Зниження викидів оксидів азоту в процесі спалювання палива погіршеної якості в пиловугільних парових котлах

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ГАЗУ

УДК 620. 9: 662. 92; 621. 311. 22

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Зниження викидів оксидів азоту в процесі спалювання палива погіршеної якості в пиловугільних парових котлах

05.14.06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Івасик Ярослав Федорович

Київ 2000 р

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі теплотехніки та теплових електрічних станцій у Державному університеті “Львівська політехніка”, м. Львів.

Захист відбудеться 26. 10. 2000р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради д. 26. 255. 01 в Інституті газу НАН України за адресою: м. Київ, вул. Дегтярівська, 39, тел. 456-44-71.

З дисертацією можна ознайомиться у бібліотеці Інституту газу НАН Украини (03113, м. Київ, вул. Дегтярівська, 39).

Автореферат розісланий 27. 09. 2000р.

спалювання паливо викид оксид азот

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Стан проблеми. Однією з гострих проблем в енергетиці є забезпечення ефективності роботи пиловугільних ТЕС при спалюванні непроектного палива погіршеної якості. Починаючи з 1991 року на ТЕС України поступає все більше палив погіршеної якості. Калорійність палива в середньому зменшилась на 2000-2500ккал/кг, а зольність і вологість збільшувалась відповідно до 50 і 30%. Спалювання палив в топках пиловугільних котельних агрегатів погіршеної якості вимагає впровадження ряду заходів, спрямованих на збереження надійності роботи обладнання та техніко-економічних показників з однієї сторони, і зниження шкідливих викидів в довкілля ТЕС з другої.

Згідно даних, приведених Союзом по координації виробництва і передачі електроенергії, що об'єднує 12 Європейських країн, встановлені жорсткі обмеження на вміст шкідливих речовин у димових газах. Так, оксиди азоту регламентуються в залежності від умов експлуатації, типу обладнання, його технічного стану і коливаються в межах 0, 15 - 2, 0 г/м3. Нові нормативи передбачають зниження викидів щонайменше на 30-35% по відношенню до існуючого рівня. Але фактично викиди оксидів азоту, заміряні на діючих котлах теплових електричних станцій, у деяких випадках значно вищі вказаних нормативів.

Дисертація присвячена розробці методів аналізу економічності та зниження рівня викидів оксидів азоту в процесі спалювання низькосортних палив у пиловугільних топках парових котлів. Не зважаючи на наявні фундаментальні дослідження з даної тематики залишаються не вирішеними задачі впливу режимних факторів на техніко-економічні показники і зниження рівня шкідливих викидів, зокрема оксидів азоту, які утворюються внаслідок спалювання різних видів палива, в т. ч. вугілля погіршеної якості. Їх розв'язання дозволить ефективніше спалювати низькосортні палива.

Актуальність теми. Роль енергетики у розвитку суспільства є визначальною. У зв'язку з цим, що на ТЕС України все частіше приходиться спалювати палива погіршеної якості, то виникає ряд проблем підвищення ефективності його спалювання. Одним із способів розв'язання яких є детальне вивчення і створення методик визначення впливу режимних факторів, якості палива і т. д. на техніко-економічні показники та величину викидів оксидів азоту з димовими газами в процесі спалювання органічного палива в пиловугільних парових котлах за триступеневою схемою. Значна частина устаткування вже вичерпала свій проектний ресурс і експлуатується більше 200000 годин. Спалювання палив в топках пиловугільних котельних агрегатів погіршеної якості вимагає впровадження ряду заходів, спрямованих на збереження надійності роботи обладнання та техніко-економічних показників з однієї сторони, і зниження шкідливих викидів в довкілля ТЕС з другої. Однією з таких технологій є спалювання палива в пиловугільних парових котлах за триступеневою схемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота була виконана за тематикою наукової роботи кафедри як під час стажування у ВАТ ЛьвівОРГРЕС, так і в межах аспірантури і науково-дослідної лабораторії при кафедрі теплотехніки і теплових електричних станцій Державного університету “Львівська політехніка”.

