МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАСЧЕТУ ВЫБРОСОВ
ОКСИДОВ АЗОТА
С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ
КОТЛОВ ТЕПЛОВЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

СО 153-34.02.304-2003

ОАО «ВТИ»
Москва 2005

Разработан Открытым акционерным обществом «Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ»); Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» [ГОУВПО МЭИ (ТУ)]

Исполнители Котлер В.Р., Енякин Ю.П., Усман Ю.М., Верещетин В.А. (ОАО «ВТИ»), Росляков П.В., Егорова Л.Е., Ионкин И.Л. [ГОУПВПО МЭИ (ТУ)]

Утвержден Министерством энергетики Российской Федерации, приказ Минэнерго России № 286 от 30.06.2003

Министр энергетики                                                                                            И.Х. Юсуфов

Ключевые слова: энергетика, тепловые электростанции, котлы паровые, котлы водогрейные, выбросы оксидов азота, проектирование, реконструкция.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Дата введения 2003-07-01

Настоящие Методические указания могут использоваться для расчета выбросов оксидов азота при проектировании новых и реконструкции действующих котлов паропроизводительностью от 75 т/ч и водогрейных котлов мощностью от 58 МВт (50 Гкал/ч) и выше, сжигающих твердое, жидкое и газообразное топливо в факельных горелочных устройствах. Настоящие Методические указания могут также применяться в научно-исследовательских целях.

Настоящие Методические указания предназначены для организаций, эксплуатирующих тепловые электростанции и котельные, а также проектных организаций.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сжигание топлива на тепловых электростанциях и в котельных приводит к выбросу в атмосферу продуктов сгорания органического топлива, содержащих токсичные оксиды азота NO_x (главным образом монооксид NO и в меньшей степени диоксид NO₂).

Количество образующихся оксидов азота зависит от характеристик топлива, режимных и конструктивных параметров топочной камеры. Поэтому на стадии проектирования или реконструкции котлов необходимо провести расчет ожидаемых выбросов оксидов азота и предусмотреть меры по снижению их до величин, не превышающих нормативы удельных выбросов NO_x в атмосферу, приведенных в ГОСТ Р 50831-95 «Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования».

В уходящих газах паровых и водогрейных котлов монооксид азота NO составляет 95 - 99 % общего выброса NO_x, в то время как содержание более токсичного диоксида азота NO₂ не превышает 1 - 5 %. После выброса дымовых газов в атмосферу под воздействием природных факторов большая часть NO конвертирует в NO₂. Поэтому расчет массовых концентраций и выбросов оксидов азота NO_x ведется в пересчете на NO₂.

В связи с установленными раздельными ПДК в атмосферном воздухе на монооксид NO и диоксид азота NO₂ и с учетом трансформации оксидов азота в атмосфере при расчете загазованности и нормировании выбросов ТЭС суммарные массовые выбросы оксидов азота разделяются на составляющие (с учетом различия в молярной массе этих веществ):

                                                                                       (1.1)

                                                 (1.2)

где M_NO и  - молярные массы NO и NO₂, равные 30 и 46 соответственно;

0,8 - коэффициент трансформации оксида азота в диоксид. Численное значение коэффициента трансформации может устанавливаться по методике Госкомэкологии России на основании данных фактических измерений местных органов Росгидромета, но не более 0,8.

Источниками оксидов азота является молекулярный азот воздуха, используемого в качестве окислителя при горении, и азотсодержащие компоненты топлива. В связи с этим принято делить оксиды азота на воздушные и топливные. Воздушные, в свою очередь, можно разделить на термические, образующиеся при высоких температурах за счет окисления молекулярного азота воздуха, и так называемые «быстрые» оксиды азота, образующиеся во фронте факела при сравнительно низких температурах в результате реакции углеводородных радикалов с молекулой азота.

2 ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЫБРОСОВ

Для количественной характеристики газообразных выбросов котлов используют объемные и массовые концентрации вредных веществ, а также их удельные или валовые (массовые) выбросы.

2.1 Объемные концентрации С_V представляют собой отношение объема, занимаемого данным газообразным веществом, к объему всей газовой пробы. Объемные концентрации С_V могут измеряться в % об или ppm. Единица измерения 1 ppm (part per million) представляет собой одну миллионную часть объема:

1 ppm = 10^-6 = 10^-4 % об = 1 см³/м³.                                                            (2.1)

Важным преимуществом измерения содержания газовых компонентов в объемных концентрациях является то, что объемные концентрации не зависят от давления и температуры среды и, следовательно, расчетные или опытные результаты газового анализа, выраженные в % об или ppm, не требуют приведения к каким-либо заданным условиям по температуре и давлению.

