Теоретические основы снижения
выбросов оксида азота (NOx) в горелках типа ГМПВ
При сжигании газа основным загрязняющим веществом является оксид азота (NOx), концентрация которого в уходящих газах, (α = 1,4), приведенное к NO2 , согласно нормам на предельно-допустимые выбросы, составляет на газе 125 мг/мм3, а на мазуте – 250 мг/мм3 (см. ГОСТ Р 50831 - 95).
Оксиды азота при сжигании природного газа образуются из азота воздуха, а при сжигании жидкого топлива - из азота воздуха и азота топлива.
Количество оксидов азота зависит от условий процесса горения:
- от температуры факела;
- коэффициента избытка воздуха;
- времени пребывания продуктов горения в зоне активного горения ;
- характера смешения.
NOx образуется, в основном, в зоне активного горения. Особенно интенсивен выход NOx вблизи горелок. Проблема защиты воздушного бассейна от выбросов NOx решается либо установкой специальных газоочистных устройств, либо подавлением их образования в самой топке.
В настоящее время применяется множество приемов подавления выбросов NOx , такие как:
- ступенчатое сжигание;
- рециркуляция газов;
- сжигание с низким избытком воздуха;
- внесение влаги в зону активного горения;
- применение горелок с низким NOx;
- другие.
Высокоэффективные горелки ООО «НТО «ЭКОТОП» за счет строго определенной конструкции элементов горелки формируют особый факел, который учитывает все выше перечисленные факторы, влияющие на выход NOx. Конфигурация горелок сформирована по строго определенному отношению закрученного и прямоточного потока воздуха, которое обеспечивает снижение температуры факела. Конструкция насадок обеспечивает хорошее смешение топлива с воздухом и создает условие ступенчатого горения. Все это обеспечивает снижение выбросов NOx .
Проведенные теоретические исследования, разработка конструкции газомазутных горелок, их производство и испытания позволили создать и внедрить такую высококачественную энергоэффективную продукцию, как газомазутные горелки типа ГМПВ.
Основой создания горелок типа ГМПВ является высокотехнологичное проектирование, строящееся на основе математических расчётов и моделей для конкретной марки котла.
Пример высокотехнологичного проектирования
(котёл ТГМП-204ХЛ)
Параметры котла:
- паропроизводительность котла 2650 т/ч;
- количество горелок – 36;
- тип горелки – ГМПВ-60.
Расчёты и построение математической модели горелки позволяет:
- выявить распределение температур по факелу с учетом теплообмена излучением;
- определить концентрацию кислорода, которая в приведенном примере практически исчерпывается на расстоянии
4 метра от горелки, что удовлетворяет габаритам топки;
- оценить концентрацию токсичных и парниковых газов NOx и СО2 в уходящих газах;
- оценить характер распределения струй.
Линии тока, исходящие из горелок, расположенных на одной стороне топки, окрашенные по температуре. |
Изоповерхности 5% массовой доли метана, окрашенные по массовой доле СО2. |
Концентрации кислорода в вертикальных сечениях, проходящих через оси горелок. |
Поля концентрации NO в горизонтальных сечениях. |
Структура факела горелки. |
На основе математического моделирования и с учетом структуры факела уточняются конструктивные элементы горелки типа ГМПВ.
Математическое моделирование горения. |
Фотоэкспликация котла. |
Математическое моделирование розжига котла. |
Mathematical modeling of power boiler. Part 1. |
Mathematical modeling of power boiler. Part 2. |
Актуализированные источники:
1. Современные технологические решения при разработке топочно-горелочных устройств
2. Соболев В.М. Оснащение котлов электростанций и котельных горелочными устройствами АО «ЭКОТОП». – Энергетик, 1997, № 1.
3. Горюнов И.Т., Преснов Г.В., Маханьков А.К., Прохоров В.Б. Динамика загрязнения воздушного бассейна выбросами ТЭЦ Москвы и анализ эффективности природоохранной политики, осуществляемой Мосэнерго. – Электрические станции, М.: 1997, Спец. вып.
4. Гуськов Ю.Л., Турченко В.И., Куликов В.Е. Внедрение и опыт эксплуатации модернизированных горелок на котлах № 8, № 9 ТЭЦ-21. - Конференция по результатам пилотного проекта ERUS 9309 в рамках программы TACIS. – СПб: 1998.
5. Соболев В.М., Логинов А.К., Турченко В.И., Баршак Д.А., Капельсон Л.М., Носов Б.Н., Булкин Ю.П. Опыт эксплуатации паровых котлов ТЭЦ-21 «Мосэнерго», оснащенных горелками ЗАО «ЭКОТОП». – Электрические станции. - М.: 1998, № 2.
6. Соболев В.М. Разработка экологически безопасных горелок и топочно-горелочных устройств. – Сборник «Энергетика и охрана окружающей среды» (Новые отечественные и зарубежные разработки 1997-1998 гг.), М: АО «ИНФОРМЭНЕРГО» «ЕЭС России», 1999, с.20.