Мета роботи і задачі дослідження. Мета досліджень - вивчення методу спалювання непроектного пиловугільного палива в парових котлах за триступеневою схемою з метою підвищення ефективності їх роботи, а також зниження викидів оксидів азоту в атмосферу. Для її здійснення у дисертаційній роботі були поставлені такі задачі:

аналіз стану спалювання непроектних (низькоякісних) палив в енергетичних котлах, підвищення ефективності їх роботи та зниження викидів оксидів азоту в атмосферу;

аналітичні дослідження впливу зольності і вологості палива на техніко-економічні показники роботи котла;

аналітичні дослідження впливу режимних факторів на зниження оксидів азоту в атмосферу при роботі котла за триступеневою схемою;

експериментальні дослідження на котлі при спалюванні непроектного палива погіршеної якості за триступеневою схемою з визначенням економічних і екологічних показників його роботи після проведення реконструкції топки;

розробка методик та номограм по ефективному спалюванню палива погіршеної якості в пиловугільних парових котлах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

застосовано новий підхід до вирішення задачі визначення поправок до техніко-економічних показників роботи котлів та зниження рівня викидів оксидів азоту за триступеневою схемою спалювання вугілля в парових котлах;

створено ефективний методологічний підхід до вибору і прийняття на стадії проектування раціональних рішень з метою зниження генерації оксидів азоту в процесі спалювання палива погіршеної якості;

встановлена залежність утворення оксидів азоту від вмісту азоту в паливі і режимних параметрів котла;

розроблено математичну модель зміни питомих викидів оксидів азоту за принципом “малих відхилень”.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

розроблено методику розрахунку зниження генерації оксидів азоту за триступеневою схемою;

проведено порівняння роботи котла ТП-92 із впровадженням і без впровадження триступеневого спалювання твердого палива;

узагальнено методику розрахунку зниження генерації оксидів азоту для інших котлів цього типу;

розроблено методику техніко-економічного аналізу в залежності від впливу режимних параметрів та якості палива.

Дослідження, закладені в основу дисертації, виконувалися згідно з напрямком 05. 14. 06 “Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика”.

Впровадження роботи здійснено:

на котлах ТП-92 Добротвірської ТЕС при спалюванні палива погіршеної якості за триступеневою схемою;

на ТЕС Міністерства енергетики України в процесі проектування нових, а також реконструкції старих котлів для проведення розрахунку значень викидів оксидів азоту з димовими газами котлів теплових електростанцій та котельних. ГКД 34. 02. 303-96. -К. : УНВО “Енергопрогрес”, 1996. -22с. (Акт від 23. 03. 1998р.) ;

на Трипільській ТЕС при розрахунках викидів оксидів азоту газомазутними та пилевугільними котлами блоків 300Мвт (Акт від 26. 10. 1998р.) ;

на Бурштинській ТЕС при розрахунках викидів оксидів азоту пилевугільними котлами типу ТП-100 та ТП-100А блоків 200Мвт (Акт від 19. 12. 1998р.) ;

в навчальному процесі кафедри теплотехніки та теплових електричних станцій Державного університету “Львівська політехніка” в курсах лекцій студентам за фахом 7. 090510 - теплоенергетика (Акт від 20. 10. 1999р.).

Особистий внесок здобувача в опубліковані наукові праці полягає в: участі у проведенні комплексу експериментальних робіт з метою визначення екологічних і економічних показників роботи котла за триступеневою схемою; розробці методик; обробці, аналізі та розрахунках отриманих результатів, а також при написанні відповідних розділів статей.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень та розробок автора обговорювалися на 7 міжнародних та республіканських конференціях та семінарах, серед них: першій американо-українській конференції “Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов ТЭС” (Київ, 1996р.) ; міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми екологічної безпеки та керованого контролю динамічних природно-техногенних систем” (Львів, 1996р.) ; семінарі “Екологічні аспекти модернізації теплових електростанцій”, Міністерство енергетики та електрифікації України, Бурштинська ТЕС (Бурштин, 1996р.) ; дев'ятій міжнародній конференції “Regulacja i automatуzacia w cieplownictwe i ogrzewnictwie”, Politechnika Rzeszowska (Соліна, (Польща), 1997р.) ; міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми економії енергії”, Державний університет “Львівська політехніка” (Львів, 1998р.) ; міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми економії енергії”, Державний університет “Львівська політехніка” (Львів, 1999р.) ; десятій міжнародній конференції “Вдосконалення процесів та апаратів хімічних та харчових виробництв”, Державний університет “Львівська політехніка” (Львів, 1999р.).

Публікації: Основний зміст дисертації опубліковано в 24 наукових працях, серед яких 8 статей у фахових наукових журналах України (1 із них без співавторства), 5 статей у збірниках науково-технічних праць (2 із них без співавторства), 4 статті в наукових журналах країн СНД, 1 праця - галузево-керуючий документ Міністерства енергетики та електрифікації України, 4 статті в збірниках праць міжнародних конференцій, 2 тези доповідей на конференціях.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Її загальний обсяг 158 сторінок, з них на 13 сторінках - список використаних джерел із 124 найменувань, на 14 сторінках - 7 додатків

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації і сформульовано мету та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення роботи, представлено відомості про реалізацію одержаних результатів, апробації, публікації.

