Топки для реализации этой схемы

Органы ЕС предложили такие топки еще в 1985 году. Эти топки имеют следующие особенности:

- топки малонапряженные, температура горения пониженная;

- топочный объем максимально полно заполнен топочными газами;

- горящей факел растягивается по всей длине, что в сумме приводит к уменьшению температуры горения (на бурых углях температура горения составляет примерно 1200 ^oС);

- нижняя часть топки или ее половина, а в отдельных агрегатах и 3/4, работает при α<1, т.е. топка стоит под восстановительной атмосферой, таким образом большее количество оксидов азота восстанавливается до молекулярного азота;

- в нижней части восстановительной атмосферы топки организуются зоны с разным дефицитом воздуха и разной температурой для избирательного подавления топливных, быстрых и термических оксидов азота.

Схема организации таких зон у разных фирм существенно отличается, а точные сведения не публикуются, представляя собой коммерческую тайну.

По мнению большинства европейских специалистов лучше всего подходят высокие топки квадратного сечения. Горелки располагаются либо на 2, либо на 4 стенах топки, число ярусов может быть от 1 до 6 в зависимости от топлива и схемы организации восстановительной атмосферы. На каменном угле горелки специальные вихревые, на буром угле – горелки прямоточные со сложной струйной системой в 1-2 яруса в нижней части топки на 4-х стенах. В верхней части топки, чаще всего в 2 яруса (реже в 1 или 3 яруса) на 2 или 4 стенах располагаются ряды воздушных сопел для управляемой подачи воздуха в среднюю и верхнюю часть топки для постепенного и максимально полного выгорания восстановительной атмосферы и для снижения итогового механического недожога.

Проблемы:

1) Необходимо полностью перемешивать дополнительный воздух с вязкими топочными газами и делать это постепенно, чтобы при дожигании в восстановительной атмосфере не было увеличения температуры горения, и при этом не возрастала концентрация оксидов азота. Чаще всего встречается схема с 2-мя рядами сопел, расположенными далеко друг от друга на выходе из топки.

2) Дополнительная проблема работы поверхностей нагрева топки при восстановительной атмосфере на угольных котлах, когда в топочных газах неизбежно содержание сероводорода. Высоколегированные стали, восстановительная атмосфера и сероводород вызывают интенсивную высокотемпературную коррозию. По неофициальным данным на котлах увеличивается число отказов из-за свищей, вызванных коррозией поверхностей нагрева в нижней части топки. Точные данные засекречены фирмами и производителями.

На некоторых крупных европейских котлах, где используются цельносварные топочные панели с нулевыми присосами воздуха, на топочных стенах делают десятки лючков или окон, через которые, видимо, в наиболее опасные зоны подают небольшое количество воздуха для ликвидации восстановительной атмосферы в узком слое у стен топки, либо делают специальные сопла вдоль стен.

Стоит серьезная проблема точного дозирования воздуха, которая требует высокой культуры и проектной эксплуатации котлов. Например, такие котлы имеют аномально высокие топки (60-100 м), воздуховоды для ярусов или групп горелок делают вертикальными с точными калиброванными устройствами измерителей расхода.

В последних разработках немецких, американских и японских фирм с конца 80-х годов даже горелки оснащали датчиками кислорода по отдельным каналам горелок. Эта задача очень сложная.

Современные котлы для экологически чистого сжигания твердого топлива чаще всего с башенной компоновкой имеют полную высоту от 120 до 165 м. На некоторых зарубежных котлах оснащали специальными горелками низкотоксичного сжигания. Горелки располагали встречно-несоосно (в шахматном порядке), чтобы факела горелок не били друг в друга, а лишь касались периферий друг друга. Это резко улучшает перемешивание топлива, воздуха и восстановительной атмосферы, позволяет установить работу с дефицитом воздуха, предельно газифицировать твердый остаток угля в летучей золе, а также более равномерно заполнить топку, вести процесс при относительно умеренных температурах. Следовательно, можно сформулировать следующие преимущества:

- уменьшается количество оксидов азота;

- уменьшение канцерогенов в саже;

- уменьшение механического недожога.

Американские инженеры на многих крупных котлах со встречным расположением горелок (ТГМП-204) переделывали схемы на встречно-несоосное расположение простым образом – смещали горелки одной стены на пол шага вертикально.

Вихревые топки увеличивают время пребывания топочных газов на 2-3 секунды в зоне реагирования, это позволяет глубоко газифицировать твердый остаток и задержать оксиды азота в восстановительной атмосфере.