Экологически ориентированные конструкции горелок

Основные направления улучшения экологических показателей газогорелочных устройств

Приоритетным направлением в экологизации топочно-горелочных устройств является создание конструкций горелок со сниженным выходом оксидов азота. В них осуществляется различными конструктивными приемами направленное воздействие на процессы смешения и горения. Экологический эффект достигается:

— при сжигании угля — за счет выделения основной массы связанного азота топлива в среде, обедненной окислителем, и, соответственно, снижения топливных оксидов азота;

• — при сжигании природного газа — за счет снижения температурного уровня процесса;
• — при растягивании тепловыделения по высоте топочной камеры и соответствующего уменьшения выхода воздушных оксидов азота [23].

При создании конструкции горелок с направленным воздействием на механизмы образования оксидов азота непосредственно в факеле предусматривается реализация комплекса следующих основных требований:

• 1) воспламенение и выгорание основной массы топлива до завершения смешения со вторичным воздухом;
• 2) сокращение времени пребывания азотообразующих компонентов в высокотемпературной зоне;
• 3) снижение температуры в начальном участке факела (ввод газов рециркуляции в корень факела, интенсификация теплоотвода в начальном участке факела);
• 4) снижение избытка воздуха в факеле;
• 5) отсутствие преждевременного полного смешения первичного воздуха со вторичным, что благоприятно сказывается и на воспламенении;
• 6) подача первичного воздуха в количестве, необходимом только для выгорания летучих;
• 7) высокая интенсивность циркуляции топочных газов к корню факела (в зоне воспламенения) за счет рационального сочетания с конструкцией топочной камеры;
• 8) разбавление воздуха присадкой инертных газов;
• 9) введение промежуточной инертной среды в многоканальной горелке, разделяющей потоки горячего воздуха.

На этой основе созданы многочисленные конструкции малотоксичных горелок, обеспечивающие снижение выхода оксидов азота до 350— 400 мг/м³ в пылеугольных котлах и до 120—180 мг/м³ при сжигании природного газа. В результате этого многолетнего процесса определились оптимальные конструктивные решения газовых, мазутных и пылеугольных горелок, а также режимы их работы.

Можно выделить следующие горелочные устройства с высокими экологическими показателями, получившие практическое применение в отрасли:

— газомазутные с двумя каналами горячего воздуха;

• — пылеугольные двухканальные по вторичному воздуху;
• — пылеугольные со встроенным узлом предварительного подогрева пыли;
• — вихревые с регулированием газового факела струйным вводом по периферии;
• — пылеугольные с разделением потока вторичного воздуха промежуточным непроточным каналом;
• — пылеугольные для сжигания высококонцентрированной аэросмеси;
• — пылеугольные с локальной концентрированной подачей топлива в поток воздуха с формированием заданной неравномерности состава смеси;
• — газомазутные горелки с вводом рециркулирующих дымовых газов.

В основу всех этих конструктивных решений положены принципы управляемого замедления процесса смесеобразования, выгорания топлива, снижения температурного уровня процесса, снижения скорости горения в кинетической области в зонах завершенного смесеобразования (разбавлением окислителя инертными газами).

В результате ограничивается образование «быстрых» оксидов азота (механизм Фенимора) в газовом и пылеугольном факеле, «топливных» оксидов азота в пылеугольном факеле и одновременно «воздушных» оксидов при сжигании различных видов топлива.