У першому розділі проводиться огляд та аналіз сучасного стану проблеми спалювання палива погіршеної якості в топках пиловугільних котельних агрегатів, а також розглядаються шляхи підвищення ефективності зниження генерації оксидів азоту при спалюванні такого палива.

Проведено аналіз основних аспектів цієї проблеми на підставі розгляду досліджень відомих вчених в цій галузі: Я. Б. Зельдовича, К. П. Фенімора, І. Я. Сігала та інших. Вирішення цієї проблеми в енергетиці іде двома напрямками:

1 - зниження викидів на діючому енергетичному обладнанні шляхом раціональних режимів експлуатації та відповідної реконструкції котлів і допоміжного обладнання;

2 - комплектація нових ТЕС і тих, які реконструюються і розширяються, котлоагрегатами, які відповідають за своїми характеристиками по викидах вимогам держстандарту, галузевого стандарту і нормативів ГДВ, які розроблені для кожної окремої ТЕС.

Виконаний огляд науково-технічної інформації дозволив зробити такі основні висновки:

1 - особливістю оксиду є те, що утворення його в значній мірі залежить від організації топкового процесу, чим можна забезпечити зниження його виходу в певних межах. Тому значна увага приділяється розробленню і впровадженню технологічних методів зниження утворення оксидів азоту;

2 - конкретні рекомендації для котлів різного типу, нормативні документи і інструктивні матеріали з розрахунку, проектування, реконструкції обладнання з метою зниження генерації не в повній мірі розроблені;

3 - реалізація апробованих технічних рішень для кожного конкретного котла і виду палива представляє нову задачу, в якій не можливо прогнозувати як ефект зниження оксидів азоту, так і прояв негативних наслідків - зниження надійності і економічності обладнання.

На сьогодні сформульовані основні теоретичні положення, які характеризують механізм утворення оксидів азоту в топці. Виявлені три основних механізми окислення азоту при спалюванні енергетичних палив:

а) окислення молекуляргного азоту повітря в зоні максимальних температур з утворенням так званих “термічних” оксидів (механізм Я. Б. Зельдовича) ;

б) окислення азоту, який виділяється при термічному розкладі азотомістких з'єднань палива з утворенням так званих “паливних” оксидів азоту;

в) утворення “швидких” оксидів азоту на початковій ділянці факела при порівняно низьких температурах (механізм К. П. Фенімора). Відомі технологічні методи зниження практично не впливають на утворення “швидких” .

В реальних топкових пристроях належить враховувати можливість одночасної дії перерахованих вище механізмів утворення , що накладає певний відбиток на майбутні дослідження в напрямку зниження їх емісії.

Виходячи з умови використання в перспективі низькоякісних твердих палив, значну проблему являє емісія кожного з перерахованих вище видів оксидів. З літературного огляду відомо, що підходи до зниження утворення оксидів азоту лежать в обмеженні концентрації окислювача по зонах горіння, температурному режимі зон горіння та конструктивно-технологічному напрямі удосконалення топкових пристроїв та режимів їх експлуатації.

Розглянувши всі відомі методи зниження утворення , можна зробити висновок, що найбільш прийнятним для вирішення поставленої задачі в умовах роботи діючого парового котла на непроектних паливах є триступеневе спалювання палива з деякими конструкторсько-технологічними новаціями.

У підсумку можна сказати, що метою даної роботи є вивчення методу спалювання непроектного пиловугільного палива в парових котлах за триступеневою схемою з метою підвищення ефективності їх роботи, а також зниження викидів оксидів азоту в атмосферу.

Другий розділ присвячений дослідженню впливу палива погіршеної якості на утворення оксидів азоту та оптимізації роботи топки котла.

З урахуванням конструктивних особливостей встановленого устаткування і характеристик спалюваного палива на котлі ТП-92 Добротвірської ТЕС, як бази експериментальних досліджень, досліджувалась впроваджена схема триступеневого спалювання. Для цього була проведена реконструкція топки по рекомендації Російського теплотехнічного інституту. Суть реконструкції:

1 - канали вторинного повітря та аеросуміші пальників верхнього яруса встановлені горизонтально. При цьому канал вторинного повітря звужено вдвічі;

2 - над основними пальниками на відмітці 19, 2 м встановлені сопла третинного повітря з перерізом 240х480 мм. Осі їх направлені по дотичній до уявного кола діаметром 1, 2 м в центрі кожної півтопки, що повинно створити кращі умови для перемішування потоків газів від основних пальників та від сопел. В коробах перед соплами третинного повітря встановлені шибери. Повітря до сопел підводиться з коробів вторинного повітря.

