Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Є група факторів, які умовно можна назвати експлуатаційними. Вплив цих факторів особливо суттєвий під час експлуатації діючих кот­лів ПТУ і меншою мірою у процесі роботи камер згорання ГТУ.

Експлуатаційні фактори визначаються режимом і умовами експлуа­тації. Вони стають особливо вагомими із збільшенням терміну служби устаткування за наявності тенденції збільшення жорсткості норм гранич­нодопустимих викидів.

Відповідно до даних табл. 7.1, експлуатаційні фактори характеризу­ються найнижчою повнотою впливу, тобто їх реверсивний вплив обме­жується вузькою групою параметрів екологічної небезпеки: теплове за­бруднення, викиди твердих частинок, оксидів азоту і вуглеводнів, зокре­ма, оксиду вуглецю СО.

У разі теплового забруднення навколишнього середовища експлуатаційні фактори впливають тільки на концентровану складову теплових викидів b2 (за рахунок зниження температури газів, що викидаються в навколишнє се­редовище, в енергетичних котлах). Що стосується питомого показника твер­дих викидів Ьтв, то його рівень за інших рівних умов залежить від ефективно­сті експлуатації системи очистки димових газів від твердих викидів.

Найзначніше вплив експлуатаційного фактора виявляється на вики­дах незгорілих вуглеводнів СхHyOz СО, а також оксидів азоту NOx.

Відомо, що утворення термічних оксидів азоту NO визначається пе­реважно температурним рівнем Т і концентрацією кисню О2 в зоні горін­ня, коефіцієнтом надлишку повітря топки ат і часом перебування продук­тів у ядрі факела т. Ці параметри можна змінювати в процесі експлуатації топкового пристрою різними методами без суттєвої реконструкції топко­вої камери.

Найпростіший спосіб зниження концентрації оксидів азоту — зменшення коефіцієнта надлишку повітря в топці котла ПТУ, якщо ат <«кр, або збіль­шення цього показника в зоні горіння азг > акр для камери згорання ГТУ (рис. 7.5). Тут під акр1 розуміємо критичний коефіцієнт надлишку повітря, за якого емісія оксидів азоту досягає максимального рівня.

Рис. 7.5. Вплив надлишку повітря на емісію NO* і CO (C0min — мінімальна емісія окси- max норм ду вуглецю; NOx — максимальна емісія оксидів азоту; NO* — нормована емісія NO* для ат = 1,0; D/D0 = 1,0 та якщо немає інших експлуатаційних впливів)

Коефіцієнт надлишку повітря, за якого досягається мінімальна емісія CO, змінюється в діапазоні акр1 < акр2 < азр (тут азр — коефіцієнт надлишку повітря, за якого настає зрив факела).

Як видно з рис. 7.5, вплив надлишку повітря на рівень емісії NO* і CO (по всій практично значимій зоні впливу) має складний характер, зокрема є зони (/ та///), де ар має неоднозначний паралельний вплив на NO* та CO («ефект ножиць»), та зона // з однозначним паралельним впливом на емі­сію NO* і CO.

Якщо інших впливів немає, то при ар = 1 фіксують так звану нормо­вану емісію оксидів азоту, яка є об’єктивним показником рівня екологіч­ної безпеки стехіометричних пальників. Для камер згорання ГТУ таким показникомє максимальна емісія оксидів азоту (NO* ).

Рециркуляція димових газів у багатьох випадках є важливим спосо­бом зниження емісії токсичних оксидів азоту, однак потребує додаткових капітальних і експлуатаційних витрат. Її можна реалізувати за рахунок відбору частини димов их газів із газоходу і наступної їх подачі в топку котла. Кількість газів рециркуляції визначається ступенем рециркуляції r, що характеризує витрату газів рециркуляції у відсотках від загальної ви­трати димових газів за масою в газоході котла.

Дія рециркуляції зменшує температурний рівень у зоні горіння і кон­центрацію кисню у високотемпературній зоні (помітного ефекту досяга­ють, якщо ат ^ 1,0). Крім цього, рециркуляція може змінювати час пере­бування в зоні горіння і змінювати у факелі структуру активних центрів, що, у свою чергу, може впливати на кінетику хімічних реакцій.

Цей метод найефективніший, коли температура в топці без рецирку­ляції досить висока (1 600…1 700 °C і вище). Це, насамперед, газомазутні
котли з високою тепловою напругою топкового об’ єму, а також пилову — тільні котли, що працюють на порівняно сухому високоякісному вугіллі, хоча для останніх рециркуляцію газів з метою зниження емісії N0* засто­совують рідко. Для багатьох котлів з низькоякісним вугіллям її взагалі не застосовують. Рециркуляція також небажана для котлів з твердим шлако — видаленням. Для котлів, що працюють на бурому вугіллі, обладнаних топ­ками з твердим шлаковидаленням, рівень температур і без введення газів рециркуляції невисокий.