2.2 Массовые концентрации C_m характеризуют количество (массу) данного вещества в одном кубическом метре продуктов сгорания. С их помощью оценивается содержание в продуктах сгорания как твердых, так и газообразных компонентов. Массовые концентрации измеряются в г/м³ или мг/м³.

В отличие от объемной массовая концентрация зависит от давления и температуры среды, поэтому ее приводят в пересчете на нормальные условия (0 ºС, р₀ = 760 мм рт. ст. = 101,3 кПа), для чего используется следующее выражение:

                                                                            (2.2)

где  - массовая концентрация, полученная опытным путем при температуре  и давлении р_г газовой пробы.

2.3 Связь между объемными (ppm) и массовыми (г/м³) концентрациями устанавливается следующим соотношением:

                                                                                               (2.3)

где k_i - коэффициент пересчета, равный

                                                                  (2.4)

M_i - молярная масса i-го вещества, г;

 - его молярный объем, л (в качестве первого приближения за  может быть принят объем идеального газа, равный 22,41 л);

_г - температура;

р_г - давление газовой пробы перед газоанализатором (последнее приравнивается к фактическому атмосферному давлению). Значения коэффициента пересчета k_i приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Значения коэффициента пересчета для реальных газов при нормальных условиях (0 °С; 101,3 кПа)

2.4 Для корректного сопоставления опытных и расчетных данных полученные массовые или объемные концентрации пересчитываются на стандартные условия¹⁾, в качестве которых приняты следующие: α_ух = 1,4 в сухих дымовых газах при нормальных условиях [0 °С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.)].

_____________

¹⁾ ГОСТ Р 50831-95 «Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования».

В зависимости от применяемых методов измерения и расчетных методик определение содержания газовых компонентов производится во влажных или сухих продуктах сгорания. При этом под сухими продуктами сгорания (сухие газы) подразумеваются дымовые газы, в которых произошла конденсация образовавшихся в процессе горения топлива водяных паров из-за их остывания до температур ниже температуры насыщения. Поэтому для пересчета расчетных и опытных концентраций на стандартные условия используются разные формулы:

при пересчете концентраций С, полученных для сухих газов, на стандартные условия (С^ст.у) для сухих газов:

                                                                       (2.5)

                                                (2.6)

при пересчете концентраций, полученных для влажных газов, на стандартные условия для сухих газов:

                                                             (2.7)

                                      (2.8)

где α - расчетный или опытный коэффициент избытка воздуха в сечении отбора газовой пробы;

 - теоретические объемы соответственно воздуха и влажных газов;

 - теоретический объем сухих газов.

2.5 Значения , ,  принимаются по справочным данным или рассчитываются по химическому составу сжигаемого топлива:

для твердого и жидкого топлива (м³/кг)

                                  (2.9)

                                                        (2.10)

   (2.11)

где C^r, , H^r, O^r, N^r - соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, кислорода и азота в рабочей массе топлива, % по массе; W^r - влажность рабочей массы топлива, % по массе;

для газообразного топлива (м³/м³)

;               (2.12)

;                      (2.13)

,                 (2.14)

где СО, СО₂, Н₂, H₂S, C_mH_n, N₂, O₂ - соответственно содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, % по объему; m и n - число атомов углерода и водорода, соответственно; d_{г. тл} - влагосодержание газообразного топлива, г/м³.

Химический состав топлива принимается по паспортным данным или из справочной литературы.

2.6 Мощность выброса М (г/с) - это количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу с уходящими газами в единицу времени (за 1 с). Мощность выброса вредного вещества за определенный период времени (месяц, квартал, год) называется валовым выбросом (например, т/год).

2.7 Удельный массовый выброс m (г/кг или г/м³) представляет собой количество вредного вещества в граммах, образовавшегося при сжигании 1 кг (или м³) топлива:

                                                                                           (2.15)

Часто этот показатель пересчитывают на единицу массы условного топлива (г/кг усл. топл. или кг/т усл. топл.) и тогда он рассчитывается как:

                                              (2.16)

где Q_{усл. топл} - теплота сгорания условного топлива, равная 29,31 МДж/кг (7000 ккал/кг);  - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/м³).

