1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 9, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 9, стр. 88-96

Исследование влияния температуры на образование оксидов азота при ступенчатом сжигании низкореакционного угля с использованием прямоточных горелок

В. Б. Прохоров a, *, С. Л. Чернов a, В. С. Киричков a, В. Д. Апаров a

a Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

* E-mail: ProkhorovVB@mail.ru

Поступила в редакцию 06.02.2023
После доработки 23.02.2023
Принята к публикации 30.03.2023

Аннотация

Уголь остается одним из главных видов минерального топлива в России, особенно в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах. При этом требования к сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу, в том числе оксидов азота NOx, ужесточаются как в России, так и во всем мире. В этой связи перспективно применение вихревого способа сжигания угля с помощью щелевых горелок и сопл коллективного действия при ступенчатой подаче воздуха на горение. Однако при сжигании низкореакционного угля возникает необходимость добиться высокой полноты его сгорания, которую можно обеспечить только при правильной организации аэродинамики топки, включающей в себя расположение горелок и сопл, а также при оптимальном распределении долей первичного, вторичного и третичного воздуха. На примере вихревого сжигания тощего кузнецкого угля с использованием прямоточных горелок и сопл рассматривается возможность снижения выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании топлива. В качестве объекта исследования принят котел паропроизводительностью 500 т/ч с твердым шлакоудалением. Две схемы сжигания угля были выбраны ранее с помощью численного и физического моделирования. Согласно проведенным расчетам обе схемы обеспечивают низкие тепловые потери с механическим недожогом – на уровне 0.7–1.9%. Численное моделирование процесса вихревого горения показало, что высокие максимальные температуры в зоне зажигания топлива при низких избытках воздуха не способствуют образованию оксидов азота, а, наоборот, содействуют их подавлению благодаря повышенной концентрации продуктов пиролиза в основной зоне горения. Температура на начальном этапе горения должна составлять примерно 2000 K, и этот показатель является более важным в сравнении с уменьшением избытков первичного воздуха с 0.3 до менее 0.1.

Ключевые слова: пылеугольные топки, ступенчатое сжигание, вихревое горение, прямоточные горелки и сопла, прямое вдувание, промежуточный бункер пыли, численное моделирование, продукты пиролиза, тепловые потери, механический недожог, оксиды азота

Список литературы

  1. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС-38-2022. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии. М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2022.

  2. PDA research on a novel pulverized coal combustion technology for a large utility boiler / W. Fan, Y. Li, Z. Lin, M. Zhang // Energy. 2010. V. 35. P. 2141–2148.

  3. Coal combustion modeling of large power plant NOx abatement / L.B. Thoma, C. Francisco, P. Stanislas, C. Sebastien, B. Jacques, B. Bernard // Fuel. 2007. V. 86. P. 2213–2220.

  4. Effect of coal blending and particle size on NOx emission and burnout / H. Maier, H. Spliethoff, A. Kicherer, A. Fingerle, K.R.G. Hein // Fuel. 1994. V. 73. P. 1447–1452. https://doi.org/10.1016/0016-2361(94)90060-4

  5. Asay B.W., Lahjaily L.D., Hedman P.O. Effect of coal moisture on burnout and nitrogen oxide formation // Combust. Sci. Technol. 1983. V. 35. P. 15–31.

  6. Influence of combustion system retrofit on NOx formation characteristics in 300 MWe tangentially fired furnace / L. Shi, Z. Fu, X. Duan, C. Cheng, Y. Shen, B. Liu, R. Wang // Appl. Therm. Eng. 2016. V. 98. P. 766–777.

  7. Study of C-NOx reaction by using isotopically labeled C and NOx / P. Chambrion, H. Orikasa, T. Suzuki, T. Kyotany, A. Tomita // Fuel. 1997. V. 76. P. 493–498.

  8. Experimental study of the reduction mechanism of NO emission in decoupling combustion of coal / J. He, W. Song, S. Gao, L. Dong, M. Barz, J. Li, W. Lin // Fuel Process. Technol. 2006. V. 87. P. 803–810.

  9. No smoke burning coal method for control nitrogen oxide and stove and application / J. Li, G. Xu, M. Guo, J. Zhang, Y. Guo, Z. Zhou // CN, CN 1110776 A[P]. 1995.