Технічне рішення, що реалізує цей метод, полягає в тому, що основні пальники, в яких спалюється 70% палива, працюють з надлишком повітря (1). Над основними пальниками розташовуються пальники, в яких спалюється 30% палива з недостачею повітря. Завдяки цьому в топці утворюється зона з відновним середовищем, де продукти неповного згорання СmHn відновлюють NO до молекулярного азоту. Вище цієї зони організовується зона допалювання СО і Н2 за рахунок третинного повітря, яке надходить через сопла гострого дуття. Азотомісткі радикали XN, що залишилися, як і в основній зоні, переходять в NO або в N2 (рис. 1).

Залежність концентрації оксидів азоту на виході з котла від його паропродуктивності і коефіцієнта надлишку повітря з достатньою точністю описується поліномом другого степеня: де - коефіцієнт, який відображає розподіл повітря по висоті топки котла (враховує кількість повітря в зоні активного горіння і на виході з топки ) ; - паропродуктивність котла, т/год; - константи. Якщо , то це відповідає умові, коли все повітря подається у зону активного горіння.

З урахуванням цього і проведених досліджень визначено значення констант , і рівняння має вигляд:

Результати розрахунку за цією апроксимаційною формулою наведені на рис. 2 (крива 1) у вигляді суцільної кривої, точки - експериментальні значення. При триступеневому спалюванні палива значення концентрації оксидів азоту зменшується, що відображено коефіцієнтом , який в даному випадку дорівнює 0, 75. Це значить, що на 25% зменшується емісія в атмосферу, а формула приймає вигляд: На цьому ж рисунку розрахункова крива 2 зіставлена з дослідними даними (точки). Розбіжність апроксимації в обох випадках не перевищує 8%.

Багатофакторність умов виникнення емісії оксидів азоту вимагає створення аналітичного методу прогнозування їх утворення, за допомогою якого можна буде для кожного конкретного котла та набору вихідних даних зпрогнозувати реальну забрудненість газів оксидами NOx.

В даному розділі також приведена розроблена методика оптимальної експлуатації топки котла при спалюванні низькоякісного палива за триступеневою схемою на предмет утворення оксидів азоту в залежності від коефіцієнта надлишку повітря , паропродуктивності котла і відкриття шиберів третинного повітря . Отримана математична модель в результаті рототабельного планування другого порядку: , яка дає можливість розрахувати концентрацію оксидів азоту в димових газах при знаходженні факторів впливу на різних рівнях, а на рис. 3 наведені лінії однакової концентрації оксидів азоту в залежності від подачі третинного повітря і паропродуктивності котла.

У третьому розділі наводяться результати експериментального дослідження роботи парового котла ТП-92. Експериментальна частина роботи з визначення ефективності впровадженої схеми триступеневого спалювання палива та техніко-економічних і екологічних показників роботи котла проводилась у відповідності з методикою вимірювань вмісту оксидів азоту і загальноприйнятою методикою проведення теплових випробувань.

Експериментальна частина роботи передбачала поетапне виконання поставленої задачі:

1 - перший етап включав дослідження з виявлення впливу режимних параметрів на надійність і економічність котла і, відповідно, визначення чутливості до режимних змін втрат тепла з відхідними газами, теплосприйняття в топці, температури газів на виході з топки і концентрації оксидів азоту на виході з котла. У результаті були визначені поправки до теплових характеристик котла при зміні режимних параметрів;

2 - наявність значень чутливості економічності до режимних змін дозволило приступити до другого етапу досліджень - теплових випробувань для отримання характеристик котла і застосувати методику приведення окремих експериментів до однакових умов. Результати другого етапу досліджень представлені у вигляді теплових характеристик.

Результати експериментів представлені у вигляді залежностей економічних показників роботи котла, теплосприйняття в топці і температури газів на виході з топки, як функції режимних параметрів.