2.8 Удельный выброс (по теплу) К (г/МДж) - количество вредного вещества в граммах, отнесенного к 1 МДж освобожденной в топке котла химической энергии топлива:

                                                                   (2.17)

где В_р - расчетный расход топлива (кг/с).

2.9 Для пересчета указанных параметров используются следующие соотношения:

                                                      (2.18)

                                                            (2.19)

                                                      (2.20)

                                                     (2.21)

                                                           (2.22)

где  - массовая концентрация NO₂ при нормальных условиях (0 °С, 760 мм рт. ст.), г/м³; V_г - объем дымовых газов, м³/кг (м³/м³), определяемый следующим образом:

- если концентрация  определена во влажных газах,

                                            (2.23)

- если концентрация  определена в сухих продуктах сгорания,

                                                       (2.24)

                                                               (2.25)

где α - коэффициент избытка воздуха для условий, при которых производилось определение концентрации .

Удельные выбросы вредных веществ являются основными параметрами, которые контролируют с целью проверки соблюдения утвержденных нормативов выбросов и оценки результатов внедрения природоохранных мероприятий.

3 РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ДЛЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ

3.1 Исходные данные, необходимые для расчета удельных выбросов:

A^r, W^r и N^r  - зольность, влажность и содержание азота в топливе, % на рабочую массу.

            - теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Тип горелок    - вихревые, прямоточные, с подачей пыли высокой концентрации.

V^daf            - выход летучих на горючую массу, %.

α_Г              - коэффициент избытка воздуха в горелках.

α₁              - доля первичного воздуха по отношению к теоретически необходимому.

R               - степень рециркуляции дымовых газов через горелки, %.

w₂/w₁        - отношение скорости вторичного воздуха на выходе из внутреннего канала (ближайшего к первичному) к скорости первичного воздуха.

Δα₃            - третичный воздух, подаваемый в топку помимо горелок.

Δα_сбр         - сбросной воздух (сушильный агент) при транспорте пыли к горелкам горячим воздухом.

          - температура на выходе из зоны активного горения, К.

В_р                  - расчетный расход топлива, кг/ч.

3.2 Удельные выбросы оксидов азота (в пересчете на NO₂)  (г/МДж) складываются из топливных  и воздушных  оксидов азота:

                                                     (3.1)

3.3 Топливные оксиды азота подсчитывают по формуле:

                                         (3.2)

где  - безразмерный коэффициент, учитывающий характеристики топлива

                                                                     (3.3)

Здесь FR - топливный коэффициент, равный отношению связанного углерода к выходу летучих на рабочую массу: FR = C^св/V^r, где С^св = 100 - W^r - А^r - V^r; a N^d - содержание азота в сухой массе топлива, %.

Значения других коэффициентов из формулы (3.2) приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Значения коэффициентов

3.4 При подаче в горелки пыли высокой концентрации значение , подсчитанное по формуле (3.2), умножают на коэффициент 0,8. При этом долю первичного воздуха α₁ и отношение w₂/w₁ принимают равными тем значениям, которые были бы выбраны при обычной подаче пыли к горелкам первичным воздухом.

3.5 Воздушные оксиды азота образуются в зоне максимальных температур, то есть там, где поля концентраций, скоростей и температур отдельных горелок уже выровнялись. Следовательно,  определяется в основном не особенностями горелок, а интегральными параметрами топочного процесса.

Для подсчета  используют зависимость, учитывающую известное уравнение Зельдовича:

                                              (3.4)

где  - коэффициент избытка воздуха в зоне активного горения, условно принимаемый как сумма организованно подаваемого воздуха через горелки и присосов через нижнюю часть топочной камеры, т.е.

                                                                                        (3.5)

 - температура на выходе из зоны активного горения, К.

Уравнение (3.4) справедливо в диапазоне коэффициентов избытка воздуха 1,05 ≤  ≤ 1,4 и до температуры  = 2050 К. При  < 1800 К значением  можно пренебречь.

Температуру на выходе из зоны активного горения  рассчитывают в соответствии с тепловым расчетом котельных агрегатов.

