ДонНТУ   Портал магистров

Гнитиёва Анна Сергеевна

Факультет металлургии и теплоэнергетики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Специальность Энергетический менеджмент

Документальное обследование котлов ТВГ-8М с целью снижения вредных выбросов NO_x в атмосферу

Научный руководитель: к.т.н., ст. науч. сотр. Сафонова Елена Константиновна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Документальное обследование
• 1.1 Материалы и методика исследования
• 2. Основная часть работы
• 2.1 Анализ потерь тепла с отходящими газами
• 2.2 Анализ потерь тепла с химическим недожогом
• 2.3 Анализ потерь тепла в окружающую среду
• 2.4 Анализ суммарных потерь тепла
• Выводы

Введение

Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива, являются:

- летучие углеводороды (C_x H_y);

- окись углерода (СО);

- оксиды серы (SO_x);

- оксиды азота (NO_x).

В целом, объем и состав загрязняющих веществ существенно зависит от типа используемого топлива, качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.

Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах. Механизм их соединения может быть различным. Под термином «оксид азота» формула NO_x объединяет в себе три вещества:

NO (одноокись азота);

NO₂ (двуокись азота);

N₂O (закись азота).

Выражаясь точнее, именно NO_x являются теми веществами, которые преобладают внутри котла (95 % и более), в то время как большое количество NO₂ образуется только при контакте с низкими температурами, т.е. при выбросе отходящих газов в атмосферу. В соответствии со своим происхождением можно определить три различных механизма образования NО_x.

NO_x теплового происхождения

Данные вещества образуются из азота, присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при температуре 1300 °С. Их концентрация прямо пропорциональна температуре пламени, длительности пребывания дымовых газов в зоне высокой температуры, а также зависит от парциального давления кислорода в данной зоне.

Готовые NO_x

Образуются при соединении присутствующего в воздухе молекулярного азота с фрагментами углеводорода, образующихся при разложении топлива на первых стадиях сгорания. Данный процесс особенно способствует образованию NO. Количество выбрасываемого загрязняющего вещества прямо пропорционально концентрации кислорода (т.е. его избытка) и не зависит от температуры.

NO_x, образующиеся из топлива

Данные вещества образуются при реакции органических азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре сгорания, превышающей 1000 °С. Образование оксидов азота происходит при сгорании жидкого топлива и угля, однако при сгорании метана отсутствует, поскольку последний не содержит азота.

Способы уменьшения NO_x

Образование загрязняющих атмосферу веществ (NO_x) при сгорании топлива зависит, прежде всего, от времени их пребывания в зоне высоких температур, а также от стехиометрии, т.е. избытка кислорода.

Образовавшиеся оксиды азота попадают в атмосферу и соединяются с ней достаточно сложным химическим путем (вступая в реакцию с водяным паром, а также фотохимическими способом). Механизм данной реакции еще до конца не изучен.

Количество coeдинeния N₂O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO₂ и другими вредными выбрocaми способствует образованию парникового эффекта.

Посредством реакции с озоном O₃, одно окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO₂ и кислород O₂. Позднее, двуокись азота NO₂ удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO₂, и далее в азотную кислоту HNO₃, которая способствует образованию кислотных дождей. Необходимо помнить, что NO₂ является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органических веществах, присутствующих в земле и в воде.

Процесс формирования веществ NO_x сильно зависит от:

-температуры пламени;

-длительности нахождения продуктов сгорания в зоне высоких температур;

-парциального давления кислорода и его концентрации.

Для уменьшения образования веществ NO_x необходимо:

- понизить температуру пламени;

- уменьшить теплонапряженность (кВт/м³), т.е. установить рабочий режим котла ниже номинального;

- сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;

- снизить концентрацию кислорода.

