Специальные конструкции горелок

Одним из перспективных направлений в области снижения эмиссии оксидов азота по праву считается применение специальных конструкций горелок, обеспечивающих торможение процесса образования NO_x.

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.