Для случая, когда рециркуляция дымовых газов через горелки отсутствует, температура на выходе из зоны активного горения , °С, рассчитывается так:

                 (3.6)

где Q_в - теплосодержание воздуха, поступающего через горелки, МДж/кг; (Vс)_Г - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива, МДж/(кг·°С);  - степень выгорания топлива в зоне активного горения; i_тл - энтальпия топлива, МДж/кг; ψF - произведение коэффициента эффективности на суммарную поверхность, ограничивающую зону активного горения, м²; ε_Т - степень черноты топки в зоне максимального тепловыделения.

Приведенное уравнение решается методом последовательных приближений, т.к. в его правую часть входит  =  + 273. Если расчетное значение  по формуле (3.6) будет более чем на 50 °С отличаться от предварительно выбранной величины  (), то необходимо сделать второе приближение.

При наличии рециркуляции дымовых газов расчет  следует выполнять в соответствии с проектированием топок с твердым шлакоудалением.

Определение концентраций и массовых выбросов оксидов азота производится по формулам, приведенным в разделе 2 настоящих Методических указаний.

Примеры расчетов выбросов оксидов азота в котлах разных типов при сжигании различных видов твердого топлива приведены в приложении 1 к настоящим Методическим указаниям. Для некоторых котлов показано влияние подсветки факела газом или мазутом (см. раздел 5 настоящих Методических указаний).

4 РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА И МАЗУТА

Настоящие Методические указания позволяют рассчитывать концентрации оксидов азота при различных способах сжигания газа и мазута в котлах в следующих диапазонах изменения основных режимных параметров:

нагрузка котла, D/D_ном....................................................................... 0,5 - 1,0;

коэффициент избытка воздуха в зоне

активного горения (ЗАГ) α_ЗАГ.......................................................... 0,7 - 1,4;

доля газов рециркуляции, подаваемых в ЗАГ, R........................... 0 - 0,35;

доля влаги, вносимой в ЗАГ, g........................................................ 0 - 0,35;

доля воздуха, вводимого во вторую ступень

горения при ступенчатом сжигании, δ........................................... 0 - 0,33.

Пример расчета концентрации оксидов азота в дымовых газах котла ТГМП-204ХЛ при сжигании природного газа приведен в приложении 2 к настоящим Методическим указаниям.

4.1 Исходные данные, необходимые для расчета:

4.2 Массовая концентрация оксидов азота (в пересчете на NO₂) во влажных продуктах сгорания при коэффициенте избытка воздуха в зоне активного горения (г/м³) для нормальных условий (0 °С, 101,3 кПа или 760 мм рт. ст.) определяется по формулам:

при сжигании газа:

             (4.1)

при сжигании мазута:

                     (4.2)

где  - среднеинтегральная температура продуктов сгорания в зоне активного горения, К;  - отраженный тепловой поток в зоне активного горения, МВт/м²; α_ЗАГ - коэффициент избытка воздуха в зоне активного горения; τ_ЗАГ - время пребывания продуктов сгорания в зоне активного горения, с; К_Г - коэффициент, учитывающий конструкцию горелочного устройства, определяемый по таблице 4.1;  - член, учитывающий количество топливных оксидов азота при превышении содержания азота в составе мазута 0,3 %, рассчитываемый как:

                                                                            (4.3)

где V_г - объем продуктов сгорания в ЗАГ, определяемый согласно пп. 4.19, 4.20 данной методики.

Таблица 4.1 - Значения коэффициента К_Г в зависимости от конструкции горелочного устройства

4.3 Среднеинтегральная температура продуктов сгорания в зоне активного горения (ЗАГ):

                                                                               (4.4)

где Т_ад - адиабатная температура горения топлива, К; ψ_ЗАГ - средний коэффициент тепловой эффективности поверхностей нагрева, ограничивающих ЗАГ.

4.4 Адиабатная температура горения (К) рассчитывается методом последовательных приближений:

       (4.5)

где β_сг - степень выгорания топлива в ЗАГ, определяемая по таблице 4.2 в зависимости от вида сжигаемого топлива;  - теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/м³); K_R - коэффициент, зависящий от способа ввода газов рециркуляции, определяемый по таблице 4.3;  и  - соответственно теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания, м³/кг (м³/м³); α_отб - коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов из конвективного газохода на рециркуляцию.

Таблица 4.2 - Зависимость степени выгорания топлива β_сг от коэффициента избытка воздуха в ЗАГ

Таблица 4.3 - Значения коэффициента К_R в зависимости от способа ввода газов рециркуляции в ЗАГ

4.5 Теплота, вносимая в зону активного горения с топливом (учитывается при сжигании мазута, при сжигании газа принимается Q_тл = 0), МДж/кг:

Q_тл = с_тл · t_тл.                                                                                                  (4.6)

Теплоемкость мазута, МДж/(кг·°С)

с_тл = (1,74 + 0,0025 · t_тл) · 10^-3,                                                                     (4.7)

где t_тл - температура мазута, °С.

