Реконструкция котла БКЗ-420-140-7с на ТЭЦ-2 с целью подавления выбросов оксидов азота

11 Спецвопрос: «Реконструкция котла БКЗ-420-140-7с на ТЭЦ-2 с целью подавления окиси азота»

11.1 Актуальность вопроса.

Первые 45 лет эксплуатации на котлах сжигалось, в основном, проектное топливо (доля его составляла 50 % и более), затем, в связи со сложностями в поставке проектного топлива, уже в 1994 году «указанием Минэнерготопресурсов Республики Казахстан № К-7 от 18.05.94» за Алматинской ТЭЦ-2 были закреплены низкосортные высокозольные угли карагандинского бассейна  борлинский и куучекинский, которые затем были заменены экибастузским.

Начиная с 1995 г. котлы работают в основном ( 80 %) на экибастузском угле.

Цель данного дипломного проекта снизить выбросы оксида азота в атмосферу. Существует несколько методов по снижению, например:

1) Снижение выбросов оксидов азота при сжигании топлива с малыми избытками воздуха.

Этот метод является наиболее рациональным, так как наряду с экологическим эффектом позволяет повысить экономичность котла, а при сжигании серосодержащих топлив также уменьшить скорость коррозии и загрязнения поверхностей нагрева.

Минимально допустимый уровень избытков  воздуха определяется индивидуально для каждого котла в зависимости от качества и серосодержания   используемого топливо, а так же  от степени совершенства установленных на нем топочно-горелочных устройств, газоплотности  обмуровки топочной камеры, оснащенности средствами измерений и т.п.

По соображениям надежности и экономичности при этом  суммарные потери от химической и механические  неполноты сгорания не должны превышать 0,3%.

Анализ результатов проведенных исследований приводит к выводу, что жидкое  и газовое  топливо можно сжигать с предельно низкими избытками воздуха при наличии выбросов бенз(а)пирена в количествах, которые, как правило, не приводят к нарушению санитарных норм в районе расположения ТЭС.

2)   Рециркуляция дымовых газов  в зону горения.

Общий эффект  воздействия газов рециркуляций на результирующую концентрацию оксидов азота складывается как за счет изменения температу-

ры, так  и  за счет изменения  концентрации окислителя в зоне реакции.

Благодаря  подаче газов рециркуляции в количестве около 15% через периферийные каналы горелок со скоростью, близкой к выходной скорости воздуха, удается в 2 раза снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах. Этот способ подачи газов рециркуляции в зону горения обстоятельно исследован и нашел широкое распространение.

Основным недостатком способа является необходимость создания в горелке дополнительного канала, что несколько усложняет её конструкцию.

3) Двухступенчатое сжигание  топлива для снижения выбросов оксида  азота.

Специфика двухступенчатого сжигания топлива  заключается в том, что в первую зону горения воздуха подается в количестве меньше теоретически необходимого (αг=0,70÷ 0,95), а во вторую зону остальное количество воздуха, необходимое  для полного сгорания топлива. В   результате этого имеют место снижения концентрации молекулярного и атомарного кислорода в ядре факела. Эффективность двухступенчатого сжигания топлива зависит от принятого общего коэффициентов избытка воздуха ατ"  и от значений  коэффициентов избытка воздуха  в первой αгІ и во второй   αгII      

ступенях  горения топлива.

Наибольшее  распространение на практике получили следующие варианты двухступенчатого  сжигание топлива:

часть воздуха подается в горелки вместе с топливом, а остальная часть поступает в зону дожигание (встречное дутье);

горелки в нижней части  топки работают с недостатком воздуха, а горелки в верхней (или средней) части топки работают с избытком воздуха;

часть горелок работает с α < 1,0, а другая часть горелок отключена по топливу и служит только для подачи воздуха для дожигания горючих компонентов. Двухступенчатое сжигание снижает образование "термических", так и "топливных" оксидов азота, что очень важно при сжигании топлив, содержащих азот.

При многоярусной компоновке горелок в топке двухступенчатое сжигание нередко осуществляется путем перераспределения  потоков дутьевого воздуха по горелке между ярусами. Часть горелок при этом работает с ατ< 1,0, а другая часть горелок с ατ> 1,0.

