Традиционные методы подавления Nox снижением температуры горения.

Основная часть NО_x образуется из N₂ воздуха. Их называют термическими. Окисляются в топке с поглощением теплоты. Образование NО_x пропорционально температуре горения у разных топлив и в разных топках по разному. Чем меньше избытки, тем меньше образование оксидов азота. Дальнейшее снижение избытков воздуха приводит к появлению q₃ и q₄. Поэтому для снижения оксидов азота снижают температуру горения. Так при температуре 900 ⁰С скорость образования оксидов азота равна скорости их разложения:

N₂ → NO и NO₂

NO → NO₂ и N₂

Теоретически, если сжигать топливо при температуре 900 ⁰С, то количество образовавшихся оксидов азота равно количеству разложившихся. При температуре более 900 ⁰С скорость образования оксидов азота выше скорости их разложения. Чем выше температура горения тем больше разница скоростей.

При температурах, равных 1300 – 1500 ⁰С скорость образования оксидов азота на два порядка выше скорости их разложения. Поэтому при высоких температурах горения в газах всегда есть термические оксиды азота. При этом чем выше температура, тем их больше.

При температурах менее 900 (850) ⁰С скорость разложения термических оксидов азота во много раз выше скорости их образования. При температуре менее 900 ⁰С термические оксиды азота не образуются (теоретически) из молекулярного воздуха. При этом образуются N₂O.

На котельных агрегатах снизить количество оксидов азота в условиях, когда α оптимальный, на 3 – 5 % выше α критического, при котором наблюдается q₃ и q_4, можно снижением температуры горения, при этом существует два способа:

1. Снижением тепловых напряжений топки через увеличение топочного объема и растягивания горения, улучшения заполнения факелом топки: увеличение объема топки, расположение горелок в 2 – 4 яруса;

2. Газовая рециркуляция: дымовые газы с температурой примерно 300 ⁰С в количестве 10 – 15 % отбираются между водяным экономайзером и воздухоподогревателем и с помощью ДРГ сбрасываются в топку котла. Эти холодные инертные газы должны разбавить горящий факел в топке и снизить его температуру.

Эффективность газовой рециркуляции для подавления образования оксидов азота сильно отличаются от места и способа ввода газов в топку и от уровня присосов воздуха по тракту котла. Газы рециркуляции снижают температуру горения не только холодной массой, но и разбавлением факела инертными газами, что затягивает выгорание топлива. Горение затягивается по высоте топки.

Возможно нарушение: если присосы воздуха большие и содержание кислорода в дымовых газах за водяным экономайзером выше, чем в топке, то тогда с газами рециркуляции можно внести дополнительный кислород и эффективность рециркуляции с точки зрения подавления оксидов азота значительно снижается. Поэтому этот способ эффективен на газоплотных котлах.

Самое главное – это место и способ ввода газов в топку. Самое неэффективное – вверх; в низ топки через холодную воронку; в специальное устройство под горелками в нижней части топки, т. к. газы в горении не участвуют. Самая эффективная рециркуляция газов – через горелки.

 

Существует четыре способа:

1)

Воздух Топливо

Вокруг горелки делается периферийный кольцевой канал:

 

Газы рециркуляции

 

Метод эффективен: Количество оксидов азота снижается на 18 – 20 %. При снижении на 30 % необходимо подавать больше газов рециркуляции, вследствие чего появляется недожег.

2) Способ подачи через центральный канал горелки по оси (как правило, не используют):

 

Воздух + топливо

Газы рециркуляции

Теоретически, самый эффективный способ подавления оксидов азота (снижение до 60 %). При подаче 5 – 7 % газов рециркуляции появляется сажеобразование и недожег.

3) Ввод газов рециркуляции в рассечку между потоками воздуха и топлива:

 

Топливо

Газы рециркуляции

 

Максимальное снижение образования оксидов азота – 30 – 40 % без недожега, при 40 % наблюдается сильный недожег.

4) Ввод газов рециркуляции в воздух:

На горелки подается тщательно перемешанная смесь воздуха и газов рециркуляции.

3. Двухстадийное сжигание. Основано на затягивании горения. В первой стадии часть топлива сжигается с недостатком воздуха, а вторая часть топлива сжигается с избытком.

На котлах с двумя ярусами горелок на первом ярусе – с недожегом, на втором – с избытком.

Три способа:

1) Изменением расхода топлива на горелки;

2) Изменением расхода воздуха на горелки;

3) Одновременным изменением расхода воздуха и расходом топлива.

4) Сброс части воздуха мимо горелок через специальные сопла над горелками (ОРГРЭС).

4. Впрыск пара и воды в горящий факел:

Мгновенно снижается образование оксидов азота, а КПД котла снижается на 2 – 3 %. Все мощные газовые турбины и ПГУ (Сименс, Хитачи) в критических режимах используют этот метод. Достоинство: это единственный способ подавления оксидов азота, при котором одновременно происходит подавление концерагенов и С₂₀Н₁₂.

Все остальные известные способы подавления оксидов азота воздействием на горение топлива представляют опасность с точки зрения выбросов концерагенов, которые в среднем на 4 – 5 порядков опаснее оксидов азота.

5. Применение котлов с двухцветными экранами;

6. Снятие футеровки с нижней части котла.