У разі рециркуляції зниження емісії оксидів азоту характеризується співвідношенням

(NO,)r = NO, (1 — E, r) (7.14)

(NO*)

NO * exp

або

де NO* та (NO*)r — концентрація оксидів азоту, якщо рівень рециркуляції r = 0 та r > 0; е1 та арец — коефіцієнти, що враховують ефективність вико­ристання рециркуляції і є індивідуальною характеристикою для кожного типу котла і способу введення газів рециркуляції в топку.

Відмінність форм узагальнення характеристик емісії NO* не є принциповою у зв’язку з тим, що рівняння (7.14) можна отримати з рі­вняння (7.15) розвиненням останнього в степеневий ряд та заміщаючи в цьому ряді тільки член першого порядку малості. При цьому коефіці­єнти арец та е1 будуть одного порядку, але дещо різнитимуться між со­бою і передусім зі зміною способу введення в топку котла газів рецир — куляції (табл. 7.3).

Рециркуляція димових газів у топку в поєднанні з раціональною схе­мою введення газів у зону горіння — ефективний засіб зниження сумарно­го рівня емісії NO* у продуктах згорання. При цьому варто пам’ятати, що збільшення кількості рециркуляційних газів знижує ККД котла (брутто) і підвищує витрату електроенергії на власні потреби. Суттєвими є також капітальні витрати, пов’язані з установкою димососа рециркуляції та від­повідних газоходів. Тому рециркуляцію димових газів як метод боротьби з оксидами азоту можна рекомендувати тільки для газомазутних котлів, якщо не можна використати інші методи. Ефективність рециркуляції тим більша, чим вища температура в зоні горіння. Вона знижується зі змен­шенням навантаження котла, збільшенням коефіцієнта надлишку повітря, зменшенням температури горіння палива, підвищенням умісту азотовмі­сних сполук у паливі.

Таблиця 7.3. Порівняння коефіцієнтів арец і Є1 у рівняннях (7.14) та (7.15) за різних способів подачі газів рециркуляції Паливо Спосіб подачі газів рециркуляції* Джерело інформації Всерос. теплотехн. ін — т Ін — т газу НАН України САФ внді- промгаз Експер имент (котел ТГМП — 314А) Єї Є1 п ^рец п ^рец Є1 Газ і мазут До поду топки 0,002-0,0025 — 0,0026 — — Через шлиці під пальниками 0,015 0,011 0,0112 — — Навколо амбразур — 0,015 0,0133 — — До дуттьового повітря 0,025 0,025 0,028 — — У розсічку двох повітрянихпотоків 0,03 — — — — До периферійної зони по кільцевому каналу амбразури — — — 0,0124 0,008 Вугілля (високотем — ператур не згорання) У первинну аеро — суміш 0,01 — — — — До вторинного повітря 0,005 — — — —

* Подача 1 % газів рециркуляції знижує ККД котла електростанції для середніх умов на 0,02 %.

Максимально ефективна рециркуляція, якщо природний газ спалю­ють з номінальним навантаженням топкової камери і малими о.

У камерах згорання ГТУ зовнішню рециркуляцію димових газів тех­нічно не можна застосувати.

Двоступеневе або двостадійне (а також три — і багатостадійне) спа­лювання палива — один із найперспективніших методів регулювання топкових режимів з одночасним зниженням утворення оксидів азоту в топкових процесах. Сутність цього методу полягає в тому, що в пер — винну зону горіння подають повітря менше, ніж потрібно теоретично (От = 0,70…0,95). У результаті в ядрі факела знижуються максимальна температура і вміст кисню, а також зменшується швидкість реакції утворення оксидів азоту. Далі процес горіння відбувається при нижчій температурі, завдяки чому у вторинній зоні горіння оксиди азоту прак­тично не утворюються. Застосування двостадійного спалювання палива знижує емісію NO* на 20-50 % порівняно з одностадійним.

У топках енергетичних котлів з великою кількістю пальників (z = 10…20 і більше), розміщених ярусами, також можна реалізувати ста­дійне горіння палива, відключивши його подачу на частину пальників, що знижує емісію NO* на 40 % і більше (табл. 7.4).

Примітка. ® — пальники відключено (паливо не подають), ВЯ — верхній ярус, НЯ — нижній ярус.

Реалізувати стадійне горіння можна, перерозподіливши подачу пали­ва і окиснювача ярусами. У цьому разі в пальниках нижніх ярусів вини­кає нестача окиснювача (о < 1,0), а в пальниках верхніх ярусів — його надлишок (о > 1,0). За рахунок перерозподілу повітря по ярусах удається знизити емісію NO* на 15-20 %.

Останнім часом поширюється використання методу триступеневого спалювання палива, коли вище основних пиловугільних пальників у топ­ці встановлюють додаткові пальники, у які подають частину палива з не­стачею повітря. Ще вище розміщають сопла для введення третинного по­вітря, потрібного для завершення процесу.

Як вторинне паливо можна використовувати метан, складні вуглево­дні Cm Hn, мазут, вугілля.

