REPORTS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES

ISSN 2224–5227                                                                                                                               
№ 3. 2016  
 
 
73 
Источниками оксидов азота являются 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 
атомарным  кислородом  (механизм  Зельдовича),  и  на  оксиды  азота,  образующиеся  в  зоне 
сравнительно  низких  температур  в  результате  реакции  углеводородных  радикалов  с  молекулой 
азота и последующего взаимодействия атомарного азота с гидроксилом OН [2].  
В  литературе [2-6] излагаются  результаты  расчета  и  разработки  эскизных  проектов  подачи 
пыли  Шубаркольского  угля  высокой  концентрации  (ПВК)  и  пиролизной  горелки  со  сдвигом 
процессов  горения  (ПГСПГ)  для  котла  БКЗ-75-39Ф  Текелийской  ТЭЦ-2  с  целью  значительного 
снижения  окислов  азота  в  условиях  наименьшей  реконструкции  котла.  В  работе [7] подробно 
рассмотрен  вариант  сжигания  угольной  ПВК 50 кг/кг  под  разрежением  (приемлемой  на  период 
применения  воздуходувки  (ВВД)  для  подачи  ПВК  под  давлением).  Приводится  схема 
пароснабжения эжекторов [8]. 
Эскизный проект рекомендуемой для внедрения ПГСПГ разработан на основе данных расчета 
аэродинамики факела и условий воспламенения угольной пыли высокой концентрации (ПВК).  
Исходной  предпосылкой  к  решению  поставленной  проблемы  является  свойство  угля  при 
нагреве  выделять  вместо  с  летучими  и  азотосодержащими  веществами  атомарный  азот. 
Кинетический  активный  атомарный  азот  при  наличии  кислорода  быстро  образует  окись  азота,  а 
при отсутствии кислорода, также интенсивно комбинируется в топочных температурных условиях 
в инертный молекулярный азот. 
Реализация  такого  простого  механизма  в  объёме  топочной  камеры  связана  с  затягиванием 
процессов  горения  и  выносом  трудносжигаемых  коксовых  частиц  в  обедненную  кислородом 
область продуктов сгорания, приводящим к увеличению механического недожога. Поэтому поиски 
решения  вопроса  пошли  другими  путями,  разрабатываются  различные  виды  предтопок: 
технологических,  аэрофонтанных  и  других.  Однако  их  создание  связанно  со  значительными 
капитальными и эксплуатационными расходами. Известно, что обладают хорошей устойчивостью 
и  частицы  топлива  могут  многократно  циркулировать  в  объеме  топочной  камеры.  Подвод 
окислителя  и  отвод  продуктов  реакции  горения  в  данном  случае  более  эффективен,  чем  в 
традиционной  схеме,  поэтому  при  использовании  предлагаемого  способа  ухудшения  полноты 
сгорания не наблюдается [9]. 
Вместе  с  тем,  современной  уровень  развития  топочных  процессов,  накопленный  опыт 
эксплуатации  огнетехнического  оборудования,  а  также  результаты  исследований  сложных 
струйных течений позволяют проводить поиски по организации топочных процессов с приемлемо 
низкими  уровнями  образования  окиси  азота.  В  этом  аспекте  большое  значение,  на  наш  взгляд, 
имеет  достаточно  широкий  опыт  внедрения  и  эксплуатации  пылесистемы  с  подачей  угольной 
пыли  высокой  концентрации  ПВК.  Сделана  попытка  разработки  эскизного  проекта  пиролизной 
горелки  со  сдвигом  топочных  процессов  (ПГСПГ)  с  подачей  угольной  ПВК  применительно  к 
реконструкции котла БКЗ-75-39Ф ТТЭЦ-2. 
 
Расчет траектории факела ГТ-6 и ПГСПГ 
Траекторию факела ГТ-6 и ПГСПГ определим по уравнению трактории струи, истекающей по 
нормали к сносящему потоку (напору) [10], в виде: 
 
 
5
,
2
5
,
2
5
,
1
2
5
,
2
5
,
1
2
0
7
,
3
75
,
0
7
1
,
25
674
,
0
50
1
,
1
1
,
1
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∆
=
Т
Т
Т
H
Т
С
С
T
а
У
а
У
а
У
D
а
Р
a
ω
ρ
π
 
Результаты расчета траектории факела ГТ-6 и ПГСПГ приведены в таблице 1 и на рисунке 1 и 2. 
 