7. Соболев В.М. Экологически безопасные газо-мазутные горелки типа ГМПВ. - Сборник «Энергетика и охрана окружающей среды» (Новые отечественные и зарубежные разработки 1997-2000 гг.), М: АО «ИНФОРМЭНЕРГО» «ЕЭС России», 2000, с.48.
8. Соболев В.М. Экологически безопасные газо-мазутные горелки типа ГМПВ. - Сборник «Энергетика и охрана окружающей среды» (Новые отечественные и зарубежные разработки 1997-2000 гг.), М: АО «ИНФОРМЭНЕРГО» «ЕЭС России», 2000, с.48.
9. Соболев В.М. Опыт реконструкции котлов типа ДЕ и ДКВР с горелками типа ГМПВ. – Новости теплоснабжения, 2001, № 11 (15).
10. Соболев В.М. Повышение эффективности использования котельно-топочного оборудования. – ЖКХ, 2003, №4, Часть I.
11. Соболев В.М. В пределах выделенных средств. – Берг-коллегия. Промышленная безопасность, 2003, № 2 (11).
12. Коваленко А.Л., Козлов В.Г., Пермяков В.Н. Результаты испытаний горелок с малотоксичными выбросами ЗАО «ЭКОТОП» и фирмы «Todd Combastion» (США) на котлах ТГ-104 и ТГМЕ-206 при сжигании попутного и природного газа. – Теплоэнергетика, М.: 2003, № 4.
13. Соболев В.М., Гуськов Ю.Л. Опыт внедрения инновационных технологий ТЭЦ-21 Мосэнерго на примере освоения горелок ЗАО «ЭКОТОП». - Электрические станции. - М.: 2003, № 10.
14. Дементьев В.В. Сургутской ГРЭС-2 – 20 лет. - Электрические станции, М.: 2005, №3.
15. Соболев В.М. О некоторых особенностях топочного процесса, протекающего при использовании горелок типа ГМПВ. - Электрические станции, М.: 2005, № 7.
16. Соболев В.М., Снегирев А.Ю., Лупуляк С.В., Шиндер Ю.К. Математическое моделирование топочных процессов как основа HI-TECH-проектирования котельно-топочных устройств - Сборник VI Всероссийская конференци. Горение твердого топлива", Новосибирск, 2006, r. 1, с. 204-213.
17. Соболев В.М., Снегирев А.Ю., Лупуляк С.В. и др. Моделирование турбулентного дифузионного факела прямоточно-вихревой горелки. - Труды Четвертой Российской национальной конференции по термообмену, 23-27 октября 2006, М.: МЭИ
18. HI-TECH-проектирование - основа обеспечения энергетической и экологической безопасности, "Берг-коллегия", СПб, 2007, № 5 (38), с. 36-37.
19. A. Snegirev, Y. Boldyrev, V. Sobolev, S. Lupuleac, Y. Shinder, A. Liplyanen. Turbulent combustion and heat transfer in fundamental and applied research of the laboratory for applied mathematics and mechanics - Advances in Heat Transfer. Proceedings of the Baltic Heat Transfer Conference September, SPb, 2007, v. 2, p. 23-41.
20. Соболев В.М., Снегирев А.Ю., Шиндер Ю.К., Лупуляк С.В. Моделирование турбулентного дифузионного горения в факелах прямоточно-вихревых горелок. - Тезисы докладов третьей международной конференции "Теплоомен и гидродинамика в закрученных истоках", 21-23 октября 2008, М.: МЭИ
21. Опыт применения вихревой низкотемпературной технологии сжигания - Энергетик, М., 2009, № 1, с. 24-26.
22. Соболев В.М., Шиндер Ю. К., Лупуляк С.В. Использование суперкомпьютерных технеологий для модулирования работы промышленных газовых горелок большой мощности. - Материалы еждународной научно-технической конференции «Суперкомпьютерные технологии: разработка, программирование, применение», 27.09-02.10 2010, Россия, Дивноморск. Т. 2. С. 263-269.
23. В.М. Соболев, «Энергосберегающая модель» Берг коллегия. промышленная безопасность. Энергетика. Экология.№7(10), 2010, СПб.
24. В. М. Соболев, В. Букин, В.Самарин, М.Будник Современные технологические решения при разработке топочно-горелочных устройств и реконструкции/модернизации котлов. «Энергетика и ТЭК» №11 (164), ноябрь, 2016. Беларусь, г. Минск
25. В. М. Соболев, Повышение эффективности горелочных устройств в реальных условиях их применения (математическое моделирование). «Газинформ» №4 (54) 2016, СПб.
26. Доклад «Математическое моделирование топочных процессов как составная часть концепции «Умный газ» 2017, МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Умный Газ: Безопасность, Качество, Эффективность», СПб.
Наверх |