Классификация малотоксичных горелок

Горелочные устройства с пониженным выходом оксидов азота, или так называемые малотоксичные горелки, получили широкое распространение во всем мире. Использование малотоксичных горелок наиболее надежный и эффективный способ снизить выход оксидов азота. Независимо от квалификации обслуживающего персонала обеспечивается надежность работы горелочных устройств, а высокая эффективность достигается совмещением в одном устройстве различных способов снижения образования NO_x, таких как ступенчатое (стадийное) сжигание топлива, ввод газов рециркуляции в зону горения, подача пыли высокой концентрации и др.

В настоящее время известно много типов горелок с пониженным образованием NO_x, которые по конструктивным признакам и принципам сжигания можно разделить:

на горелки нестехиометрического сжигания;

горелки ступенчатого сжигания;

горелки стадийного сжигания;

горелки с предварительным подогревом угольной пыли; комбинированные горелочные устройства.

Различие между ступенчатым и стадийным сжиганием достаточно условное. Эти способы организации сжигания топлива принято разделять по следующим признакам.

Под ступенчатым сжиганием обычно подразумевают такой процесс горения, при котором с топливом через горелочное устройство организованно подается только часть воздуха; остальной воздух, необходимый для полного выгорания топлива, поступает в топочную камеру в виде дополнительного дутья через специальные сопла или шлицы, расположенные обычно по периферии горелки. При этом суммарное количество подаваемого непосредственно через горелку воз­духа всегда меньше теоретически необходимого объема (т.е. α_гор < 1).

При стадийном сжигании процесс горения топлива разбивается на несколько явно выраженных стадий с разными локальными избытками воздуха (α₁ < α₂ < ... < 1), что достигается распределенным по длине факела подводом воздуха. При этом коэффициент избытка воз­духа в горелке не меньше стехиометрического значения (α_гор ≥ 1).

При сжигании твердого топлива рециркуляция продуктов сгорания в качестве природоохранного мероприятия не применяется ввиду малой эффективности. Исключение составляет ряд теплонапряженных топок с ЖШУ. Это связано с тем, что заметное образование термических оксидов азота при сжигании твердых топлив возможно только в топках с ЖШУ. Однако применение рециркуляции для снижения выхода NO_x в таких топках возможно лишь в том случае, если снижение температуры в топке не повлияет на устойчивость выхода жидкого шлака.

Эффективность подавления образования оксидов азота при вводе газов рециркуляции определяется следующими факторами: местом отбора газов на рециркуляцию; условиями их ввода в топочную камеру; степенью рециркуляции r, %; распределением газов рециркуляции по объему топочной камеры; состоянием котла.

Существует несколько способов ввода газов рециркуляции в топку:

в под (нижнюю часть) топки;

в шлицы под горелками;

в воздухопровод горячего воздуха;

непосредственно в горелочное устройство в один из воздушных потоков или между потоками воздуха;

в горелку в поток топлива.

Эффективность снижения выбросов оксидов азота при реализации этих способов существенно различается.

Иногда внедрение рециркуляции на действующих котлах серьезно затруднено из-за отсутствия свободного пространства для установки дымосос рециркуляции дымовых газов и прокладки дополнительных газоходов. В этих случаях может быть реализован третий способ рециркуляции газов. Он заключается в устройстве перемычки между газоходом непосредственно за дымососом и воздухопроводом перед дутьевым вентилятором.

В этом случае дымовые газы с выхлопа дымососа (с избыточным давлением) самотеком поступают на всас дутьевого вентилятора (находящегося под разрежением). Количество рециркулирующих газов регулируется с помощью шибера, установленного на перемычке. Данный способ подачи газов рециркуляции отличается самыми короткими газоходами и отсутствием ДРГ, ввиду чего он намного дешевле остальных способов. К достоинствам такой упрощенной схемы следует также отнести хорошее перемешивание продуктов сгорания с воздухом в дутьевом вентиляторе (известны случаи, когда неудовлетворительные условия ввода и смешения газов рециркуляции в воздушном коробе снижали эффективность подавления оксидов азота). Недостатками упрощенной схемы являются ограничение максимальной степени рециркуляции, которая, как правило, составляет 12–15 % (определяется запасом производительности тягодутьевых машин), возможность усиления коррозии и заноса воздухоподогревателя отложениями при сжигании мазута, дополнительная нагрузка дутьевого вентилятора и дымососа.