 
5
,
2
5
,
2
2
0
1
,
1
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∆
=
H
Т
Т
T
H
С
С
T
D
а
а
У
a
D
Р
a
ω
ρ
π

Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
74  
 
Таблица 1. Координаты траектории факела ГТ-6 и ПГСПГ 
 
 
- направление по высоте топки, 
у - напрлавление по глубине топки,  
- 
глубина 
топки;  
- 
диаметр амбразуры горелки 
 
На  основе  применения  подачи  угольной  пыли  высокой  концентрации  (ПВК, ) 
и 
необходимой  организации  аэродинамики,  теплообмена  и  теплового  режима  воспламенения 
летучих  веществ  показана  возможность  значительного  (четырехкратного  в  идеальных  условиях) 
подавления образования окиси азота путем пиролиза угольной пыли непосредственно в топочной 
камере на выходе из горелочного устройства. 
 
 
Рисунок 1 – Глубина проникновения и траектория факела ГТ-6 и ПГСПГ ТТЭЦ-2 
 
Разработан  эскизный  вариант  однопоточной  по  воздуху  пиролизной  горелки  со  сдвигом 
процессов  горения  (ПГСПГ)  для  сжигания  Шубаркольского  угля  на  котле  БКЗ-75-39Ф 
Текелийской  ТЭЦ-2.  При  наружном  диаметре  центральной  трубы,  равном 360 
мм;  скорости 
истечения  воздуха 15,3 и 
  при  температурах    0  и 345
°С    и  скорости  истечения  струи 
паогазопыли  (начальным  диаметром 64 
мм)  
при 
  ПГСПГ  имеет  значение  параметра 
крутки, равное 4, что превышает данные штатной ГТ-6 1,45 раза. Значения температуры 
 
и  времени 
  конца  пиролиза  угольной  пыли  превышают  необходимые  значения  для 
воспламенения летучих Шубаркольского угля в 1,4 и 2,4 раза соответственно. 
Х
м
а
Т
7
=
м
D
H
75
,
0
=
кг
кг
50
с
м
7
,
34
с
м
24
С
0
90
(
)
С
0
865
(
)
с
07
,
0
 
 
0,16 
 
0,24 
 
0,32 
 
0,40 
 
0,48 
 
0,57 
 
0,65 
 
0,71 
 
 
0,04 
 
0,11 
 
0,22 
 
0,38 
 
0,61 
 
0,89 
 
1,24 
 
1,54 
 
 
0,5 
 
0,75 
 
1,0 
 
1,25 
 
1,5 
 
1,75 
 
2,0 
 
2,25 
 
 
0,014 
 
0,039 
 
0,080 
 
0,140 
 
0,220 
 
0,324 
 
0,453 
 
0,607 
Т
а
у
Т
а
х
H
D
у
H
D
x

ISSN 2224–5227                                                                                                                               
№ 3. 2016  
 
 
75 
 
 
1 – при 
 и 
; 2 – траектория парогазопыли 
и ; 
3 
– траектория воздушной струи и парогазопыли 
и 
; 4-8 – глубина проникновения 
факелов ПГСПГ и ГТ-6; струй парогазопыли с 
 и  
; 9 – наружная граница воздушной 
струй. 
Рисунок 2 – Траектории элементов факела ПГСПГ котла БКЗ-75-39Ф ТТЭЦ 
 
