2.3. Энергосберегающая технология снижения выбросов оксидов азота котлами электростанций и крупных котельных

Сотрудниками Института газа НАН Украины еще в 60-70 г. изучен механизм образования оксидов азота в топочных процессах и в 70-90 гг впервые в б. СССР внедрены на 100 котлах электростанций и более чем на 300 котлах мощных котельных мероприятия, снижающие образование оксидов азота на 40..50 % (в Украине, России, Литве, Латвии, Белоруссии, Болгарии).

Рециркуляция газов в топочную камеру в настоящее время широко применяется в котлах большой мощности установленных на крупных электростанциях. Обычно дымовые газы с температурой 300-400 °С отбираются перед воздухоподогревателем и специальным рециркуляционным дымососом подаются в топочную камеру. При этом условия ввода могут быть различными. В некоторых случаях газы ранее подавались через каналы в поду топки (котел ТГМП-314), через шлицы под горелками (ТГМП-114), через кольцевой канал вокруг горелки. При этом их воздействие на выход оксидов азота было незначительным. Начиная с 1970-х годов газы рециркуляции в большинстве котлов по инициативе Института газа НАНУ, ВТИ и ТКЗ стали подаваться в дутьевой воздух. Применение рециркуляции позволяет регулировать теплоотдачу к топочным экранам и температуру перегрева пара, сближать характеристики работы котлов при сжига­нии различных топлив, например, жидких и газообразных.

Ступенчатое сжигание газа – один из наиболее перспективных (вследствие дешевизны, надежности и универсальности) методов регулирования топочных режимов с поддержанием неизменным КПД котла и одновременным снижением образования оксидов азота в топочных процессах. Применен на ряде котлов энергоблоков 300 и 200 МВт и тысячах водогрейных котлов.

При сжигании газа и мазута стадийный процесс горения может быть организован:

  • путем подачи воздуха в отдельные горелки (или ряды горелок) с недостатком воздуха, а в горелки, обычно расположенные выше, с избытком  воздуха;
  • путем создания специальных горелок двухстадийного сжигания топлива. Последний способ проверен в эксплуатационной практике в водогрейных котлах и котлах ПТВМ в течение 20 лет. По этой схеме спроектированы и находятся в длительной эксплуатации более 1000 горелочных устройств двухстадийного горения для котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-50 (ГДС-100, ГДС-50) в Украине, России, странах Прибалтики и др., а также свыше 300 горелочных устройств двухстадийного горения для паровых котлов мощностью 50, 75, 100 т. пара/час.

Институтом разработаны и впервые в странах СНГ применены методы интенсификации воздействия рециркуляции:

  1. Подача газов рециркуляции не в дутьевой воздух, а в топливный газ – повышает эффективность воздействия газов рециркуляции в 2-3 раза, что позволяет для снижения выхода NOx в 2 раза вводить в горелочное устройство не 20 %, а лишь 7 % газов рециркуляции, (что также позволяет не снижать КПД котла) снижает нагрузку тягодутьевых машин. Для применения метода разработаны принципиально новые горелочные устройства, примененные на котлах 100 т/ч пара Северодонецкой ТЭЦ;
  2. Увеличение подачи газов рециркуляции в центральные горелки и соответствующее снижение подачи их в крайние – повышает интенсивность влияния газов рециркуляции, выход оксидов азота уменьшается на 25..30 % – применен на котлах энергоблоков 200 МВт Сургутской ГРЭС-1 и др.

Для промышленных котлов и электростанций, не имеющих рециркуляционного дымососа, в институте отработана и использована на ряде котлов схема перепуска части дымовых газов с дымососа во входной патрубок вентилятора.

Институт газа НАНУ может взять на себя разработку и пуско-наладку таких систем. Также Институт газа разрабатывает методы снижения оксидов азота на угольных котлах.