Експериментально встановлено, що втрати тепла від хімічної неповноти згорання при режимах роботи топки з коефіцієнтом надлишку повітря більше розрахункового відсутні, а від механічної неповноти згорання не перевищують 0, 1-0, 2%. Внаслідок цього, кінцевий вигляд залежностей між змінами режимних параметрів (m), економічних і екологічних показників роботи парового котла, зокрема температурою відхідних газів відх, втратою тепла з відхідними газами q2, ККД ”брутто”, температурою газів на виході з топки і концентрацією оксидів азоту на виході з котла в загальному випадку запишеться: =f1 (m) ; q2=f2 (m) ; =f3 (m) ; =f4 (m) ; =f5 (m), де m - загальне позначення режимних параметрів.

Чутливість, що представляє собою відношення зміни, наприклад, концентрації оксидів азоту на виході із топки до зміни збурюючого режимного параметра, визначалась з графічних залежностей концентрації оксидів азоту на виході з котла до цього ж режимного параметра при різних навантаженнях парового котла: де - чутливість зміни концентрації оксидів азоту на виході з котла на відхилення режимних параметрів.

Отримані значення чутливості можуть бути використані, зокрема, для визначення впливу відносно малих змін режимних параметрів на концентрацію оксидів азоту на виході з котла. Наприклад, для випадку зміни азоту в паливі , вираз для зміни концентрації оксидів азоту на виході з котла запишеться: мг/м3, де - зміна концентрації оксидів азоту на виході з котла при зміні азоту в паливі ; - відхилення вмісту азоту в паливі від прийнятого при розрахунку поправок до концентрації оксидів азоту. Аналогічний вигляд мають поправки для зміни інших режимних параметрів.

В загальному вигляді зміна, наприклад, концентрації оксидів азоту на виході з котла записується: де зміна будь-якого із режимних параметрів.

При навантаженні котла близькому до номінального (~460 т/год) температура газів на виході з топки вища від розрахункової (11300С) в режимах роботи котла з закритою і відкритою подачею третинного повітря. Виміряні температури на виході із топки при закритій і відкритій подачі третинного повітря складають відповідно ~12700С і 12400С, тобто на котлі має місце шлакування ширмового пароперегрівника, яке не переходить у загальне завдяки його періодичному очищенню.

Взагалі підвищенню температури газів на виході з топки в обох режимах, а відповідно й інтенсивності шлакування ширмового пароперегрівника, сприяють значні всмокти холодного повітря в топку.

Включення сопел третинного повітря призводить до перерозподілу теплових потоків по висоті топкової камери, а саме: вище рівня пальників їх величина збільшується (рис. 4), а температура газів на виході із топки зменшується (рис. 5).

Аналізуючи роботу котла в обох режимах можна зробити висновок, що переведення котла в режим роботи ступеневого спалювання вугілля не вносить істотної зміни в шлакування поверхонь нагріву котла. Без ефективного очищення топки і ширмового пароперегрівника, без суттєвого зниження температури газів на виході із топки, забезпечення надійної тривалої роботи котла ТП-92 при спалюванні вугілля неможливе.

На рис. 6 приведена залежність вмісту оксидів азоту в газах від надлишку повітря при роботі котла з підсвічуванням природним газом в межах 6-20% по теплу. Аналіз отриманої залежності показує, що зміна надлишку повітря з 1, 10 до 1, 23 при роботі котла з номінальним навантаженням із закритими шиберами третинного повітря при спалюванні вугілля і природного газу у співвідношенні 0, 94 і 0, 06 спричиняє збільшенню NOx від 770мг/нм3 до 830мг/нм3. При роботі котла з відкритими шиберами і зміні надлишку повітря з 1, 13 до 1, 24 також призводить до збільшення вмісту оксидів азоту з 565мг/нм3 до 645мг/нм3. Аналогічні результати отримані у випадку навантаження котла близького до номінального при спалюванні вугілля і природного газу у співвідношенні 0, 8 і 0, 2. Згідно отриманих даних ефективність впровадженої схеми ступеневого спалювання вугілля при навантаженнях котла близьких до номінального складає ~28%. Із зниженням навантаження ефективність схеми дещо зменшується і при навантаженні ~55% номінального складає ~18-19%.

Порівняння режимів роботи котла з включеною і відключеною схемою ступеневого спалювання вугілля після приведення дослідів до однакових умов показують, що впровадження режиму ступеневого спалювання суттєво не впливає на економічні показники роботи котла. Вміст СО у відхідних газах в обох режимах при надлишках повітря 1, 15 практично відсутній (q30, 015%). Сепарації пилу в холодну воронку візуально і за рівнем зміни вмісту горючих у шлаці не виявлено. Вміст горючих у виносі по середньому аналізу проб із циклона і проб пульпи в режимах з відкритим третинним повітрям збільшується на ~1, 0%, а втрати тепла з механічним недопалом відповідно на ~0, 4%. Залежність теплових втрат q2, q4 від температури відхідних газів та від режиму роботи котла (з відкритою чи закритою подачею третинного повітря) приведенa на рис. 7. Як видно з наведених даних різниця в значеннях наведених вище параметрів у режимах з відкритою і закритою подачею третинного повітря може бути оцінено відповідно 0, 1%; 0, 4% і 300С.