Разработан  другой  эскизный  вариант  двухпоточной  по  воздуху  ПГСПГ  (с  наружными 
диаметров  внутренних  цилиндров 440 и 255 
мм)  для  того  же  котла.  Значение  параметра  крутки 
всего  в 1,27 раза  првышает  данные  штатной  ГТ-6.  Его  данные  по  характеристике  теплового 
режима  тоже  похуже,  чем  в  однопоточном  по  воздуху  варианте  ПГСПГ  (значения  температуры 
 и времени 
 конца пиролиза угольной пыли првышает необходимые значения для 
воспламенения  летучих  Шубаркольского  угля  в 1,3 и 1,9 раза).  Другие  параметры,  а  макже 
теоретические  данные  согласно [9] по  подавлению  образования  окиси  азота  в 4 раза  за  счет 
рекомбинации  атомарного  азота  в  молекулярный  в  объеме 95 %, у  рассмотренных  эскизных 
вариантов ПГСПГ совпадают. 
Преимуществом двухпоточного по воздуху варианта ПГСПГ является то, что по внутреннему 
кольцевому  каналу  подается  воздух  со  стехиометрическим  расходом  для  полного  сжигания 
высокотемпературных  летучих  веществ  Шубаркольского  угля  с  высоким  значением  параметра 
крутки,  равным  8,9. Скорости  таким  образом  закрученной  струи  воздуха  имеют  направления, 
почти нормальные к направлению скорости парогазопыли. В результате летучие вещества должны 
от струи парогазопыли и отделяться сгорать в вихре вокруг зоны рециркуляции газов, повышая их 
температуры и температуру примыкающего соя вторичного воздуха. 
Главное, на наш взгляд, - это то, что отделившиеся летучие от струи парогазопыли, не будут 
мешать доступу вторичного воздуха к коксовому остатку угольной пыли. 
Разработан эскизный проект пароэжектора для транспорта угольной ПВКр под разрежением в 
топочную камеру. 
Массовый  расход  пара  с  начальным  давлением 
  составляет 
  от 
паропроизводительности  котла  БКЗ-75-39Ф  ТТЭЦ-2  и 
  от  расхода  топлива.  Достоинством 
пароэжектора  является  возможность  его  изготовления  в  местных  условиях.  При  наличии  ВВД 
(расчетное необходимое значение напора на подачу угольной ПВКр ) 
или воздуходувки 
с
м
ПГП
77
,
23
=
ω
мм
d
64
=
с
м
ПГП
27
,
69
=
ω
мм
d
5
,
37
=
с
м
ПГП
7
,
141
=
ω
мм
d
2
,
26
=
27
,
69
;
7
,
141
=
ПГП
ω
с
м
77
,
23
(
)
С
0
801
(
)
с
054
,
0
ат
10
%
19
,
0
%
9
,
4
2
350
м
кгс

Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
76  
лучше  применять  систему  ПВКд  под  давлением.  К  тому  же  освоена  система  подачи  угольной 
ПВКд  до 
  и  выше [12, 13]. В  данной  работе  используются  такие  общеизвестные 
преимущества системы подачи угольной ПВК, как увеличение скорости кинетической реакции на 
. Вследствие повышения средного значения абсолютной температуры газов на 
 
[14],  подавление  образования  окислов  азота  до  двух  раз [15]. Уменьшение  металлоемкости 
пылесистемы,  автономность  пылепитания  горелок  благодаря  установке  индивидуальных 
эжекторов, упрощения конструкции горелок и соответствующее снижение трудозатрат на ремонт 
и повышение ремонтопригодности пылепроводов и горелок, снижение износа пылепроводов. 
Выводы 
1.
 
Разработанный  эскизный  проект  ПГСПГ  с  системой  подачи  угольно  ПВК  рекомендуется 
нами для всесторонней дальнейшей подготовки к внедрению на Текелийской ТЭЦ-2. 
Предложенная  методика  расчета  и  разработка  пиролизной  горелки  со  сдвигом  топочных 
процессов (ПГСПГ) с подачей угольной пыли высокой концентрации (ПВК) требует дальнейшего 
развития. 
2.
 
На кафедре общей теплотехники АЭИ получены впервые интересные опытные результаты 
по  подавлению  образования  окиси  азота  путем  предварительного  нагрева  пыли  Экибастузского 
угля  в  инертной  среде  до 
  и  сдвига  процессов  горения  на  время  от 0 до , 
а  также 
путем  восстановлени  окиси  азота  в  дымовых  газах  натуральной  угольной  пылью  и  коксовой 
пылью Экибастузского угля  (
,  температура коксования ). 
Однако  полученное  на  огневой  опытной  установке  снижение  концентрации  окиси  азота  до 
раз  при  различных  режимах  меньше,  чем  расчетные  кинетические  данные [9], которые 
хорошо согласуются с известными экспериментальными результатами В.И. Бабия и Куваева Ю.Ф. 
при обычных для топочных процессов температурах. 
3.
 
