Характеристики схем сжигания органических топлив.

Традиционная схема сжигания.
Схема двухступенчатого сжигания топлива.
Схема сжигания топлива с рециркуляцией продуктов сгорания.
Схема сжигания топлива со ступенчатой подачей газа и рециркуляцией продуктов сгорания.

Горелки с низким образованием оксидов азота производства ООО «ПКЦ «ИМДОС-М».

Горелки со ступенчатой подачей газа.
Горелки газовые на самотяге со ступенчатой подачей газа и с рециркуляцией продуктов сгорания газом.
Горелки газовые дутьевые со ступенчатой подачей газа и с рециркуляцией продуктов сгорания воздухом.

К основным, постоянно действующим источникам вредного воздействия на окружающую среду, относятся нефтеперерабатывающие предприятия.

Наиболее распространенными экологически опасными выбросами от НПЗ являются оксиды азота (NOx), которые образуются при сжигании любого вида топлива. Количество образующихся и выбрасываемых в атмосферу NOx зависит от многих факторов: вида топлива, способов организации топочного процесса и очистки уходящих газов.

Снизить выбросы оксидов азота, образующихся в результате сжигания органических топлив, можно путем очистки дымовых газов от вредных примесей перед выбросом в атмосферу или снижением количества токсичных продуктов, образующихся в процессе горения топлива.

Очистка продуктов сгорания от вредных веществ технологически сложна и экономически нерентабельна, поэтому необходимо внедрение технологических методов по подавлению эмиссии оксидов азота в топках, примененяя наиболее рациональные режимы горения.

Технологические методы подавления образования NОx основаны на снижении температуры и содержания кислорода в зоне активного горения, а также создании в топочной камере зон с восстановительной средой, где продукты неполного горения, вступая во взаимодействие с образующимся оксидом азота, приводят к восстановлению NОx до молекулярного азота.

Характеристики схем сжигания органических топлив

Диффузионные горелки нашли широкое применение в печах нефтеперерабатывающих заводов, поскольку способны обеспечить равномерную теплопередачу по всей достаточно протяженной тепловоспринимающей поверхности за счет растянутой области горения.

В случае диффузионного горения топливо и воздух подаются в топку раздельно, смешение и горение протекают одновременно и целиком в пределах топки.

1. Традиционная схема сжигания.

Топливо и весь объем воздуха, необходимый для горения по раздельным каналам подаются в амбразуру горелки. Получаемая в результате мо­лекулярной диффузии топливовоздушная смесь при поджигании образует достаточно резко очерченный конусообразный светящийся факел. Фронт пламени устанавливается по поверхности, где смесь образуется в пропорции, теоретически необходи­мой для горения.

Химическое превращение со­вершается в узкой светящейся зоне фронта горения в смеси, которая значительно разбавлена горячими продуктами сгорания и тем самым сильно нагрета, но в которой концентрации горючих элементов и окис­лителя малы. В таких условиях химическое реагирование протекает наи­более интенсивно с образованием значительных количеств оксидов азота.

2. Схема двухступенчатого сжигания топлива.

Одним из технологических методов подавления образования NOx является метод двухступенчатого сжигания топлива.

Принцип организации двухступенчатого сжигания заключается в пространственном разделении в объеме топочной камеры двух основных процессов (ступеней), влияющих на образование оксидов азота в факеле. Данный принцип реализуется за счет создания в объеме топочной камеры восстановительной (α < 1) и окислительной (α > 1,2÷1,25) зон горения при сохранении традиционных избытков воздуха на выходе из топки

2.1. Схема сжигания со ступенчатой подачей воздуха.

Процесс сжигания топлива по данной схеме происходит в две стадии и основан на разделении воздуха, необходимого для сжигания топлива, на два потока и поэтапного подвода в зону горения.

В первичную зону горения подается воздух в количестве меньшем стехиометрического (коэффициент избытка воздуха = 0,8 - 0,95).

Во вторичную зону подается чистый воздух или обедненная топливом смесь для дожигания продуктов неполного сжигания.

Таким образом, на первом этапе горения осуществляется сжигание топлива при недостатке окислителя, а на втором – дожигание продуктов газификации при пониженных температурах. Благодаря этому в начале факела из-за пониженной концентрации кислорода уменьшается образование топливных окислов азота, а снижение температурного уровня на второй стадии уменьшает образование термических NOx.

Образование оксидов азота при данном способе сжигания топлива снижается на 10 – 20% по сравнению с традиционной схемой.

2.2. Схема сжигания со ступенчатой подачей газа.

Схема двухступенчатого сжигания топлива, которая основана на разделении топливного потока, поступающего в горелку, на центральный (первичный) и периферийный (вторичный).

В первичной зоне горения создается окислительная среда за счет избыточных объемов воздуха, что приводит к снижению температуры горения, и как следствие, уменьшению образования термических NOx.

Данный способ сжигания топлива позволяет снизить образование оксидов азота на 15 – 30% по сравнению с традиционной схемой.

3. Схема сжигания топлива с рециркуляцией продуктов сгорания.

Топливо и весь объем воздуха, необходимый для горения по раздельным каналам подаются в амбразуру горелки. За счет кинетической энергии газа или воздуха осуществляется отбор части дымовых газов из топки и подвод их через специальные каналы к корню факела.