Аналіз зміни температури газів по тракту при проведенні парних дослідів з подачею і без подачі третинного повітря вказує, що при відкритті третинного повітря температури газів по тракту до водяного економайзера зменшуються. При постійних витратах палива і повітря в цих дослідах це можливо лише за рахунок збільшення втрат з недопалом палива. В режимах з відкритим третинним повітрям зниження фактичного тепловиділення в топці приводить до зменшення витрати води через водяний економайзер, відносного росту водяного еквіваленту димових газів і, як наслідок, зростанню температури відхідних газів на ~30С.

Розділ четвертий привсвячено аналізу результатів експериментальних досліджень. При складанні поправок до теплових характеристик, а також при визначенні впливу вхідних параметрів котла на вихід і розрахунку поправок до них за основний показник навантаження котла прийнято його теплопродуктивність .

З номограми поправок до теплової характеристики котла визначається зміна ККД останнього на відхилення вхідних параметрів за формулою: ±. Коефіцієнт корисної дії котла у новому режимі визначається: (1±) ±, де - ККД котла у вихідному режимі; - абсолютна поправка до теплової характеристики котла; - універсальна поправка і-го параметра при його зміні на величину .

Розроблена методика визначення оксидів азоту шляхом використання рівнянь у “малих відхиленнях” спрощує розрахунки, дозволяє враховувати конструктивно-режимні характеристики обладнання та режими його експлуатації, а також дозволяє автоматизувати на ПОМ пошуки мінімальних значень викидів оксидів азоту та достатньо просто визначати оптимальні режими експлуатації котельних агрегатів.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Спалювання непроектних видів твердого палива на електростанціях Міненерго України є великою проблемою сьогодні, а також на найближчу перспективу, в зв'язку з чим потрібно вирішити ряд задач для підвищення ефективності роботи енергетичних установок, основними із яких є:

забезпечення надійності роботи обладнання енергоустановок;

дотримання максимально-можливої економічності роботи енергоустановок;

зниження шкідливих викидів оксидів азоту в атмосферу;

розробка методик по врахуванню впливу непроектних видів палива на техніко-економічні показники роботи котла і викиди оксидів азоту.

Аналіз існуючих методів зниження утворення оксидів азоту свідчить про те, що одним із ефективних методів є переведення пиловугільного парового котла на роботу за триступеневою схемою.

Багатомірність умов виникнення емісії оксидів азоту вимагає створення аналітичного методу прогнозування їх утворення, за допомогою якого можна буде для кожного конкретного набору вихідних режимних даних спрогнозувати реальну забрудненість атмосфери оксидами .

Проведені аналітичні розрахунки і отримані апроксимації дозволяють визначати концентрацію в залежності від режимних параметрів роботи котла.

Розроблена методика оптимальної експлуатації топки котла при спалюванні непроектного палива за триступеневою схемою на предмет утворення оксидів азоту в залежності від коефіцієнта надлишку повітря, паропродуктивності котла і подачі третинного провітря. Отримана математична залежність дає можливість розраховувати концентрацію оксидів азоту в димових газах на основі режимних факторів (коефіцієнта надлишку повітря, паропродуктивності котла, подачі третинного повітря).

Виконана реконструкція котла ТП-92, що полягає в установленні сопел третинного повітря над основними пальниками і верхніх каналів аеросуміші, а також вторинного повітря в кожному блоці (8 блоків) прямотокових пальників (ярус “В” пиловугільних пальників і ярус “Г” газових пальників) в горизонтальному напрямку, звуженні у два рази каналів вторинного повітря (ярус “Г”). Реконструкція котла дозволила вести спалювання твердого палива за триступеневою схемою, що знижує викиди в атмосферу в середньому на 28% при номінальному навантаженні.

Переведення котла в режим роботи ступеневого спалювання вугілля не вносить істотної зміни в режим його роботи. Надійність його роботи практично не змінюється, а економічність знаходиться на тому ж рівні. ККД котла при номінальному навантаженні становить 91, 5%.

