Техническими решениями, улучшающими экологические характеристики камер сгорания являются:
1. Деление КС ГТУ на две зоны. Оно осуществляется либо по воздуху (рисунок 1а), либо по топливу (рисунок 1б).
Рисунок 1 – Камеры сгорания: а – многоступенчатая по топливу;
б – многоступенчатая по воздуху
В пространстве, ограниченном корпусом КС (пламенной трубы), выделяют зону горения. В эту зону подают только часть общего количества воздуха. Вместе с топливом это количество обеспечивает образование высокореакционной смеси, сгорающей достаточно быстро при температуре около 1500 °С. Другая часть воздуха подается в зону смешения, где она формирует заданную начальную температуру. Небольшое количество воздуха через специальные щели и отверстия охлаждает корпус и детали пламенной трубы.
2. Обеспечение равенства скоростей потока и распространения пламени. Для его реализации применяют специальные технические решения. Прежде всего стремятся турбулизировать поток в зоне горения, что интенсифицирует процесс тепло- и массообмена, улучшает смесеобразование и увеличивает скорость распространения пламени. Для турбулизации потока используют лопаточные завихрители или плохообтекаемые тела, располагаемые во фронтальном устройстве пламенной трубы. За этими элементами возникает зона обратных токов (ЗОТ) с пониженным статическим давлением. Создается эжекция газа кольцевой струей, вытекающей из лопаточного завихрителя, что стабилизирует положение фронта пламени и обеспечивает зажигание всей топливной смеси. При такой аэродинамической рециркуляции происходит перенос горячих газов навстречу поступающим свежим порциям топлива. За счет теплоты подсасываемых к корню факела продуктов сгорания происходит подогрев, испарение и зажигание свежих порций топлива.
3. Сжигание топлива в КС энергетических ГТУ характеризуется изменением параметров сжигаемого в компрессоре воздуха, нагрузки и режима работы, поэтому в таких условиях для стабилизации процесса горения используют еще один способ — дежурные горелки, служащие источником постоянного поджога топлива.
Перечисленные технические решения не всегда позволяют добиться удовлетворительных экологических показателей работы КС энергетических ГТУ.
Находят применение сухие малотоксичные КС с экологическими горелками.
Экологическая горелка состоит из двух конусов, которые смещены один относительно другого в осевом направлении. В результате их смещения образуются два шлица по всей длине горелки. Через эти шлицы в горелку по-ступает воздух для горения, который перемешивается с природным газом, вводимым через небольшие отверстия по краям шлицов. Благодаря специальной форме внутри горелки образуется топливо-воздушная смесь, которая покидает конус и поступает в факел. Последний стабилизируется рециркуляционной зоной перед горелкой без помощи механического стабилизатора пламени.
В результате того что обтекающий горелку «холодный» воздух для горения поступает внутрь и факел не имеет контакта с корпусом горелки, последняя остается сравнительно «холодной» и таким образом не подвергается износу.
Рециркуляция дымовых газов из конвективной шахты в тракт воздуха осуществляется, как правило, с помощью дополнительного дымососа рециркуляции газов (ДРГ).
Для улучшения перемешивания газов рециркуляции с воздухом, который поступает в топочную камеру, устанавливают смесители. Доля рециркулирующих газов обычно не превышает 20 %. Благодаря рециркуляции дымовых газов снижаются концентрация кислорода в зоне горения топлива и температура горения.
Уменьшение выбросов NOx при использовании данного метода может быть доведено:
при сжигании угля до 25 %;
при сжигании мазута до 30 %;
при сжигании природного газа до 33 %.
Впрыск воды в ядро факела снижает максимальную температуру в нем и тем самым препятствует образованию термических оксидов азота. Этот способ применяется по большей части в период неблагоприятных метеорологических условий в районах с повышенной фоновой концентрацией вредных веществ. Количество впрыскиваемой в топку котла воды составляет около 10 % расхода топлива.
Для достижения нормы выбросов N0^ при сжигании топлив в топках котлов, как правило, применяют комбинации первичных методов. На газомазутных котлах чаще всего используют следующие комбинации первичных мероприятий:
1) сочетание ступенчатого сжигания топлив с рециркуляцией дымовых газов;
2) установку полуподовых горелок в сочетании со ступенчатым сжиганием и с рециркуляцией дымовых газов
Для очистки дымовых газов котлов от оксидов азота используют селективный некаталитический (СНКВ) и каталитический (СКВ) методы восстановления NOx до молекулярного азота. В них в качестве восстановителя применяется аммиак.
Уходящие газы, как известно, содержат большое количество самых различных химических соединений. Система каталитического восстановления основана на том, что вводимый в поток газов химический реагент взаимодействует преимущественно с NOx. Хорошей избирательностью (селективностью) для уменьшения содержания NOx в уходящих газах обладает аммиак NH3. Однако химические реакции аммиака с NO и NO2 эффективно протекают только при весьма высокой температуре (900— 1000 °С).
Основным элементом СКВ-установки служит каталитический реактор. Он состоит из отдельных керамических элементов ячеистой структуры, которые собирают в модули и устанавливают в газоходе котла в несколько слоев.
Очень важен выбор оптимальной схемы включения СКВ-установки в газовый тракт котла. Возможны два варианта схемы включения:
1) СКВ-установка включается в газовый тракт котла перед воздухоподогревателем (за водяным экономайзером), т.е. в зону, где температура газов около 350 °С. Такую установку можно назвать «горячей» СКВ-ус-тановкой;
2) СКВ-установка включается после электрофильтра и сероочистки («холодная» СКВ-установка).
Рисунок 2 –Схема установки СКВ.
1 — инжекторная решетка с соплами для подачи разбавленных паров водного раствора аммиака в поток выхлопных газов ГТУ; 2 — испаритель водного раствора аммиака; 3 — газодувка на байпасе выхлопных газов ГТУ; 4 — смеситель паров водного раствора аммиака с выхлопными газами байпасного потока; 5 — байпасный поток газов; 6 — клапан контроля водного раствора аммиака; 7 — насос подачи водного раствора аммиака с системой постоянного давления в коллекторе; 8 — бак хранения водного раствора аммиака;
9 — расходомер; 10 — катализатор
Восстановление оксидов азота происходит при впрыске восстанавливающего агента — водного раствора аммиака в выхлопные газы ГТУ при температуре 300—420 °С и последующем пропуске смеси аммиак—выхлопные газы через катализатор. В присутствии катализатора оксиды азота превращаются в азот и водяной пар
Водопотребление станции
Рисунок 3 – Схема водопотребления станции
1 –конденсатор; 2 – маслоохладители; 3 – охладители газа и воздуха; 4 – подшипники; 5 – циркуляционный насос; 6 – повысительные насосы; 7 – водоподготовка.