4.6 Тепло, вносимое в зону активного горения паровым дутьем через форсунку (при сжигании жидкого топлива), МДж/кг:

Q_ф = g_ф · i_ф,                                                                                                    (4.8)

где g_ф - удельный расход пара через форсунку на 1 кг мазута, кг/кг; i_ф - энтальпия пара, подаваемого на распыл, МДж/кг.

Параметры пара, поступающего на распыл мазута, обычно составляют р_ф = 0,3 - 0,6 МПа, t_ф = 280 - 350 °С, g_ф при номинальной нагрузке равен 0,03 ÷ 0,05 кг/кг мазута.

4.7 Теплота, вносимая в зону активного горения с воздухом, МДж/кг (МДж/м³):

                                                                           (4.9)

где  - избыток воздуха в горелке при наличии присосов воздуха в топку;  и  - энтальпии теоретически необходимого количества воздуха при температуре горячего и холодного воздуха, МДж/кг (МДж/м³).

4.8 Теплота, вносимая в зону активного горения с газами рециркуляции, МДж/кг (МДж/м³)

Q_гр = К_R · R · I_гр.                                                                                            (4.10)

Здесь К_R - коэффициент, зависящий от способа ввода газов рециркуляции, определяемый по таблице 4.3; R - доля рециркуляции дымовых газов; I_гр - энтальпия газов рециркуляции, подаваемых в ЗАГ, МДж/кг (МДж/м³), вычисляемая как:

                                                                                 (4.11)

где α_отб - коэффициент избытка воздуха в месте отбора газов из конвективного газохода на рециркуляцию (обычно );  и  - соответственно энтальпии газов рециркуляции и теоретически необходимого количества воздуха при температуре газов рециркуляции (МДж/м³), рассчитываемые в соответствии с тепловым расчетом котельных агрегатов.

4.9 Теплота, вносимая в зону активного горения при подаче воды или пара, МДж/кг (МДж/м³),

Q_вл = g(i_вл - r),                                                     (4.12)

где g - водотопливное отношение, определяемое в зависимости от вида сжигаемого топлива:

                      (4.13)

G_вл, G_маз, G_газ - соответственно расход влаги, мазута и газа, кг/с;

 - плотность сухого природного газа при 0 °С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.);

i_вл - энтальпия влаги (воды или пара), поступающей в зону активного горения, МДж/кг (МДж/м³);

r - теплота парообразования (при подаче воды в зону активного горения r = 2,512 МДж/кг; при подаче пара r = 0).

4.10 Избыток воздуха в зоне активного горения α_ЗАГ:

α_ЗАГ = α_Г + 0,5Δα_Т.                                                                                        (4.14)

4.11 Средняя теплоемкость продуктов сгорания, МДж/(м³·°С):

при сжигании природного газа

с_Г = (1,57 + 0,134k_t)10^-3;                                                                              (4.15)

при сжигании мазута

с_Г = (1,58 + 0,122k_t)10^-3,                                                                              (4.16)

где  - температурный коэффициент изменения теплоемкости;  - ожидаемая адиабатная температура, °С.

4.12 Теплоемкость воздуха при высоких температурах, МДж/(м³·°С)

с_в = (1,46 + 0,092k_t)10^-3,                                                                               (4.17)

где  - температурный коэффициент изменения теплоемкости.

4.13 Теплоемкость водяных паров, МДж/(м³·ºС)

(4.18)

4.14 Средний коэффициент тепловой эффективности поверхностей нагрева, ограничивающих ЗАГ, ψ_ЗАГ:

                                                       (4.19)

где F_ст, F_верх, F_ниж - соответственно полная поверхность экранированных стен ЗАГ (рисунок 4.1), площадь поперечного сечения топки, ограничивающего ЗАГ сверху и снизу, м²; , ψ_i - соответственно площадь участка стены ЗАГ, м², и тепловая эффективность этого участка; ψ´ - коэффициент, характеризующий отдачу теплоты излучением в вышерасположенную зону:

- для топок, работающих на газе, ψ´ = 0,1;

- для топок, работающих на мазуте, ψ´ = 0,2.

