Развитая схема трехстадийного сжигания с выделенной зоной горения

Недостаток: невозможность создания развитой восстановительной атмосферы во II зоне.

Во всех котлах, где нет высоких узких топок, эти технологии потерпели провал. Т.к. имеет место недостаточность пребывания газов в восстановительной атмосфере или неравномерность смешения во II зоне, либо подавление оксидов азота недостаточно низко, все это сопровождается недожогом и снижением кпд котла на 1-3%.

Если подавать в III зону дополнительный воздух для снижения недожогов, то не удается дожечь топливо либо из-за малых размеров зоны перемешивания в верхней части топки, либо при достаточном перемешивании газов и воздуха быстро растет температура газов в верхней части топки, что сопровождается ростом образования оксидов азота.

К концу 80-х годов установки 2-х и 3-х стадийного сжигания были демонтированы в большинстве стран (кроме России).

Специалисты американских компаний попытались решить проблему следующим образом.

Рис. 13

Для коммерческого использования эта технология оказывается непривлекательной.

Перестали делать новые крупные котлы, создавать новые технологии сжигания топлива, которые оказались и дешевле и проще.

Рис. 14 «Jenschevuald» N=500 МВт. NO_x меньше 700-800 мг/м³получить не удалось.

α =1

ДВ-3

Рис. 15. N=500 МВт на буром угле.

Топливо сжигается при больших скоростях топлива при α <<1. вся топка встает под восстановительную атмосферу, восстановление идет ступенчато, чтобы не увеличивалось содержание оксидов азота.

Дожигание СО производится в конвективных высокотемпературных поверхностях нагрева (1992 год). В результатате C_CO, С_NOх=200 мг/м³, что соответствует европейским стандартам, а механический недожог составляет 1% (против 1,2-1,3% на лучших блоках РефтГРЭС).

Кроме этого, появление этой технологии привело к тому, что в Китае перестали использовать кипящий слой и другие низкотемпературные технологии сжигания топлива (кроме горючих сланцев и отходов углеобогащения).

Эта технология получила несколько названий: двухзонное сжигание, ступенчатый ввод воздуха, стадийное сжигание в восстановительной атмосфере.

Топка котла энергоблока N=1040 МВт и отопительной нагрузкой 250 МВт самая экономичная на бурых углях (Niederausem). Высота топки составляет около 100 м, она квадратного сечения с шириной 36 м.

Горелки расположены на всех четырех стенах топки, они прямоточные, работающие на буром угле. Общая высота котла составляет 160 м. Топка башенного типа, все поверхности нагрева расположены в верхней части топки. Сейчас этот котел принадлежит компании «Alstom».

α <<1

Рис. 16. «Westfalien» (Hamm, Hammover) два ЭБ N=760(800)МВт.

Для блоков на буром угле N=950 МВт и отопительной нагрузкой более 250 МВт используется топка с постадийно управляемым вертикальным вихрем.

α>1

Рис. 17. «Alstom», Sulzer, RWE.

Достоинства:

1. Увеличение времени пребывания газов во всех зонах процесса (более глубокое восстановление оксидов азота);

2. Полное заполнение топки горящим факелом, что при большом сечении и высоте означает уменьшение температуры горения;

3. Повышенная интенсивность перемешивания топлива, воздуха и дымовых газов, что позволяет повысить глубину протекания химических реакций, выразить постадийное неполное сгорание топлива;

4. Изменение расхода воздуха, топлива и углов наклона горелок, что приводит к более эффективному управлению и настройки процесса горения в широком диапазоне нагрузок.

По мнению американских инженеров на базе топок Sulzer концентрация оксидов азота сокращается до 70-100 мг/м³.

В нашей стране попытки были в 90-х годах на котлах ЛЕНЭНЕРГО (Мерик, Шатиль). Например, на Верхнетагильской ГРЭС на котлах с помощью специальных горелок и вовлечением процесса присосов воздуха через стенку была организована эта схема (только без рециркуляции дымовых газов) с достижением желаемого результата.

На базе схемы ЦКТИ Siemens разработал аналогичную схему сжигания для транспортных газовых турбин (серии «.3А»). непревзойденность технологии была показана и отработана в 1993-1995 гг.

Американские материалы показали, что эффективным действием является выделение II зоны с подачей высокореакционных топлив в эту зону. А при переходе с малой установки на крупную снижается эффективность из-за увеличения недожога, топливо в этом случае не догорает.

Постепенно отказывались от данной технологии в пользу стадийного нестехиометрического сжигания. В топке образуется восстановительная атмосфера, топливо сжигается в нескольких стадиях, каждая из которых направлена на избирательное подавление оксидов азота. В верхней части топки после сгорания основной части топлива и газификации твердого остатка проводят дожигание топлива при α>1.

Здесь действуют 2 группы механизмов:

1. Избирательный (α<1)

Длительная выдержка промежуточных продуктов сгорания в промежуточной восстановительной атмосфере.

На этих механизмах работают самые современные и лучшие энергоблоки мира.

В нашей стране эти технологии пытались разработать на РефтГРЭС.

Суть технологии различается и зависит от производителей установки.

Росляков (МЭИ) в 80-90 гг. установил, что при разном дефиците воздуха в факеле, разных диапазонах температур горения в факеле происходит избирательное восстановление или топливных, или термических, либо быстрых оксидов азота.

Из этой теории выделяют 4 принципа, которые можно положить в основу создания сжигания в восстановительной атмосфере с минимальным образованием оксидов азота:

a) Если топливо сжигается при α=0,9-1,0 (т.е. дефицит воздуха составляет 10%) и при t=1500^oС и ниже, то происходит минимальное образование термических NO_x. В отечественной практике указанная температура не нашла подтверждения, возможно она ниже и составляет примерно t=1300^oС. Т.к. на немецких котлах топки оснащены специальным прибором, который фиксирует температуру факела, а персонал не допускает ее роста выше t=1200^oС.

b) Если топливо сжигается при α=0,8-0,9 (что соответствует дефициту воздуха 15-20%), то имеет место минимальное образование суммы быстрых и термических NO_x.

c) Если топливо сжигается при α=0,65-0,75 (т.е. дефицит воздуха составляет 25-35%), то происходит максимальное образование топливных NO_x.

d) Если пиролизные газы (газы выхода летучих) при воспламенении топлива сжигаются с недостатком воздуха, необходимого для их полного сгорания, то в этом случае происходит минимальное образование NO_x.