Уменьшение концентрации NOx объясняется снижением температуры горения из-за уменьшения скоростей цепных реакций вследствие присутствия инертных газов и снижения концентраций реагирующих веществ.

Применение данной схемы сжигания топлива приводит к снижению образования оксидов азота на 40 – 50% по сравнению с традиционной схемой.

4. Схема сжигания топлива со ступенчатой подачей газа и рециркуляцией продуктов сгорания.

Комбинированная схема сжигания топлива, которая включает ступенчатую подачу топлива в зону горения и рециркуляцию части дымовых газов к корню факела.

В данном случае за счет сочетания двух механизмов подавления образования оксидов азота достигается наибольший эффект, образование NOx в продуктах сгорания снижается на 55 – 70% по сравнению с традиционной схемой.

Горелки с низким образованием оксидов азота производства ООО «ПКЦ «ИМДОС-М»

Производственно-коммерческим центром «ИМДОС-М» выполнен большой комплекс работ по разработке и созданию горелок с низкими выбросами NОх. Проведена серия огневых испытаний с целью определения выбросов NОх и CO и влияния на выбросы различных способов подачи топлива и воздуха. За период 2004 – 2008 гг. центром разработаны:

• горелки со ступенчатой подачей газа;
• горелки со ступенчатой подачей газа и с внутренней рециркуляцией продуктов сгорания газом;
• горелки со ступенчатой подачей газа и с внутренней рециркуляцией продуктов сгорания воздухом.

Горелки со ступенчатой подачей газа

Применение ступенчатой подачи газа позволило снизить выбросы NОх до 75 мг/нм³, по сравнению с обычными горелками, выбросы NОх которых составляют 130-150 мг/нм³ при сжигании газа.

Типоразмерный ряд горелок со ступенчатой подачей газа представлен:

• газовыми горелками на самотяге со ступенчатой подачей газа типа ГГС-С номинальной тепловой мощностью 1,6, 2,5, 3,2 и 4,0 МВт;
• газовыми дутьевыми горелками со ступенчатой подачей газа типа ГМГД-МС номинальной тепловой мощностью 1,6, 2,5, 4,0 и 6,3 МВт.

Горелки газовые на самотяге со ступенчатой подачей газа
и с рециркуляцией продуктов сгорания газом

При испытаниях на огневом стенде испытательного центра ИЦ ГУГО г. Каменск-Шахтинский горелки газовой на самотяге со ступенчатой подачей газа и с рециркуляцией продуктов сгорания газом выбросы NОх не превышали 46 мг/нм³ (при сжигании природного газа).

Рециркуляция продуктов сгорания в горелках этого типа обеспечивается за счет кинетической энергии газа, поэтому снижение эмиссии оксидов азота при работе горелки в комбинированном режиме зависит от процентного соотношения сжигаемого жидкого и газообразного топлива

На графике представлены ожидаемые выбросы NOx в комбинированном режиме работы горелки при сжигании дизельного топлива.

Типоразмерный ряд горелок газовых на самотяге с рециркуляцией продуктов сгорания газом представлен:

• горелками типа ГМГС-СР номинальной тепловой мощностью 1,6, 2,5, 3,2 и 4,0 МВт.

Горелки газовые дутьевые со ступенчатой подачей газа
и с рециркуляцией продуктов сгорания воздухом

При испытаниях на огневом стенде испытательного центра ИЦ ГУГО г. Каменск-Шахтинский горелки газовой дутьевой со ступенчатой подачей газа и с рециркуляцией продуктов сгорания воздухом выбросы NОх не превышали 54 мг/нм³ (при сжигании природного газа).

Так как рециркуляция продуктов сгорания в этой горелке обеспечивается кинетической энергией воздуха и не зависит от расхода топливного газа, снижение эмиссии окислов азота при работе горелки в комбинированном режиме происходит при сжигании газообразного и жидкого топлива в любом соотношении. Однако следует отметить, что при сжигании жидкого топлива значительную долю выделяющихся окислов азота составляют так называемый "топливные NOx", которые образуются при окислении связанного азота, содежащегося в жидком топливе. Таким образом эффективность рециркуляции продуктов при сжигании жидкого топлива сильно зависит от марки жидкого топлива и при высоком содержании азота в жидком топливе может быть незначительной.

На графике представлены ожидаемые выбросы NOx в комбинированном режиме работы горелки при сжигании дизельного топлива.

Типоразмерный ряд горелок газовых дутьевых с рециркуляцией продуктов сгорания воздухом представлен:

–   горелками типа ГМГД-СРВ номинальной тепловой мощностью 1,6, 2,5, 4,0 и 6,3 МВт.

Разработанные ООО «ПКЦ «ИМДОС-М» горелки имеют показатели по выбросам NOxна уровне зарубежных аналогов. Ниже представлен график эффективности снижения выбросов NOxв зависимости от применяемой схемы сжигания топлива в горелках производства
ООО «ПКЦ «ИМДОС-М» и фирмы «JohnZink» (США).

* Выбросы NOx горелок производства фирмы ООО «ПКЦ «ИМДОС-М» приведены по данным эксплуатации на печах нефтеперерабатывающих заводов и по результатам испытаний на огневом стенде;
** Выбросы NOx горелок производства фирмы «JohnZink» приведены согласно данным книги JohnZink «Combustion. Handbook», 2001.

Подобные статьи:

Токсичные ингредиенты продуктов сгорания органического топлива