Исследования  ВТИ указывают на перспективность  применения метода трехступенчатого сжигание природного газа в части снижения выбросов оксидов азота. При этом требуются минимальная реконструкция топочных устройств.  

11.2  Экологический паспорт о предприятии.

В целях снижения выбросов вредных веществ в атмосферу на АТЭЦ – 2 предусмотрены эффективные золоулавливающие установки – скрубберы с вертикальными трубами Вентури (МВ-ВТИ) с интенсивным орошением труб Вентури водой.

Дымовые газы от котлов выбрасываются через две дымовые трубы высотой Н=129 м , диаметром устья Dу=6 метров(1 труба), и диаметром устья Dу=6.6 м (2труба). К трубе №1 подключены котлы 1-4, к трубе №2 подключены котлы 5-7.

Контроль за выбросами вредных веществ на АТЭЦ-2 осуществляется расчетным путем ежемесячно. Концентрация в дымовых газах Nох и Со2 определяется химическим путем.

Таблица 10.1- Предельно-допустимые концентрации вредных веществ.

С учетом розы ветров на территорию Алматы падает в среднем 13% от годовых выбросов (таблица 11.2).

Таблица 10.2-Годовые выбросы вредных веществ от АПК-ТЭЦ-2 падающие на территорию Алматы.

    11.3 Расчет выбросов и их рассеивание в атмосфере от котлов ТЭЦ.

Расчет производим по методическому указанию Сулеева Н.Г. и Кибарина А.А., Расчет рассеивания вредных выбросов в атмосферу  для тепловых электростанций и котельных на ПЭВМ: Методические указания к выполнению дипломного проекта, Алматы, АЭИ.

11.3.1      Выброс золы.

Количество летучей золы и несгоревшего топлива выбрасываемых с ды-мовыми газами, рассчитывается по формуле

                                МТВ=0,01*В*(аУН*АР+q4УН*)*(1-)                       (11.1)

МТВ=0,01*140000*(0,95*38,0+1,5*)*(1–0,97)=1548,905 г/с

где АР=38,0 %-зольность топлива на рабочую массу;

      q4УН=1,5 % -потеря теплоты с уносом от механического недожога топлива,% ;

      аУН=0,95–доля частиц уносимая из топки;

     =0,97– доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе;

     В – расход натурального топлива, г/с;

                          В = В*8=17,5*8=140 кг/с=140000 г/с                                   (11.2)

        Qрн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг

11.3.2      Выброс сернистого ангидрида.

Выброс в атмосферу сернистого ангидрида рассчитывается по формуле

                           МSO 2=0.02*B*SP*(1-SO 2)*(1–SO 2)                                 (11.3)

МSO 2=0.02*140000*0.9*(1–0.2)*(1–0.02)=1975.68 г/с

где В=140000 г/с–расход натурального топлива;

       SP=0,9 %-содержание серы в топливе на рабочую массу,

       SO2 –доля сернистого ангидрида, улавливаемого летучей золой в газоходах котла, (для топок с твердым  шлакоудалением равна 0,2),

       SO 2=0,02–доля сернистого ангидрида, улавливаемого в мокрых золоуловителях, для щелочной воды равна 0,02÷0,03 (щелочностью 5÷10, в нашем  случае щелочность воды 7,5 мг-экв/л).

11.3.3      Количество выбросов оксидов азота наТЭЦ

Количество выбросов оксидов азота ( NOx ) выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлов определяется по формуле

        МисхNO x=0.34*10-7*K*B*QHP*(1–)*(1-1*r)*1*2*3*E2                       (11.4)  

МNO x=0.34*10-7*140000*7.355*16965*(1–)*(1–0)*0.83*1*1*1=487.332 г/с

где К-коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1т сожжённого условного топлива, кг/т ;

Для котлов паропроизводительностью свыше 70 т/ч при сжигании газа и мазута во всём диапазоне нагрузок, а также для котлов, сжигающих твёрдое топливо, при Тф ≥ 1500 0С и при нагрузках свыше 75% номинальной.