Вопрос 4. Какие применяются схемы горелочных устройств для снижения генерации окислов азота?

Какие применяются схемы горелочных устройств для снижения генерации окислов азота?

Горелки с низким выбросом NO_x (малотоксичные горелки).

У горелок с низким выбросом NO_x, которые созданы в многочисленных вариантах, организована ступенчатая подача воздуха (рис. 2.31). Это влияет на интенсивность смесеобразования путем торможения подмешивания вторичного воздуха в начальный участок факела. Экологический эффект достигается:

· при сжигании угля – за счет выделения основной массы связанного азота топлива в среде, обедненной окислителем, и снижения образования топливных NO_x;

· при сжигании газа – за счет снижения температурного уровня процесса при рассредоточении тепловыделения по высоте топочной камеры и соответствующего уменьшения образования термических (воздушных) NO_x.

Принцип работы такой горелки заключается в следующем. В ядро факела подается количество воздуха, недостаточное для обеспечения полноты горения (кислородный «голод»), в то время как во внешнюю зону горения подается избыточное количество воздуха, чтобы обеспечить полноту сгорания топлива. Кроме того, конструкция горелки позволяет поддерживать рециркуляцию воздуха внутри зоны горения.

Применение этих горелок дает возможность снизить выбросы оксидов азота от 50 % для угольных котлов до 60 % для газомазутных котлов, не ухудшая технико экономические показатели котла.

Способы снижения доли оксида азота

1. Эффективными способами снижения образования N0 являются: сжигание газа при минимальных избытках воздуха (а= 1,02... 1,05), в тонком слое (что сокращает время пребывания реагирующей смеси в зоне реакции) и с максимальной теплоотдачей из зоны горения (что снижает температуру в этой зоне). Такой процесс сжигания газа организуется в горелках инфракрасного излучения. Эксперименты показывают, что содержание оксидов азота в продуктах горения этих горелок составляет 0,02......0,03 г/м3, что на порядок меньше содержания NxOy в продуктах горения промышленно-отопительных котлов. Следовательно, горелки инфракрасного излучения могут буть положительно оценены с рассматриваемых позиций.

2. У горелок атмосферного типа, которые заняли основные позиции в коммунально-бытовой газовой аппаратуре, факел формируется двухстадийно, так как первичный воздух в размере 40...60 % теоретически необходимого количества подмешивается к газу до выхода смеси из горелки, в результате чего формируется внутренний конус пламени. Оригинал на http://gazgold.ru. Во внутреннем конусе часть газа сгорает в тонком кинетическом пламени с равномерными, пониженными температурами и малым временем пребывания смеси в зоне горения, остальная часть газа выгорает во внешнем конусе по диффузному принципу. Такой способ сжигания сокращает образование оксидов азота в пламени. По имеющимся ограниченным экспериментальным данным, содержание NO в продуктах горения таких горелок не превышает 0,03 г/м3. Таким образом, сжигание газа с разделением воздуха на первичный и вторичный оказывается достаточно плодотворным с позиций снижения выхода окислов азота. Такой способ в более широком толковании, называемый двухстадийным, в настоящее время достаточно широко применяется в топочных устройствах для снижения выхода NXC.

3. В туннельных горелках можно осуществить сжигание газа с минимальными избытками воздуха менее 1,05. Это способствует снижению концентрации кислорода в зоне высоких температур и снижает выход NO. Но малая теплоотдача из туннеля не способствует снижению температуры в туннеле, поэтому у туннельных горелок выход NO немного ниже, чем у промышленно-отопительных котлов с оборудованием их обычными горелками. Так, при величине а=1,03 и тепловом напряжении туннеля в 45......60 МВт/м3 содержание NxOv в продуктах горения составляет 0,16... 0,17 г/м3. Сокращение длины туннеля до D=3,3 снижает выход оксидов азота на 30...40 %, что связано со снижением температуры ввиду увеличения теплоотдачи из зоны горения. Снижение тепловой нагрузки туннеля способствует уменьшению концентрации NO.

4. Турбулентные (вихревые) горелки с закрученным потоком воздуха характеризуются неравномерностью выгорания газа по длине факела и вследствие этого локальным повышением температур. Повышение температур приводит к увеличению выхода оксидов азота. Для снижения содержания NxOv в продуктах горения применяют: двухстадийное сжигание газа; подачу воздуха двумя потоками — периферийным закрученным и прямоточным осевым в зону максимальных температур факела вихревой горелки. Отладкой режима такой горелки можно добиться существенного снижения концентрации оксидов азота. Раскрытие амбразуры в сторону топки также способствует снижению выхода NO.

5. Реализация в газогорелочных устройствах ступенчатого подвода воздуха, рассредоточение фронта пламени (переход на многофакельные горелки) позволяют существенно снизить содержание оксидов азота в продуктах горения. Для таких горелок большое значение имеет отработка режима, в частности отыскание наивыгоднейшего значения коэффициента первичного воздуха с тем, чтобы обеспечить минимальную концентрацию NX.