С внедрением современных горелок с низким уровнем NO_x появилась возможность дополнительно снизить количество вредных веществ при помощи:

- рециркуляции (дожигания) дымовых газов, при которой часть дымовых газов и воздуха, используемого для сжигания топлива, отбирается и, вновь направляяcь в топку дoжигaeтcя. Таким образом, понижается парциальное давление кислорода и температуры пламени;

- уменьшения парциального давления кислорода путем уменьшения избытка воздуха.

Дополнительного контроля над выбросами NO_x можно достичь путем снижения мощности горелки в пределах, предусмотренных ее техническими характеристиками.

Использованы материалы сайта ЭнергоГаз.

1. Документальное обследование

Документальное обследование проводилось по данным технических отчетов о проведении эколого-теплотехнических испытаний водогрейных котлов ТВГ-8М

Всего проанализировано 30 результатов опытных замеров при работе котла в интервале нагрузок от 2.8 до 7.38 Гкал/час (от 3,26 до 8,61 МВт). При изменении расхода газа от 390 до 1046, 34 м³/час.

Проанализированы и определены оптимальные теплотехнические и экологические показатели и концентрации вредных компонентов продуктов сгорания.

Задачи документального обследования анализ:

- продуктов сгорания в уходящих газах котлов;

- тепловых потерь и КПД брутто котлов в рабочем диапазоне нагрузок;

- удельных расходов топлива;

- валовых выбросов оксидов азота и углерода котельной;

- минимально устойчивых и максимальных нагрузок котлов;

- КПД брутто котлов в рабочем диапазоне нагрузок.

и разработаны мероприятия, направленные на повышение надежности, экономичности работы котлов и предложений по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

1.1 Материалы и методика исследования

Материалом исследования служат водогрейные котлы ТВГ-8М, тепловой мощностью 8,63 Гкал/ч (10,044 МВт).

На рисунке 1 представлена схема точек замера.

При давлении газа на горелке 1,96 кПа теплопроизводительность изменяется от 2,860 до 3,011 Гкал/час (2 опыта). При давлении 2,943 кПа (6 опытов) изменение теплопроизводительности происходит от 3,47 до 4,58 Гкал/час. При среднем значении – 3,84 Гкал/час. При давлении равном 4,905 кПа (7 опытов) теплопроизводительность изменяется от 3,368 до 5,756 Гкал/час. При среднем – 4,843 Гкал/час. При давлении 5,886 кПа (2 опыта) теплопроизводительность изменяется от 5,304 до 5,701 Гкал/час. При среднем – 5,5 Гкал/час. При давлении 6,867 кПа (2 опыта) теплопроизводительность изменяется от 6,206 до 6,477 Гкал/час. При среднем – 6,34 Гкал/час. При давлении 7,358 кПа (4 опыта) теплопроизводительность изменяется от 5,445 до 7,058 Гкал/час. При среднем – 6,016 Гкал/час. При давлении 7,848 кПа (3 опыта) теплопроизводительность изменяется от 6,24 до 7,288 Гкал/час. При среднем – 6,687 Гкал/час. При давлении 9,81 кПа (1 опыт) теплопроизводительность составляет 6,191 Гкал/час. При давлении 10,791 кПа (1 опыт) теплопроизводительность составляет 7,384 Гкал/час. При давлении 11,772 кПа (1 опыт) теплопроизводительность составляет 7,189 Гкал/час.

С увеличением температуры уходящих газов от 105 до 188 °С КПД котла изменяется от 89,33 до 92,12 %.

Зависимость температуры уходящих газов от теплопроизводительности представлена на рисунке 2.

2. Основная часть работы

2.1 Анализ потерь тепла с отходящими газами

В работе рассмотрены три вида потерь тепла:

– с отходящими газами (q₂),

– с химическим недожогом (q₃),

– в окружающую среду (q₅).

При работе котла в интервале нагрузок от 2,936 до 7,384 Гкал/ч всего проанализировано результаты 30-ти замеров.