Коэффициент ψ" характеризует отдачу теплоты в сторону пода топки:

- если под не включен в объем ЗАГ:

                                                 (4.20)

где , , , F_п - соответственно площади фронтового, боковых, и заднего экранов, расположенных ниже ЗАГ, и пода, м² (см. схемы на рисунке 4.1); ψ_ф, ψ_б, ψ_з, ψ_п - соответственно тепловая эффективность фронтового, боковых и заднего экранов, расположенных ниже ЗАГ, и пода;

- если под включен в объем ЗАГ:

ψ" = ψ_п.                                                                                                          (4.21)

4.15 Отраженный поток в зоне активного горения , МВт/м²,

.                                                                                  (4.22)

а, б, в и г - варианты ввода топлива и воздуха в топку.

Рис. 4.1 - Схемы определения зоны активного горения

4.16 Теплонапряжение зоны активного горения, МВт/м²,

                                          (4.23)

где В_р - расчетный расход топлива, кг/с (м³/с), (при наличии в топке двусветного экрана В_р принимается на одну ячейку).

4.17 Полная поверхность зоны активного горения, м²,

f_ЗАГ = 2а_Тb_Т + 2(а_Т + b_Т)h_ЗАГ,                                                                       (4.24)

где а_Т, b_Т - соответственно ширина фронта и глубина топочной камеры, м, [при наличии в топке двусветных экранов принимается ширина одной ячейки , Z_э - число двусветных экранов].

4.18 Высота зоны активного горения h_ЗАГ, м,

                                                                                          (4.25)

где  - высота зоны активного горения без учета ввода в нее газов рециркуляции и влаги, м; V_г - объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг жидкого (1 м³ газообразного) топлива в ЗАГ, м³/кг (м³/м³);  - объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг жидкого (1 м³ газообразного) топлива при вводе в ЗАГ газов рециркуляции и влаги, м³/кг (м³/м³).

При настенной компоновке горелок высота  определяется из геометрических характеристик топки (см. схемы на рисунке 4.1):

- при обычном сжигании

                                                                                  (4.26а)

- при ступенчатом сжигании

                                                                  (4.26б)

где  - расстояние между осями горелок по высоте между ярусами, м; n - количество ярусов; h_δ - расстояние между осями горелок верхнего яруса и сопел вторичного дутья, м; D_a - диаметр амбразуры горелок, м.

При подовой компоновке горелок единичной мощностью от 50 до 95 МВт  = 7,5 м, а горелок мощностью от 96 до 160 МВт  = 10 м. При двухступенчатом сжигании  принимается равной расстоянию между подом и осями сопел вторичного дутья.

4.19 Объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг жидкого (1 м³ газообразного) топлива в ЗАГ, V_г, м³/кг (м³/м³):

                                                           (4.27)

4.20 Объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг жидкого (1 м³ газообразного) топлива в случае ввода в ЗАГ газов рециркуляции и/или влаги, , м³/кг (м³/м³):

    (4.28)

4.21 Время пребывания продуктов сгорания в зоне активного горения τ_ЗАГ (с) определяется как

                                                                       (4.29)

где ξ - коэффициент заполнения топочной камеры восходящими потоками газов:

- при фронтальном расположении горелок ξ = 0,75;

- при встречном расположении горелок ξ = 0,8;

- при подовой компоновке ξ = 0,9.

4.22 Пересчет массовой концентрации оксидов азота (см. п. 4.2) на стандартные условия (сухие продукты сгорания и α = 1,4), г/м³:

                                                    (4.30)

5 РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ И КОНЦЕНТРАЦИЙ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ УГЛЯ С МАЗУТОМ ИЛИ ГАЗОМ

5.1 При проектировании новых котлов, рассчитанных на сжигание угля и природного газа или угля и мазута, расчет выбросов оксидов азота должен выполняться для случая работы котла с номинальной нагрузкой полностью на худшем в экологическом отношении топливе. Приведенное содержание азота на 1 ГДж у всех марок углей выше, чем у мазута, а у природного газа связанный азот вообще отсутствует. Следовательно, для котлов, которые проектируются на несколько видов топлива, включая уголь, расчет выбросов оксидов азота следует выполнять по формулам раздела 3 настоящих Методических указаний.