Сумарний процес можна подати в такому спрощеному вигляді:

n

2NO + 2C m H n + (2 m + —

m n 2

Відповідно до наведеної хімічної реакції (7.16) частково відновлюється оксид азоту, що утворився у топковій камері без застосування каталізаторів і
хімічних домішок. Цей метод, що одержав назву МАСТ-методу (Mitsubishi Advanced Combustion Technology), відносять до триступеневого спалювання.

Щоб підвищити ефективність процесу спалювання палива, треба тем­пературу продуктів згорання збільшити до 1 200 °С, а час протікання процесу до 0,1 с. Початкова концентрація NO не впливає на ефективність процесу. Упровадження МАСТ-методу не створює будь-яких експлуата­ційних труднощів. Економічність топкового процесу не погіршується, тоді як концентрація NO* знижується в 1,5-2 рази в діапазоні наванта­жень 30-100 % від номінальної.

Усі описані вище методи зниження емісії оксидів азоту належать до групи «сухих» методів.

Є також «мокрий» метод зниження емісії оксидів азоту. Можливості йо­го реалізації за рахунок подачі води або водяної пари в зону горіння з’явилися у зв’язку з паровим розпиленням мазуту і спалюванням водопа — ливних суспензій — об’єднаного мазуту іводновугільних суспензій. Дія вве­деної в зону горіння води або водяної пари аналогічна впли­вові газів рециркуляції. Відо­мо, що водяні пари впливають на швидкість поширення по­лум’я у вуглеводневому паливі зарахунок дії на кінетику утво­рення оксидів азоту. Навіть якщо в ядро зони горіння воду подають у малій кількості, то помітно знижується NO*. Цю технологію можна використати як у топках котлів, так і в ка — мерахзгорання ГГУ (рис. 7.6).

У процесі введення води або водяної пари в ядро факе­ла перебудовується поле тем­ператур. Процеси горіння у факелі інтенсифікуються, положення Tmax зміщується ближче до ядра фа­кела, але рівень максимальної температури знижується, чим і пояснюєть­ся зниження виходу NO*. Для енергетичних котлів вплив подачі води описують співвідношенням

NOв=NO* а — квgв х (7.17)

де (в — коефіцієнт ефективності методу впорскування води (для середніх умов (в ~ 2,0); gв = тв /тпов — масове відношення води до повітря.

У процесі спалювання твердого палива введення вологи лише незна­чно змінює утворення NO* у димових газах, але одночасно факел тускніє і з’являються пульсації в топці. Тому в таких випадках цей метод можна рекомендувати для боротьби з оксидами азоту в топках котлів в аварій­них ситуаціях, наприклад за особливо несприятливих метеорологічних умов, коли не можна знизити навантаження на ТЕС або застосувати інші методи боротьби з викидами NO*.

Перспективнішим «мокрий» метод зниження емісії оксидів азоту може виявитися у процесі спалювання палива в камерах згорання ГТУ і ПГУ. Це зумовлено можливістю впливу на температурний рівень у зоні горіння без зміни загальних показників процесу при підвищених тисках у камері згорання.

Цей метод успішно застосовують у ГПУ як технологічний фактор. При цьому впорскування пари збільшує потужність ГТУ. Якщо ця пара генерується за рахунок теплоти від газів, то одночасно підвищується тер — модинамічний ККД ГТУ.

Простота методу, зручність регулювання і низькі капітальні витрати на пристрій упорскування води або пари зумовили чисельні спроби за­стосування цього методу і в котельній техніці.

Застосування впорскування пари в газомазутних котлах знижує на 20-50 % емісії NO*. Однак водночас знижується іККДкотла (приблизно на 5 %).

Загальною особливістю розглянутих експлуатаційних методів зни­ження емісії оксидів азоту є те, що вони маловитратні, а в комбінації зі зниженням надлишку повітря і самоокупні. Це наочно видно з табл. 7.5, у якій наведено орієнтовні витрати на реалізацію розглянутих технологій зниження викидів NO*.

Таблиця 7.5. Собівартість застосування методів зниження викиду NO* для енергоблока 1000 МВт Метод зниження Паливо Зниження N0 *, % Витрати на зниження ви­киду N0 *, дол. США /т Газ 33 12 Рециркуляція Мазут 33 20 Ву гілля 33 20 Малі надлишки повіт- Газ 33 -5* ря (От < аКр) Мазут Ву гілля 33 25 -30 -11 Рециркуляція і малі над- Газ Мазут 80 70 3 -5 лишки повітря Ву гілля 55 8 Газ 50 0 Двостадійне горіння Мазут 40 0 Ву гілля 35 29 Двостадійне горіння і Газ Мазут 90 73 -2 -14 малі надлишки повітря Ву гілля 60 12 * Знак «-» означає позитивний економічний ефект.

Зниження о є економічно вигідним для спалювання всіх видів пали­ва. Позитивного економічного ефекту досягають від комбінованого впли­ву : рециркуляції газів і малих о — для мазуту, двостадійного спалювання і малих Ор — для газу і мазуту.

Комментарии запрещены.