Анализ потерь тепла с отходящими газами

В интервале нагрузок 2,94-7,38 Гкал/ч потери тепла с отходящими газами изменяются от 4,91 до 8,08 %. Средняя скорость изменения параметра 0,714 %/(Гкал/ч).

При низких нагрузках в интервале 2,93-3,83 Гкал/ч скорость изменения параметра составляет 0,805 %/(Гкал/ч) и при увеличении нагрузки до 4,84 Гкал/ч изменяется незначительно и составляет 0,32 %/(Гкал/ч).

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к колебаниям скорости изменения параметра от 0,69 до 6,1 %/(Гкал/ч).

На рисунках 3 и 4 представлены изменения потерь тепла с отходящими газами, КПД котла и удельный расход топлива при изменении нагрузки в исследуемом интервале.

В интервале нагрузки от 5 до 7,5 Гкал/ч с шагом 0,5 Гкал/ч потери тепла с уходящими газами изменяются от 5,959 до 8,08 %.

Максимальный рост потерь при росте нагрузки от 7,189 до 7,384 Гкал/ч, что соответствует снижению КПД котла на 0,4 % и увеличивает удельный расход топлива до 141,7 м³/Гкал. То есть данный интервал нагрузки нежелателен.

Исходя из анализа предпочтительна нагрузка 7,189 Гкал/ч, обеспечивающая потери тепла с отходящими газами 6,89 %. При этом КПД котла составляет 91,21 %, а удельный расход топлива 138,43 м³/Гкал при скорости изменения потерь 0,69 %/(Гкал/ч) при росте нагрузки от 6,68 до 7,189 Гкал/ч.

При предложенной нагрузке температура уходящих газов составляет 160 °С, что ниже максимально возможной.

2.2 Анализ потерь тепла с химическим недожогом

Потери тепла с химическим недожогом незначительные и не влияют на технологический режим работы котельного агрегата. Следовательно, их влияние можно не учитывать при выборе оптимального режима работы.

2.3 Анализ потерь тепла в окружающую среду

На рисунке 4 представлены изменения потерь тепла в окружающую среду при изменении нагрузки в интервале 2,94 – 7,38 Гкал/ч.

В интервале нагрузок 2,94 – 7,38 Гкал/ч потери тепла в окружающую среду изменяются в интервале 4,91 – 1,8 %, средняя скорость изменения параметра 0,533 %/(Гкал/ч).

При низких нагрузках потери тепла в окружающую среду выше, так как при снижении нагрузки КПД котла также снижается. При нагрузке 2,9 Гкал/ч и КПД котла 90,52 % наблюдается самое высокое значение потерь тепла с отходящими газами – 4,57 %.

При выбранной ранее оптимальной нагрузке 7,189 Гкал/ч потери тепла в окружающую среду составляют 1,89 % при этом КПД котла составляет 91,21 %.

Наличие потерь тепла в окружающую среду вынуждает обеспечивать более жесткий контроль изоляции.

При выбранной нагрузке 7,189 Гкал/ч потери тепла в окружающую среду составляют 1,89 %.

График зависимости потерь тепла в окружающую среду от теплопроизводительности представлен на рисунке 5.

2.4 Анализ суммарных потерь тепла

При работе котла в исследуемых нагрузках суммарные потери тепла составляют от 7,26 до 10,67 %. При всех нагрузках большую часть из них представляют потери тепла с отходящими газами. Их процентное соотношение в суммарных потерях от 50,88 до 81,61 %.

Скорость изменения суммарных потерь варьируется от 0,358 до 5,684 %/(Гкал/ч). Средняя скорость изменения составляет 1,8569 %/(Гкал/ч).

При предлагаемой нагрузке 7,189 Гкал/ч суммарные потери составляют 8,79 %. График изменения суммарных потерь от теплопроизводительности представлен на рисунке 6.

Выводы

В дальнейшем с целью снижения выбросов NO_x и улучшения показателей работы котельного агрегата будет произведена замена щелевой подовой горелки на горелку с двустадийным сжиганием.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2021 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.