенсивного утворення оксидів азоту.
Таким чином, за рахунок поділу каналів вторинного повітря складається можливість зниження викидів оксидів азоту. Порівняння даних щодо випробувань реконструйованого котла (660 мг/м 3 ) та вимірювань на існуючих заводських котлах (800 мг/м 3 ) у характерному експлуатаційному режимі (у роботі три пилосистеми, навантаження 370 т/год) показує відмінність концентрації оксидів азоту(при ідентичних значеннях надлишку повітря на обох казанах), що становить близько 150 мг/м 3 .