Розроблено номограми для оперативного розрахунку поправок теплових характеристик котла ТП-92, які представляють вплив відхилень умов роботи котла, викликані зміною режимних параметрів (, , ) з метою оптимізації режимів його експлуатації.

Розроблено номограми для оперативного розрахунку поправок до величини концентрації за конвективним пароперегрівником, спричинені впливом вхідних параметрів (, , , ), з метою мінімізації їх виходу в довкілля.

Розроблена методика у “малих відхиленнях” визначення впливу режимних факторів і виду палива в будь-якому котлі на величину утворення паливних оксидів азоту. Ця методика спрощує розрахунки при достатній точності отриманих результатів, дозволяє враховувати конструктивно-режимні характеристики обладнання та режими його експлуатації, а також дозволяє автоматизувати на ЕОМ пошуки мінімальних значень викидів оксидів азоту та розв'язувати достатньо просто оптимальні режими експлуатації.

Розроблена номограма для визначення “паливних” оксидів азоту на виході із котла, яка об'єднує всі фактори, що впливають на процес їх утворення: вміст азоту в паливі, коефіцієнт надлишку повітря у пальнику, частка первинного повітря у пальнику, рециркуляція димових газів на первинне повітря, температура газів на ділянці утворення паливних оксидів азоту, співвідношення швидкостей первинного і вторинного повітря на виході з пальника.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Івасик Я. Ф. Деякі особливості роботи котла ТП-92 за триступеневою схемою спалювання органічного палива // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. -1997. -№318. -С. 34-38.

Івасик Я. Ф. Визначення та нормування викидів паливних оксидів азоту котла ТП-92 // Экотехнологии и ресурсосбережение. -1998. -№1. -С. 43-45.

Івасик Я. Ф., Мисак Й. С., Ясиновський Б. І. Дослідження роботи котла під час спалювання органічного палива за триступеневою схемою // Энергетика и электрификация. -1996. -№6. -С. 7-10.

Ивасык Я. Ф., Мысак И. С. Снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами на котле ТП-92 // Экотехнологии и ресурсосбережение. -1996. -№5-6. -С. 70-73.

Исследование работы котла ТП-92 при ступенчатом сжигании топлива / Я. Ф. Ивасык, И. С. Мысак, Ф. О. Гут и др. // Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов ТЭС. Первая американо-украинская конференция. -Киев, 9-10 сентября 1996г. -С. 278-279.

Екологічні проблеми і дослідження роботи котла ТП-92 при спалюванні вугілля та природного газу по триступеневій схемі / Й. С. Мисак, П. О. Гут, Я. Ф. Івасик і ін. // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. -1995. -№291. -С. 36-40.

Биковець Р. А., Гут П. О., Івасик Я. Ф. Викиди оксидів азоту з димовими газами котлів. Методика розрахунку. ГКД 34. 02. 303-96. / Міністерство енергетики та електрифікації України. -К. : УНВО “Енергопрогрес”, 1996. -22с.

Исследование влияния технологических и конструктивных факторов котла на изменение содержания оксидов азота / И. С. Мысак, А. К. Павлышев, Я. Ф. Ивасык и др. // Электрические станции. -1997 -№1. -С. 28-31.

Мысак И. С., Ивасык Я. Ф. Исследование работы котла ТП-92 при сжигании в топке природного газа после внедрения схемы трехступенчатого сжигания топлива // Энергетика. Изв. ВУЗов и энерг. объед. СНГ. -1997. -№5-6. -С. 65-68.

Мисак Й. С., Івасик Я. Ф. Проблеми використання низькоякісних палив на ТЕС України // Вісник Державного університету ''Львівська політехніка'' до 100-річчя кафедри “Теплотехніка і ТЕС” (1898-1998). -1999. -№365. -С. 20-24.

Мисак Й. С., Івасик Я. Ф., Янко П. І. Деякі проблеми в експлуатації ТЕС України та методи їх вирішення // Вісник Державного університету ”Львівська політехніка”. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. -1999. -№378. -С. 51-54.

Мисак Й. С., Івасик Я. Ф. Визначення зміни питомих викидів оксидів азоту з використанням рівнянь у ”малих відхиленнях” // Энергетика и электрификация. -1999. -№7. -С. 46-49.

Мисак Й. С., Івасик Я. Ф., Гумницький Я. М. Вплив режимних параметрів парового котла на вихід оксидів азоту при спалюванні вугілля за триступеневою схемою // Энергетика и электрификация. -2000. -№2. -С. 13-16.

