Снижение выбросов оксида азота

Снижение загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем развития российской теплоэнергетики. В настоящее время действуют довольно жесткие нормативы, регламентирующие выбросы в атмосферу. Подавляющее большинство действующих котлов, имеют значительно более высокие уровни выбросов NOX, чем это регламентируется ГОСТ Р50831-95 (рис. 1). К настоящему времени разработано большое количество методов снижения выбросов оксидов азота как на стадии сжигания топлива (так называемые технологические или внутритопочные мероприятия) так и очистки газов на стадии охлаждения продуктов сгорания (например DENOx). Последние являются высокоэффективными методами, позволяющими обеспечить заданные уровни выбросов оксидов азота, и широко применяются в технологически развитых странах. Однако очень высокие капитальные и эксплуатационные затраты, необходимость размещения крупногабаритных установок и длительное время, необходимое для их реализации, делает внедрение данных технологий для действующих российских котлов в обозримом будущем крайне маловероятным.

Тем не менее, рост промышленного производства и ускоренный ввод в строй электрогенерирующих мощностей, который планируется в ближайшие годы, потребует сократить объемы выбросов от уже установленного оборудования. Особенно актуальной эта проблема станет, если все-таки начнет происходить замена природного газа твердым топливом и мазутом.

Следует отметить, что при внедрении данных технологий может наблюдаться не только снижение КПД котельной установки, но и сложности с регулированием технологических процессов. Последнее часто обусловлено не только усложнением схемы регулирования, но и плохим состоянием контрольно-измерительных приборов, установленных на котле.

Одним из наиболее легко реализуемых режимных мероприятий является снижение избытка воздуха в топке. В результате уменьшения содержания кислорода в зоне горения происходит подавление образования как термических, так и топливных NOx. Поэтому данное мероприятие может быть применено при сжигании любых видов органического топлива. Оно позволяет не только снизить выбросы NOx, но и несколько повысить КПД котла за счет снижения потерь теплоты с уходящими газами и затрат энергии на собственные нужды.

Влияние избытков воздуха на образование оксидов азота описывается экстремальной зависимостью с максимумом при аmaх= 1,15-1,25 для газомазутных котлов и аmах= 1,4-1,5 для пылеугольных котлов в зависимости от конструкции горелочных устройств и состояния топочной камеры (рис. 2). Причем максимум содержания NOx в дымовых газах соответствует такому значению коэффициента избытка воздуха, при котором в данных условиях достигается наиболее полное сгорание топлива (рис.3).

Следует особо подчеркнуть, что в образовании оксидов азота участвует только тот воздух, который подается в зону активного горения вместе с топливом. Изменение количества присосов холодного воздуха в топочную камеру, который не участвует в процессе воспламенения и горения топлива, практически не влияет на образование оксидов азота. Поэтому при одинаковых значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки ат из-за разных присосов избытки воздуха в ЗАГ могут существенно отличаться. Это, в свою очередь, приводит к разному выходу NOX. Кроме того, чрезмерное снижение избытков воздуха в зоне горения сопровождается не только повышенным недожогом топлива, но и увеличением выхода NOX за счет появления быстрых оксидов азота (левая ветвь зависимости NOX на рис. 2а).

Очень часто, как показывает практика, котлы работают с достаточно высокими коэффициентами избытка воздуха близкими к значениям аmах (см. рис. 4). Для таких агрегатов снижение избытков воздуха показывает хорошие результаты. В результате снижения избытков воздуха до значений араб = акр + 0,02-0,04 (рис. 4) обычно наблюдается уменьшение выбросов оксидов азота на 10-30%. При этом не требуется каких-либо дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, а все расходы на его внедрение сводятся к стоимости режимно-наладочных испытаний котла.

Еще больший эффект снижения выбросов оксидов азота, как показали результаты экспериментов, наблюдается при дальнейшем снижении а ниже значений араб вплоть до появления химического недожога (см. табл. 2). Причем основное снижение эмиссии NOX происходит уже при появлении умеренного недожога топлива (рис. 5). Так, повышение химического недожога, сопровождавшееся ростом концентрации СО в продуктах сгорания (в контрольном сечении, в данном случае сечение РВЭ) от 0 до 50 ррm (62,5 мг/м3), приводило к снижению содержания оксидов азота на 25 - 30%. При дальнейшем увеличении недожога, когда содержание СО увеличивалось с 50 ррm до нормативных значений (300 мг/м3 или 240 ррm), происходило дополнительное линейное снижение выхода NOX на 10 - 12% от первоначального значения.

Интересное из раздела

Структура экологических систем
Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное вни­м ...

Проблемы Аральского моря
Справка по Аральскому морю. Арал - бессточное соленое озеро-море в Узбекистане и Казахстане. К 1990 г. площадь составила 36, 5 тыс. кв. км (в том числе так называемое Большое море 33, 5 тыс. ...

Характеристика природных ресурсов, экологические проблемы
Экология (от греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Этот т ...