5.2 В действующих котлах, в которых в ряде случаев сжигаются одновременно уголь и мазут или уголь и газ, расчет массовой концентрации оксидов азота  (г/м³) проводится для твердого топлива в соответствии с разделом 3 настоящих Методических указаний, а затем значение полученной концентрации  нужно умножить на поправочный безразмерный коэффициент А, который определяется по следующим формулам:

- при сжигании газа вместе с углем:

                                                                                          (5.1)

- при сжигании мазута вместе с углем:

                                                                                       (5.2)

где δ_г и δ_м - доли газа или мазута по теплу.

5.2.1 Доли газа и мазута по теплу рассчитывают по формуле

                                                                             (5.3)

где  - расчетный расход газа или мазута, м³/с (кг/с);  - теплота сгорания газа или мазута, МДж/м³ (МДж/кг);  и  - то же, для угля, кг/с и МДж/кг.

5.2.2 Определения удельных выбросов  (г/МДж) производятся по уравнению (2.20), в правую часть которого подставляется полученная величина  [с поправкой по уравнению (5.1) или (5.2)].

5.2.3 Объем сухих дымовых газов и теплоту сгорания при сжигании угля с мазутом рассчитывают по формулам:

(V_сг)_см = δ_м (V_сг)_м + (1 - δ_м) (V_сг)_у;                                                                  (5.4)

                                                                   (5.5)

где δ_м - доля мазута по теплоте, определяемая по (5.3); (V_сг)_м - объем сухих дымовых газов (м³/кг), образующихся при полном сгорании мазута при α = 1,4 (см. раздел 2);  - теплота сгорания мазута (МДж/кг).

5.2.4 При сжигании угля совместно с газом расчет выполняется условно на 1 кг твердого топлива с учетом количества газа, приходящегося на 1 кг угля:

(V_сг)_см = (V_сг)_у + х (V_сг)_г;                                                                                (5.6)

                                                                                (5.7)

где х - количество газа на 1 кг твердого топлива, м³/кг.

Если смесь топлив задана долями тепловыделения каждого топлива (δ_у и δ_г), то количество газа х, приходящееся на 1 кг твердого топлива, рассчитывается как

                                                                                                (5.8)

Приложение 1

К методическим указаниям
по расчету выбросов оксидов азота
с дымовыми газами котлов
тепловых электростанций

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ И КОНЦЕНТРАЦИЙ ОКСИДОВ АЗОТА ДЛЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ

Приложение 2

К методическим указаниям
по расчету выбросов оксидов азота
с дымовыми газами котлов
тепловых электростанций

РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В ДЫМОВЫХ ГАЗАХ КОТЛА ТГМП-204ХЛ ПРИ СЖИГАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Исходные данные

Расчеты оксидов азота при сжигании природного газа в котле ТГМП-204ХЛ, представленном на рисунке П.2.1, на номинальной нагрузке выполнялись для трех вариантов, представленных в таблице П.2.1:

1. Ввод газов рециркуляции в дутьевой воздух;

2. Впрыск воды в топку через щелевые форсунки, установленные в центральной части горелочных устройств, и подача газов рециркуляции;

3. Организация двухступенчатого сжигания путем отключения подачи природного газа на третий ярус горелок с вводом газов рециркуляции.

В третьем варианте доля воздуха, подаваемого во вторую ступень, составляет 0,33, а коэффициент избытка воздуха в горелках первого и второго ярусов (при α_Т = 1,05) рассчитывается следующим образом.

Действительный объем воздуха, подаваемого в топку, м³/с, при равном количестве горелок в ярусах представляет собой сумму

                                                                             (П.2.1)

где  - объем воздуха, подаваемого в первые два яруса горелок;

 - объем воздуха, подаваемого в третий ярус горелок.

Коэффициент избытка воздуха определяется как

                                                                                                   (П.2.2)

где  - теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сжигания топлива (α = 1).

Коэффициент избытка воздуха в двух первых ярусах горелок

                                                                                     (П.2.3)

где  (исходя из условия α_Т = 1,05).

Таким образом, избыток воздуха в горелках первых двух ярусов при долях воздуха, подаваемого в первую ступень горения δ = 0,67 и во вторую ступень горения (третий ярус горелок) δ = 0,33, составляет примерно 0,7.

Рис. П.2.1 - Схема ЗАГ котла ТГМП-204ХЛ

Таблица П.2.1 - Расчет концентрации оксидов азота для котла ТГМП-204ХЛ

СОДЕРЖАНИЕ