  10. Cold experimental investigations into gas/particle flow characteristics of a low-NOx axial swirl burner in a 600-MWe wall-fired pulverized-coal utility boiler / Z. Li, L. Zeng, G. Zhao, J. Li, S. Chen, F. Zhang // Exp. Therm. Fluid Sci. 2012. V. 37. P. 104–112.

  11. Numerical simulation and cold experimental research of a low-NOx combustion technology for pulverized low-volatile coal / J. Wang, K. Zheng, R. Singh, H. Lou, J. Hao, B. Wang, F. Cheng // Appl. Therm. Eng. 2017. V. 114. P. 498–510.

  12. Influence of increased primary air ratio on boiler performance in a 660 MW brown coal boiler / Z. Li, Z. Miao, Y. Zhou, S. Wen, J. Li // Energy. 2018. V. 152. P. 804–817.

  13. Richardson M., Shimogori Y., Kidera Y. Supercritical boiler technology metures. Accessed on 14 March 2011. Available online: http://www.hitachipowersystems.us/supportingdocs/forbus/hpsa/technical_papers/CG2004.pdf ().

  14. Staged combustion properties for pulverized coals at high temperature / M. Taniguchi, Y. Kamikawa, T. Tatsumi, K. Yamamoto // Combust. Flame. 2011. V. 158. P. 2261–2271.

  15. The effect of air staged combustion on NOx emissions in dried lignite combustion / J. Wang, W. Fan, Y. Li, M. Xiao, K. Wang, P. Ren // Energy. 2012. V. 37. P. 725–736.

  16. Coal characterization for NOx prediction in air-staged combustion of pulverized coals / C.K. Man, J.R. Gibbins, J.G. Witkamp, J. Zhang // Fuel. 2005. V. 84. P. 2190–2195.

  17. Pulverized coal combustion: NOx formation mechanisms under fuel rich and staged combustion conditions / J.O.L. Wendt, D.W. Pershing, J.W. Lee, J.W. Glass // Symposium on Combustion and Flame, and Explosion Phenomena. 1979. V. 17. No. 1. P. 77–87. https://doi.org/10.1016/S0082-0784(79)80011-9

  18. Taniguchi M., Kamikawa Y., Yamamoto K. Comparison of staged combustion properties between bituminous coals and low-rank coal; Fiber-shaped crystallized carbon formation, NOx emission and coal burnout properties at very high temperature // Combust. Flame. 2013. V. 160. P. 2221–2230.

  19. Combustion characteristics and NOx formation of retrofitted low-volatile coal-fired 330 MW utility boiler under various loads with deep-air-staging / S. Li, Z. Chen, E. He, B. Jiang, Z. Li, Q. Wang // Appl. Therm. Eng. 2017. V. 110. P. 223–233.

  20. Исследование аэродинамики топки котла ТПП-210А при переводе его на твердое шлакоудаление и организации вихревого сжигания топлива / Э.П. Волков, В.Б. Прохоров, А.М. Архипов, С.Л. Чернов, В.С. Киричков // Теплоэнергетика. 2018. № 10. С. 21–28. https://doi.org/10.1134/S0040363618100120

  21. Эффективность использования прямоточных горелок и сопл при реализации твердого шлакоудаления в топке котла ТПП-210А / А.М. Архипов, А.А. Канунников, В.С. Киричков, В.Б. Прохоров, М.В. Фоменко, С.Л. Чернов // Теплоэнергетика. 2017. № 2. С. 63–70. https://doi.org/10.1134/S0040363617020011

  22. Исследование процесса сжигания твердого топлива в топках с прямоточными горелками / Э.П. Волков, В.Б. Прохоров, С.Л. Чернов, В.С. Киричков, А.А. Каверин // Теплоэнергетика. 2020. № 6. С. 47–56. https://doi.org/10.1134/S0040363620060119

  23. Furnace numerical model development for checking the possibility of boiler retrofitting from liquid to dry ash removal / V.B. Prokhorov, S.L. Chernov, V.S. Kirichkov, A.A. Kaverin // Proc. of the AIP Conf. on Heat and Mass Transfer and Hydrodynamics in Swirling Flows (HMTHSF-2019). Rybinsk, Russia, 16–18 Oct. 2019. Art. No. 2211. P. 070006-1–070006-8.

  24. Some aspects of modelling NOx formation arising from the combustion of 100% wood in a pulverised fuel furnace / L.I. Darvell, L. Ma, J.M. Jones, M. Pourkashanian, N. Williams // Combust. Sci. Technol. 2014. No. 186. P. 672–683.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал