Перевод на природный газ котла ДКВР 20/13 котельной Речицкого пивзавода

   Наибольший выход  окислов азота характерен для  высококалорийных сортов топлива  ( мазут, каменный уголь, природный  газ ).

   Из анализа  влияния основных факторов на  образование окислов азота выступают методы их подавления в топочной камере.

    При внедрении  мероприятий, рассчитанных на  снижение образования оксидов азота, приходится учитывать, что некоторые из них могут увеличить содержание других, не менее опасных загрязнителей. В частности  при некоторых режимах сжигания газа образуются канцерогенные продукты: бензаперен и другие полициклические ароматические углеводороды.  Концентрация бензаперена в дымовых газах  при полной нагрузке  газовых котлов составляет 1-10 мкг/100м³, причем нижнее значение соответствует крупным энергетическим котлам, а верхнее- отопительным котлам. Если учесть, что среднесуточная предельно-допустимая концентрация  бензаперена в воздухе равна 0,001 мкг/м³, то становится ясным, что при нормальных условиях работы котла токсичность дымовых газов определяется в основном содержанием в них оксидов азота, и только при частичных нагрузках, главным образом, на отопительных блоках, или при нарушении нормальных режимов горения суммарная относительная токсичность продуктов неполного сгорания может оказаться сопоставимой с токсичностью оксидов азота.

   Простейшим мероприятием, снижающим максимальный уровень  температуры в топке, является уменьшение нагрузки котла. Многочисленные измерения, проведенные на котлах различной мощности с горелками  разных конструкций, показали, что зависимость концентрации Nox от нагрузки котла близка к степенной. Снижение нагрузки котла сопровождается снижением температур в топке за счет уменьшения обьемного тепловыделения и температуры подогрева воздуха. Снижение выходных скоростей в горелках также оказывает определенное влияние на образование Nox.

   Понятно, что  снижение нагрузки котла нельзя  рассматривать в качестве  мероприятия по снижению выбросов оксидов азота (за исключением, может быть, случаев особо не благоприятных метеорологических условий, продолжительность которых довольно ограничена), однако влияния теплового напряжения зоны активного горения на образование оксидов азота может быть использовано конструкторами при создании новых котлов на природном газе.

   Еще одним простейшим средством снижения температурного уровня, а следовательно, и концентрации оксидов азота в дымовых газах является осуществление рециркуляции дымовых газов. При сжигании газа, когда отсутствуют слабозависящие от температуры топливные NOx ,эффективность рециркуляции газов весьма велика.

    При рециркуляции  дымовых газов через горелки  уменьшается также концентрация  кислорода, что приводит к дополнительному  снижению образования NOx . Если же подавать газы рециркуляции через шлицы в под топки, как это иногда делается для регулирования температуры промежуточного перегрева при снижении нагрузки, то их влияние на выбросы оксидов азота будет незначительно.

    Дальнейшее  увеличение рециркуляции уже  менее эффективно. Ограниченность применения этого метода снижения выбросов оксидов азота объясняется тем, что рециркуляция дымовых газов снижает экономические показатели (возрастают потери с уходящими газами и расход электроэнергии на собственные нужды). В тех случаях, когда рециркуляцию газов необходимо  производить на уже действующих котлах, появляются дополнительные трудности, связанные с установкой дымососа рециркуляции и коробов для подачи дымовых газов к горелкам.

    Еще  одним  недостатком этого метода являются  опасное возрастание концентрации бензапирена по мере увеличения рециркуляции дымовых газов.

    Снижение максимальной  температуры в топочной камере, а следовательно, и концентрации оксидов азота, можно обеспечить увеличением теплоотвода, например за счет установки двусветного экрана или других тепловоспринимающих поверхностей нагрева в зоне интенсивного горения.

    Снижение температурного  уровня за счет ввода влаги в зону горения является одним из возможных путей сокращения выбросов оксидов азота при сжигании природного газа. При этом эффективности метода зависит не только от количества вводимой в топку влаги, но и от способа ввода, а также от коэффициента избытка воздуха в топочной камере.

    Как и в  случае  сжигания угля или мазута, простейшим методом уменьшения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания газа является снижение избытка воздуха, подаваемого через горелки . Сказанное относится только к тому диапазону избытков воздуха, который применяется обычно в энергетических котлах (1,1-1,2) . В случае более высоких  a  снижение температуры в топочной камере оказывает большее влияние на образование оксидов азота и в результате увеличение избытка воздуха сверх a=1,2 снижает концентрацию NOx в дымовых газах.

    Снижение избытка  воздуха возможно лишь до тех  пор, пока это не приводит  к интенсивному росту продуктов неполного сгорания, когда не только уменьшается экономичность топочного процесса, но и создается опасность загрязнения атмосферы другими веществами, не менее вредными, чем оксиды азота.

    При многоярусном  размещении горелок эффективным средством снижения выбросов оксида азота может оказаться нестехиометрическое сжигание.

    Другим методом нестехиометрического сжигания является ступенчатое сжигание. При этом на котлах для подачи воздуха, необходимого для полного сгорания, как правило, устанавливают отдельные горелки (обычно-верхнего яруса), если через остальные горелки удается подать количество топлива, необходимое для работы котла с номинальной нагрузкой. 

8.2.2. Расчет  выбросов оксидов азота

В условиях высокотемпературного горения топлива азот воздуха становится реакционноспособным и, соединяясь с кислородом, образует оксиды. Кроме того, образование оксидов азота в процессах горения может происходить за счет разложения и окисления азотосодержащих соединений, входящих в состав топлива. Всего азот с кислородом может образовывать шесть соединений: N₂O,NO,N₂O₃,NO₂,N₂O₄,N₂O₅. Наиболее устойчивым оксидом является NO₂ ,в который могут переходить и другие оксиды азота, поэтому установленные нормы ПДК даются для суммы всех оксидов в пересчете на NO₂ . В дымовых газах котлоагрегатов оксиды азота обычно состоят на 95-99% из оксида азота, 1-5% составляет диоксид азота, доля других оксидов азота пренебрежимо мала.

 Массовый выброс  оксидов азота в пересчете  на NO₂ (т/г, г/с) в атмосферу с дымовыми газами котла вычисляется по формуле :

M_NO2=0,34×10^-7kBQ^р_н(1-q₄/100)b₁b₂

где b₁- коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (содержание N^г ), принимается равным 0,8;

k- коэффициент, характеризующий выход оксидов азота ,кг/т условного топлива;

b₂- коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок b₂=1);

 

        Коэффициент k для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч при сжигании мазута и газа определяется по формуле:

k=3,5D_ф/70,

 где       D_ф -фактическая паропроизводительность котла;       

               Принимается D_ф=0,95D ,

      где     D -номинальная паропроизводительность котла

          

            Тогда [2]:

k=3,5×0,95×20/70=0,95

 

M^{ДКВР-20/13}_NO2=0,34×10^-7×0,95×0,386×37346×0,8=0,372×10^-3 г/с

8.2.3. Расчет  выбросов оксидов углерода.

В недостаточно совершенных  топочных устройствах или при  неналаженном режиме сжигания топлива  часть его горючих не окисляется до конечных продуктов, а образуются продукты неполного сгорания. Наиболее вероятным продуктом неполного сгорания всех видов топлива является окись углерода CO.

Массовый выброс оксидов  углерода (г/с) в атмосферу с дымовыми газами котла вычисляется по формуле :

M_CO=0,001C_COB(1-q₄/100)

где C_CO- выход оксида углерода при сжигании топлива (кг/тыс.м³)

C_CO=q₃RQ^р_н/1013

где q₃- потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, 0,5 %;

R- коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода. Для газа R=0,5;

Q^р_н- теплота сгорания натурального топлива ,кдж/м³ ;

q₄- потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %

Значения q₃,q₄  принимаем по данным укрупнённого расчета котлоагрегата.

C_CO=0,5×0,5×37346/1013=9,21 кг/тыс*м³

M^{ДКВР-20/13}_CO=0,001×9,21×0,386=0,003 г/с;

 

8.2.4. Расчет  дымовой трубы

Определение высоты трубы  производится по формуле :

 

где p_п - поправочный коэффициент для расчета многоствольных труб, зависящий от числа стволов в трубе , отношения расстояния между ближайшими стволами на выходе к диаметру ствола (на выходе) и от угла наклона выходного участка выходного участка ствола к вертикальной оси a. Для одноствольных труб p_п =1,0.

m - коэффициент, учитывающий условия выхода из устья трубы, значения которого принимаются в зависимости от скорости W₀ .

A- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы град^1/3, (для Республики Беларусь A =160)

M- суммарный выброс NO₂ из всех труб котельной, г/с

F- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости осаждения примеси в атмосфере: для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равно нулю , F =1;

ПДК - предельно допустимая концентрация в атмосфере NO₂, SO₂ или золы .( По СНиП для NO₂ (ПДК) равна 0,085 мг/м³)

С_ф- фоновая концентрация района, устанавливаемая органами санинспекции района;

z- число дымовых труб ;

V- суммарный объём дымовых газов;

d t- разность температур выбрасываемых газов и воздуха (последняя принимается по средней температуре самого жаркого месяца в полдень).

 

Т.к рассчитываемый котел  работает на газе, то выбросов SO₂ нет, расчет ведется по NO₂.

Фоновую концентрацию принимаем  в размере 20% от ПДК NO₂. Таким образом С_ф=0,2×0,085=0,017 мг/м³.

 Объем дымовых газов  принимается по данным расчета  котлоагрегата ДКВР-20/13. При сжигании объём дымовых газов выходящих за 1с из  котла составит V=5,46 м³/с;

Приводя полученную цифру  к нормальным условиям получим:

V^{ДКВР-10/13} = V_к×(t_ух+273)/273=5,46 × (140+273)/273=6,26 м³/с.

Среднюю температуру  самого жаркого месяца в полдень  принимаем 25 ^ОС.

Высота трубы составит:

 

 

                                                

 

                                 

 

Принимается ближайшая большая труба стандартной высоты 30 м .

Диаметр  устья дымовой  трубы:

 

,

где :

V_ТР – объёмный расход продуктов сгорания через трубу при расчётной температуре их в выходном сечении, м³/с; V_ТР = V_Д =5,46 м³/с;

w_ВЫХ – скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, принимается равной 25 м/с [1].

 

                               

 

По СНиП II-35-76 выбирается кирпичная дымовая труба диаметром выходного сечения 1, 2 м.

 

 

 

 

 

 

 

2. ОПИСАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЕЛЬНОЙ

 

       Для покрытия  чисто паровых нагрузок или  для отпуска незначительного количества тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления.

       Основная часть  пара отпускается на производственные  нужды из паропроводов котельной, часть редуцированного и охлажденного  пара используется в пароводяных подогревателях сетевой воды, откуда направляется в закрытую систему тепловых сетей. Конденсат от внешних потребителей собирается  в конденсатные баки  и перекачивается конденсатными насосами в деаэраторы питательной воды. Конденсат от пароводяных подогревателей, установленных в котельной, подается прямо в деаэраторы. Кроме того, имеется трубопровод для возможности слива его в конденсатные баки.

          Основной  целью расчета любой тепловой  схемы котельной является выбор  основного и вспомогательного  оборудования с определением  исходных данных для последующих технико-экономических расчетов.

          Насос  сырой воды подает воду в  охладитель продувочной воды, где  она нагревается за счет теплоты  продувочной воды. Затем сырая  вода подогревается до 20-30 ^оС в пароводяном подогревателе сырой воды и направляется в химводоочистку. Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированой воды и подогревается до определенной температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогревателе паром. Перед поступлением в головку деаэратора часть химически очищенной воды проходит через охладитель выпара деаэратора.

          

 

Подогрев сетевой воды производится паром в последовательно включенных двух сетевых подогревателях. Конденсат от всех подогревателей направляется в головку деаэратора, в которую также поступает конденсат, возвращаемый внешними потребителями пара.