Поэтому  задачей  ближайших  исследований  является  создание  специальной  установки, 
исключающей различные присосы воздуха, например, через пылепитатель, и позволяющий строго 
контролировать  заданные  температурные,  концентрационные  и  скоростные  режимы  и  получать 
более точные количественные результаты. Таким образом, полученные результаты, подтверждают 
исходные  предпосылки  о  возможности  организации  достаточно  эффективных  топочных 
процессов,  отвечающих  современным  энергетическим  и  экологическим  требованиям,  путем 
одновременного упрощения конструкции горелочных устройств и пылесистемы. 
4.
 
Воказании помощи в ускорении подготовки и внедрения ПГСПГ с подачей угольной ПВК 
в  производство  с целью  решения  весьма  актуальной энергетической охраны  окружающей  среды. 
Следует подчеркнуть, то, что ПГСПГ с подачей угольной ПВК хорошо вписывается в организацию 
топочных  процессов  горения  может  значительно  повысить  энергетические  и  экологические 
характеристики потенциально эффективных тангенциальных и кольцевых топок. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
[1] Пугач Л.И. Энергетика и экология: Учебник. – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2003. – 504 с. 
[2] Гладков В.П., Куновский Г.П., Рейнина С.З. Методика расчета системы пылепитания с высокой концентрацией 
пыли под разрежением //Системы и оборудование пылепитания паровых котлов//.  Тр. ЦКТИ. 1983. 203. - С. 21-28. 
[3]  Опыт  эксплуатации  и  исследование  системы  пылеподачи  с  высокой  концентрацией  пыли  при  сжигании 
АШ//Кесова Л.А., Красноштан Н.Н., Довготелес Г.А. и др. /Теплоэнергетика. 1992. №3. - С. 57-61. 
[4] Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. М.: Энергоатомиздат, 1986. 208 с. 
[5]  Хмыров  В.И.,  Зуйков  В.Е.,  Панченко  Т.Я.  Выход  оксидов  азота  при  горении  летучих,  образующихся  при 
пиролизе угля /Горелочные устройства энергетических котлов. – Алматы: КазНИИЭ, 1991. - С. 63-69. 
[6] Тепловые испытания котлов ЯРРОУ ст. /ТЭЦ-1/ и БКЗ-75-39Ф ст. №2 /ТЭЦ-2/ Текелийской энергокомбината 
ПОЭиЭ  «Алматыэнерго»  при  сжигании  угля  Шубаркольского  месторождения  /С.С.  Диамбеков. – Алматы:  ИФ 
«Казтехэнерго», 1993. 42 с. 
[7] Расчеты по котлоагрегату БКЗ-75-39Ф ТЭЦ №2 Текелийского с/ц комбината /станционные №№1/. – Барнаул: 
БКЗ, 1956. – 68 с. 
[8]  Здановский  В.Г.,  Кириченко  А.Ф.,  Яхимович  А.Г.  Особенности  эксплуатации  схемы  подачи  пыли  высокой 
концентрации под разрежением//Электрические станции. – 1988. - №10. - С. 22-25. 
[9] Жуйков А.В., Кулагин В.А., Радзюк А.Ю.Способ уменьшения выбросов оксидов азота от котла БКЗ-75-39ФБ, 
работающего на ирша-бородинских углях// Промышленная энергетика. 2011. №8. - С. 9-11. 
кг
кг
250
%
16
5
÷
%
17
5
÷
С
0
750
с
1
,
0
%
18
100
=
R
С
0
900
4
2
÷

ISSN 2224–5227                                                                                                                               
№ 3. 2016  
 
 
77 
[10]  Палатник  И.Б.,  Темирбаев  Д.Ж.  Закономерности  распространения  осесимметричной  воздушной  струи  в 
сносящем однородном потоке /Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. – Алматы.: Наука. 1967. Вып.4. - 
С. 196-216. 
[11]  Исследование  термохимии  окислов  азота  горения  Экибастузского  угля  высокой  концентрации 
//Заключительный отчет по договору №17/91/ Д.Ж. Темирбаев. – Алматы; АЭИ, 1993.- 48 с. 
[12] Опыт эксплуатации и исследование системы пылеподачи с высокой концентрацией пыли, при сжигании АШ 
/Л.А. Кесова, Л.Л. Красноштан, Г.А. Довготелес и др.//Теплоэнергетика. 1992. №3. - С. 57-61. 
[13 ]Попов  А.А.,  Тарасов  А.И.,  Музлов  В.А.  Опыт  эксплуатации  и  исследования  системы  с  концентрированной 
подачей пыли под давлением на блоке 500 МВт котла П-49 Назаровской ГРЭС//Системы и оборудование пылепитания 
паровых котлов/Тр. ЦКТИ. 1983. Вып. 203. - С. 54-60. 
[14]  Кесова  Л.А.,  Крыжановский  В.Н.  Повышение  эффективности  сжигания  низкореакционного  пылевидного 
топлива//Изв. ВУЗов. Энергетика. 1989. №9. - С. 84-86. 
[15]  Концентрированная  подача  пыли  в  горелка  котлов  как  средство  снижения  содержания  оксидов  азота/Л.И. 
Пугач, Н.Н. Скерко, А.Н. Волобуев, А.Н. Казанский//Электрические станции. 1989. №6. - С. 17-20. 
 
