Разработка способов снижения и метода расчета выбросов оксидов азота при сжигании природного газа в промышленных и отопительных котлах

• Автор: Беликов, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.14.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Состояние вопроса и постановка задачи
1.1. Проблема загрязнения атмосферы оксидами азота
1.2. Образование оксидов азота при сжигании природного газа в промышленных и отопительных котлах
1.3. Методические проблемы при оценке экологических характеристик промышленных и отопительных котлов
1.4. Постановка задачи
Глава II. Исследование экологических характеристик промышленных и отопительных котлов на природном газе
2.1. Топочно-горелочные устройства и их влияние на образование оксидов азота
2.2. Зависимость выбросов оксидов азота от нагрузки котельных установок
2.3. Зависимость выбросов оксидов азота от избытка воздуха
2.4. Влияние конструкции горелок на образование оксидов
азота при сжигании природного газа
2.5. Нестехиометрическое сжигание, как средство снижения выбросов оксидов азота
Глава III. Исследование технологических методов подавления оксидов азота для промышленных и отопительных котлов на природном газе
3.1. Эффективность рециркуляции дымовых газов при сжигании природного газа
3.2. Эффективность двухступенчатого сжигания природного
газа в промышленных и отопительных котлах
Глава IV. Методика расчета мощности выбросов оксидов азота для действующих и проектируемых котлов
4.1. Расчет мощности выбросов оксидов азота по результатам измерения концентрации ТУОх
4.2. Расчетный метод для оценки мощности выбросов
оксидов азота
Выводы

Введение
Одной из серьезнейших проблем современности является опасность чрезмерного загрязнения атмосферы токсичными оксидами азота ЫОх, образующимися при сжигании всех видов органического топлива. По общему признанию, основная масса выбросов ЫОх приходится на крупные котлы тепловых электростанций. Однако ТЭС, как правило, расположены на некотором расстоянии от городов и оборудованы дымовыми трубами высотой 120-420 м. Благодаря рассеиванию концентрация МОх на уровне дыхания человека снижается в десятки тысяч раз, так как максимальная приземная концентрация прямо пропорциональна массе выбросов Мщ и обратно пропорциональна
квадрату высоты дымовой трубы Я [1].
Котлы промышленных и отопительных котельных потребляют меньше органического топлива, чем тепловые электростанции, однако расположены они в городах и высота дымовых труб составляет, как правило, 30-60 м. В результате этого во многих городах именно небольшие по мощности котельные, наряду с автотранспортом, определяют уровень приземной концентрации оксидов азота.
По сведениям Госкомстата Российской Федерации в 1993 г. в России эксплуатировалось более 219 тыс. таких котлов суммарной тепловой мощностью 988 тыс. МВт (849600 Гкал/ч). В течение года производство тепловой энергии промышленными и отопительными котлами составило 5633 млн. ГДж (1345 млн. Гкал), а общий расход топлива превысил 233 млн.т условного топлива [2].
Только на промышленных предприятиях г. Москва установлено 1840 котлов, суммарная мощность которых составляла 52800 МВт (45400 Гкал/ч), а расход топлива в 1993 г. достиг 16367 тыс.т условного топлива. Понятно, что сжигание такой массы органического топлива на установках, расположенных непосредственно в черте города и не

оборудованных, как правило, средствами очистки дымовых газов создает весьма опасную экологическую проблему.
В последние годы, особенно после принятия Закона об охране атмосферного воздуха, местные органы санитарно-гигиенического надзора, а также контролирующие организации Госкомитета по экологии и охране окружающей среды усилили контроль за соблюдением норм предельно-допустимых выбросов. Это заставляет руководителей предприятий, в состав которых входят котельные, заботиться не только о надежности и экономичности установленных там котлов, но и внедрять природоохранные мероприятия, снижающие выброс токсичных и других загрязняющих веществ в атмосферу.
В большинстве городов Европейской части России основным топливом для промышленных и отопительных котельных является природный газ. В Москве, например, на газе работает 76% всех котельных, в Санкт-Петербурге - 70,5% и т.д. [2].
В перспективе можно ожидать дальнейшего роста использования природного газа во всех секторах промышленности, включая коммунально-бытовой сектор и тепловые электростанции. В работе [3], например, основываясь на материалах 16 конгресса Мирового Энергетического Совета (Токио, октябрь 1995 г.), авторы приводят следующие цифры прогнозного баланса природного газа по России:
Показатели 1990г 1994г 1997т 2000г 2010г
Добыча природного газа, млрд.м3 641 607
Внутренне потребление, млрд.м3 460,5 411,2
В том числе: электростанции и отопление, млрд.м3 278,3 252
бытовой и промышленный сектор, млрд.м3 28,3 38
Важнейшей особенностью природного газа, как органического топлива, является отсутствие в нем твердых примесей и серы. Благодаря этому при сжигании газа в атмосферу выбрасываются только оксиды азота ИОхОЮ+ЫОг) и оксид углерода СО. Токсичность последнего в

В то же время и в "малой" энергетике, в области промышленных и отопительных котлов, с 1985 г. существовали Методические указания по расчету выбросов ЫОх, а в 1993 г. появился ГОСТ Р 50591-93, ограничивающий концентрацию КЮХ в дымовых газах за котлами и в продуктах сгорания газомазутных горелок во время их испытаний на стендах. В периодической печати появились сообщения об отдельных успешных работах по внедрению технологических методов снижения выбросов ЫОх на котлах производительностью по пару от 4 до 50 т/ч [24-35].
Однако результаты экспериментальных работ нуждались в обобщении, а методы расчета выбросов оксидов азота, как показали исследования последних лет, нуждались в коренной переработке: рассчитанные выбросы КЮХ не только слабо согласовывались с фактическими измерениями, но и не учитывали влияние основных режимных и конструктивных факторов на интенсивность образования ЫОх. Достаточно сказать, что расчет выбросов 1ЮХ по утвержденным Госкомгидрометом Методическим указаниям [7] приводил к невозможности работать с нагрузками выше 8 т/с без нарушения ГОСТа Р 50591-93 [33]. В связи с этим необходимо было решить следующие задачи:
1. Исследовать зависимость образования оксидов азота от режимных и конструктивных параметров при сжигании природного газа в промышленных и отопительных котлах.
2. Разработать и проверить в промышленных условиях такие технологические методы подавления ЫОх, внедрение которых не требовало бы крупных капитальных затрат и, вместе с тем, не ухудшало бы условия эксплуатации котельных установок.
3. Обобщить результаты внедрения технологических методов подавления ЫОх для оценки их эффективности и для составления рекомендаций по усовершенствованию методов сжигания газа в промышленно-отопительных котлах.