Мисак Й. С., Івасик Я. Ф., Демчук І. А. Методика визначення впливу режимних параметрів на величину концентрації в димових газах котла // Энергетика и электрификация. -2000. -№4. -С. 41-44.

АНОТАЦІЇ

Івасик Ярослав Федорович. Зниження викидів оксидів азоту в процесі спалювання палива погіршеної якості в пиловугільних парових котлах. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 14. 06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. -Інститут газу НАН України, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено вивченню методу зниження утворення оксидів азоту в процесі спалювання палива погіршеної якості в паровому котлі за триступеневою схемою. Встановлено, що зниження викидів оксидів азоту з димовими газами в атмосферу при спалюванні вугілля з додаванням природного газу по теплу до 20% на навантаженні, близькому до номінального, складає 28%, а із зниженням навантаження ефективність схеми знижується. Показано, що впровадження триступеневого спалювання вугілля на паровому котлі в регульованому діапазоні навантажень не погіршує економічності і надійності його роботи. У роботі досліджено вплив режимних параметрів котла, таких як коефіцієнт надлишку повітря, паропродуктивність, подача третинного повітря на вихід оксидів азоту. Наведено методику і номограму розрахунку “паливних” оксидів азоту при спалюванні вугілля Львівсько-Волинського басейну, а також методику визначення оксидів азоту шляхом використання рівнянь у “малих відхиленнях”.

Основні результати роботи знайшли промислове впровадження в процесі експлуатації під час розрахунків викидів оксидів азоту газомазутними і пиловугільними котлами, а також у навчальному процесі.

Ключові слова: котел, паливо, повітря, вугілля, оксиди азоту, спалювання, ефективність, димові гази.

14. 3. Ivasyk Jaroslav Fedorovych. The reduction of nitrogen oxydes throw-away in process of change for the worse of fuel quality consumption in dust-cools steam boilers. -Manuscript.

Thesis of Phi. D. in technical sciences on the speciality 05. 14. 06 - technical thermophysics and power industry. -Institute of Gas of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2000.

This thesis devoted to study reduction of formation nitrogen oxides method during the change for the worse of fuel quality consumption. The nitrogen oxides reduction with smoke gases to the atmosphere during of fuel consumption plus natural gas up to 20% on the nominal load is equal to 28%. The effectiveness diagram reduses if the load reduses. Introduction of three-stage consumption on the boiler in regulable range loading it's effective and economy. Research into influence of condition indexes. They are: index surplus of the air, steam-productivity, etc. We shown nomogram of calculation nitrogen oxides of fuel consumption in Lviv-Volyn pond. And we shown determination the nitrogen oxides methods with “small deviations” equations.

The main results was introducing in the expluatation while calculation in nitrogen oxydes throw-away of two-types boillers and in studies.

Key words: boiler, fuel, air, coal, nitrogen oxides, combustion, effectiveness, smoke gases.

Ивасык Ярослав Федорович. Снижение выбросов оксидов азота в процессе сжигания топлива ухудшенного качества в пылеугольных паровых котлах. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 14. 06 - техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. -Институт газа НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена изучению метода подавления образования оксидов азота в процессе сжигания топлива ухудшенного качества по трехступенчастой схеме в паровом котле. В связи с этим на паровом котле ТП-92 была выполнена реконструкция по рекомендации Российского теплотехнического института. Получена аналитическая зависимость концентрации оксидов азота от его паропроизводительности и коэффициента избытка воздуха при сжигании топлива по трехступенчатой схеме. Установлено, что снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами в атмосферу при сжигании угля с подсветкой природного газа по теплу до 20% при нагрузке, близкой к номинальной, составляет 28%, а при снижении нагрузки эффективность схемы снижается. Показано, что внедрение трехступенчатого сжигания угля на паровом котле ТП-92 в регулируемом диапазоне нагрузки не ухудшает экономичности и надежности его работы. В работе исследовано влияние режимных параметров котла, таких как коэффициент избытка воздуха, паропроизводительность, подача третичного воздуха на выход оксидов азота.

Приведена методика и номограмма расчета “топливных” оксидов азота при сжигании угля Львовско-Волынского бассейна, а также методика определения оксидов азота путем использования уравнений в “малых отклонениях”.

Основные результаты работы нашли промышленное применение в процессе эксплуатации при расчете выбросов оксидов азота газомазутными и пылеугольными котлами, проэктировании новых и реконструкции старых котлов, а также в учебном процессе.

Ключевые слова: котел, топливо, воздух, уголь, оксиды азота, сжигание, эффективность, дымовые газы.

Размещено на Allbest.ru

...