REFERENCES 
 
 
[1] Pugach L.I., Energy and Ecology: Textbook. - Novosibirsk: Publishing house of  Novosibirsk State Technical 
University, 2003. - 504 p. 
[2] Gladkov V.P., Kuhn G.P., Reinin S.Z., Method of calculation system of dust power with a high concentration of dust 
under vacuum // Systems and equipment burning power boilers //. Tr. CKTI. 203. 1983. - p. 21-28. 
[3]  Operating experience and research of dust feed system with a high concentration of dust from the combustion of ASH // 
Kesova L.A ., Krasnoshtan N.N., G.A .Dovgoteles and etc. / Thermal Engineering. 1992. №3. - p. 57-61. 
[4] Babiy V.I., Kuva Y.F., The burning of coal dust and coal-dust torch calculation. - M.: Energoatomisdat, 1986. - 208 p. 
[5] Khmyrov V.I., Zuikov V.E., Panchenko T.Ya., The output of nitrogen oxides during the combustion of volatiles formed 
during coal pyrolysis / Burner devices power boilers. - Almaty KazNIIE, 1991. - p. 63-69. 
[6] Thermal testing boilers Yarrow Art. / CHP-1 and / BKZ-75-39F Art. №2 / TPP-2 / Tekeliysky power complex POEiE 
"Almatyenergo" the burning of coal deposits Shubarkol /S.S. Diambekov. - Almaty: IF "Kaztehenergo", 1993. - 42 p. 
[7] Calculations on BKZ-75-39F №2 CHP Tekeli  Plant / Station  №1 /. - Barnaul: the Concert Hall, 1956. - 68 p. 
[8] Zdanovskiy V.G., Kirichenko A.F., Yahimovich A.G., Features of operation of the high concentration of dust supply 
schemes under vacuum // Electric stations. - 1988. - №10. - p. 22-25. 
[9] Zhuikov A.V., Kulagin V.A., Radzyuk A.Yu., The way of reduce nitrogen oxide emissions from the boiler BKZ-75-
39FB working on Irsha-Borodino coal // Industrial power. 2011. №8. - p. 9-11. 
[10] Palatnik I.B., Temirbaev D.Zh., Distribution Patterns of axisymmetric air jet into razing uniform flow / Thermal 
energy and Applied Problems of Thermal Physics. - Almaty .: Science. 1967 vol.4. - p. 196-216. 
[11] A study of thermochemistry high concentration of nitrogen oxides Ekibastuz coal combustion // Final report under the 
agreement №17 / 91 / D.Zh. Temirbaev. - Almaty; AEI, 1993.- 48 p. 
[12] Operating experience and research dust system with a high concentration of dust, the burning of DB /L.A. Kesova, 
L.L. Krasnoshtan, G.A. Dovgoteles etc .// Thermal Engineering. 1992. №3. - p. 57-61.  
[13] Popov A.A., Tarasov A.I., Muzlov V.A., The experience and research system with concentrated feed dust pressure on the 
block of 500 MW boiler P-49 // Nazarovo GRES systems and equipment dustpower boilers / Tr. CKTI. 1983. Vol. 203. p. 54-60. 
[14] Kesova L.A., Kryzhanovsky  V.N., Improving the efficiency of the combustion of  low-reactive pulverized fuel // 
Math. Universities. Energy. 1989. №9. - p. 84-86. 
[15] The concentrated dust supply to the boiler burner as a means of reducing the amount of nitrogen oxides. / L.I. Pugach, 
N.N. Skerko,  A.N. Volobuev, A.N. Kazan // Electric stations. 1989. №6. - p. 17-20. 
 

жүктеу/скачать 9,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: