Работы ВТИ по внедрению рециркуляции для снижения оксидов азота

Выполненные в ВТИ многочисленные исследования показали, что наибольший эффект обеспечивает подача газов рециркуляции в смеси с воздухом через горелки котла. При такой схеме подача 15 % газов рециркуляции снижает выбросы NO_х примерно на 50 % [16].

При подводе газов рециркуляции через отдельные периферийные каналы горелок аналогичный эффект получается лишь в том случае, если скорость газов рециркуляции на выходе из периферийных каналов примерно равна скорости воздуха на выходе из горелки. Между тем на большинстве газомазутных котлов, выпущенных Таганрогским котельным заводом для энергоблоков мощностью 300 и 800 МВт, скорость подачи газов рециркуляции по периферийному каналу примерно в 1,5 – 2 раза ниже, чем скорость воздушного потока на выходе из каналов горелки. В результате из-за плохого перемешивания газов рециркуляции с основным топливно-воздушным потоком выбросы оксида азота уменьшаются при доле рециркуляции 15 % приблизительно на 40 %.

Стандартные исследования и отдельные промышленные испытания показывают, что подачей рециркулирующих газов в рассечку воздушного потока или по центру горелки удается более интенсивно снижать концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания газа и мазута. Эти способы нуждаются в более широкой проверке и доработки в обеспечении стабильного и устойчивого воспламенения топливного факела.

С экологической точки зрения представляется оправданным увеличение доли рециркуляции для вновь выпускаемых и модернизируемых газомазутных котлов до 25 % вместо 15 – 20 % на существующих котлах. Необходимо исключить как малоэффективные все способы подачи рециркулирующих газов через ограждения топки, например, в под котла через отдельные шлицы под горелками и т.п..

До недавнего времени на газомазутных котлах рециркуляция дымовых газов рассматривалась в основном как средство регулирования температуры перегретого пара. При этом котел рассчитывался так, чтобы при номинальной нагрузке он эксплуатировался с минимальной нагрузкой дымососов рециркуляции, а при снижении нагрузки количество рециркулирующих дымовых газов увеличилась бы для поддержания постоянной температуры перегретого пара. Для снижения же выбросов оксидов азота следует подавать в топку максимальное количество рециркулирующих газов при номинальной нагрузке. По условиям обеспечения номинальной температуры свежего пара на барабанных котлах и температуры пара промперегрева на прямоточных котлах, большинство отечественных котлов оказались неприспособленными для работы в таком режиме.

Для широкого внедрения рециркуляции, одного из наиболее эффективных способов снижения выбросов оксидов азота, требуется реконструкция системы регулирования температуры пара на ряде котлов, например, за счет применения байпасирования установки паропаровых теплообменников, увеличение впрысков и т.п.

На пылеугольных котлах рециркуляция дымовых газов в топку оказалась малоэффективной при твердом шлакоудалении (из-за сравнительно низких температур в таких топках) и недопустимой при жидком шлакоудалении (из-за ухудшения выхода жидкого шлака при снижении температуры в топочной камере). Наибольшее распространение получил ввод дымовых газов рециркуляции в смеси с дутьевым воздухом, а также по среднему или периферийному каналам горелок. Причем если раньше количество дымовых газов рециркуляции, вводимых в топку, составляло в среднем около 15 %, то в последние годы наметилась тенденция к увеличению количества дымовых газов до 30 %.

Для снижения же выбросов NO_х следует подавать в топку максимальное количество рециркулирующих дымовых газов при номинальной нагрузке. По условиям обеспечения номинальной температуры первичного пара на барабанных котлах и температуры пара промперегрева на прямоточных большинство отечественных котлов оказалось не приспособленными для работы в таком режиме. Следует отметить существенный недостаток этого метода снижения оксидов азота, а именно: при подаче 1 % газов рециркуляции КПД котла электростанций для средних условий снижается на 0,02 %.

Кроме того для широкого внедрения рециркуляции дымовых газов, особенно при большой доли рециркуляции, будет значительно снижен к.п.д. котла и потребуется дорогостоящая реконструкция системы регулирования температуры перегретого пара путем применения байпасирования паро-паровых теплообменников, увеличения впрысков и т.п.