Процессы восстановления N0X в факеле (режим трехступенчатого сжигания)

При организации ступенчатого сжигания в пределах факела проявляются механизмы, соответствующие режиму трехступенчатого сжигания, — восстановление уже образовавшихся оксидов азота продуктами неполного горения (стабильными и короткоживущими). Такие процессы непосредственно в факеле складываются при поступлении части топлива в бескислородную зону факела. Это достигается, например, при прямоточной подаче топлива и интенсивной крутке периферийного потока вторичного воздуха, подаче промежуточного потока топлива между расходящимися кольцевыми вихревыми потоками воздуха. В результате формируется восстановительная зона, насыщенная высокоактивными промежуточными продуктами неполного горения, обрывками реакционных цепей, выполняющих функции восстановителей NO_v. до молекулярного азота N₂. При смешении приосевого потока топлива с охватывающим потоком вторичного воздуха формируется топливовоздушная смесь практически стехиометрического состава (избыток воздуха — около, а = 1,0).

Эти процессы можно активизировать конструктивными способами. Так, в горелке по патенту РФ № 2 038 535 [26] конструкция топливовыдающего устройства позволяет направить по центральному каналу в зону, обедненную окислителем, до 15—35% топлива. Попав в высокотемпературную и обедненную кислородом приосевую зону факела, частицы топлива быстро газифицируются, образуя продукты сгорания с радикалами типа C"H"" которые при смешении с оксидов азота дымовых газов от сгорания основной массы топлива разлагают NO_x до NH" и далее до молекулярного азота. Необходимым условием такой работы горелки является организация воспламенения и выделения радикалов разложения в центральном потоке топлива на удалении от устья горелки за фронтом воспламенения и образования NO_x в основном потоке топлива.

Периферийный поток воздуха обеспечивает дожигание продуктов неполного горения из восстановительной зоны по мере смешения с ними.

Комбинация конструктивных мероприятий для создания малотоксичных горелок

Примером использования комплекса природоохранных мероприятий является проведенная реконструкция горелок на котле ТГ-1 041 241. Здесь двенадцать вихревых двухканальных горелок конструкции ТКЗ, размещенных в два яруса на фронтовом экране, были заменены малотоксичными прямоточно-вихревыми горелками. В исходной конструкции горелок заводского исполнения уровень концентрации оксидов азота достигал 700 мг/м³ и выше. Переход от горелочных устройств с чисто вихревой аэродинамикой к прямоточно-вихревой позволил снизить концентрацию NO_x в 2—2,5 раза. Одновременно с установкой таких «малотоксичных» горелок был реализован комплекс технологических мероприятий — ступенчатое сжигание, рециркуляция дымовых газов.

Суммарный экологический эффект достигается при оптимальной загрузке ДРГ и перебросе части топлива с верхнего яруса горелок на нижний (12%).

Созданные на этой основе конструкции горелок показали сниженный выход оксидов азота на природном газе. Оптимальное значение рециркуляции дымовых газов составило 16%. Концентрация N0* в этих условиях составляла 60—100 мг/м³. С отключением схемы рециркуляции дымовых газов отмечен рост концентрации оксидов азота в уходящих газах при номинальной нагрузке котлов до 220 мг/м³ (при нормативной величине для новых котлов 125 мг/м³ по ГОСТ Р 50 831—95). Дальнейшее сокращение выброса N0, в сложившихся условиях было возможно только за счет увеличения доли рециркуляции дымовых газов до уровня 16—18%, что предопределяло необходимость включения в работу аварийного впрыска для корректировки температуры пара промежуточного перегрева.