Министерство тяжелого энергетического и транспортного машиностроения СССР

Тех уттр каление

Министерство газояоб промышленности СССР Техулраалеиие

Министерство энергетики и электрификации СССР

Главтехупраалеиие

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ КОТЛОВ

РД 34.02.304-88

Ьсесоюзным Дважды Ц^дспо а р^диои! v Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом им. ФЭ.Дзержннского (ВТИ им. Ф.Э.Дэер-жинского), Научно-производственным объединением Центральный котло-турбинный институт нм. И.И.Ползунова (НПО ЦКТИ). Среднеазиатским филиалом Всесоюзного научно-исследовательского института газовой промышленности (САФ ВНИИПромгаэ), Харьковским филиалом ЦКБ ВО «Союзэнергоремонт»

В.И Бабий.А.Д.Горбаненко. Ю.П.Енякин, В.Р.Котлер, |т.Ь.ЭФендиев| (ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского); Л.Н.Гусев, Н.Г.Жме-рик, Н.С.Шестаков (НПО ЦКТИ); В.П.Васнльев, П.А.Кадыров, Н.В.Тимо-шнн, Л-М.Цирульников (САФ ВНИИ-Промгаз); М.М.Левин (ХФ ЦКБ СЭР)

Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации Минэнерго

СССР «20» июля 1988 г.

Заместитель начальника    А.П.Берсенев

Техническим управлением Министерства тяжелого энергетического и транспортно-

на ЭВМ содержания окислов азота для газомазутных котлов приведена в рекомендуемом приложении 5.

5. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ ИЛИ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПРИ СОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ УГЛЯ С МАЗУТОМ ИЛИ ГАЗОМ

5.1.    При проектировании новых котлов, рассчитанных на сжигание у г.1я и природного газа или угля и мазута, расчет выбросов окислов азота должен выполняться для случая работы котла с номинальной нагрузкой полностью на худшем в экологическом отношении топливе. Приведенное содержание азота на I ГДж у всех марок углей выше, чем у мазута, а у природного газа связанный азот вообще отсутству-

Следовательно, для котлов, которые проектируются на несколько видов топлива, включая уголь, расчет выбросов окислов азота следует выполнять по формулам раздела 3.

5.2.    В действующих котлах часто сжигаются одновременно уголь н мазут или уголь н газ. В этом случае расчет удельных выбросов Кно,

(кг/ГДж) или концентрации окислов азота Cno, (г/м*) проводится по следующим формулам:

KScb=qi(KNO,)i+q»(^o,h+... ;    (2®)

C?To,=qi(CNo,)i+qj(CNO,)*+-» «    (21)

где qi, q₂,... — доля каждого из видов топлива по тепловыделению в топке, т.е.

„_B,.(QS),    „_В^а (QE) *

Я.--q— , Я»--

т.д..

где В,|. Вр₂, ... — расчетный расход каждого нз видов топлива на котел, кг/с; (Q£)i, (Qf!)*... — теплота сгорания каждого из видов топлива, МДж/кг; Q, — суммарное тепловыделение в топке, МВт; (Кйо,)|, (Kno)i— удельные выбросы окислов азота в пересчете на НО* кг/1 Дж, рассчитанные исходя из предположения, что котел работает только на одном виде топлива. Соответственно, при сжигании угля величина Kno, определяется по формуле (5), а при сжигании газа или мазута — по формуле (13); (Cno,)i. (Cno,)* — концентрации окислов азота в пересчете на NO* в г/м¹, рассчитанные исходя из предположения, что котел работает на одном виде топлива. Соответственно, при сжигании угля величина Cno, определяется по формулам р.З, а при сжигании газа или мазута — по формуле (13).

5.3. По усредненным таким образом удельным выбросам КЗЗо,, или концентрации окислов азота Сир, можно рассчитать секундный

выброс окислов азота М\о„г/с. Для этого пользуются формулами (1) или (2), подставляя условно усредненные значения QS) (МДж/кг), v_r (м³/кг) и суммарный расход топлива В (кг/с):

В=(В_Р)|+(В_Р),+...;    ₍₂₂₎

(Qb»^j (OS)»* (Bp)i-j-...

^    (В,),+(В,;,+...    '    (23)

»_г=и?+(а —l)v°.    (24)

Для определения условно усредненного объема дымовых газов необходимо рассчитать условные расходы дымовых газов и воздуха при стехиометрическом сжигании каждого вида топлива

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Справочное

ю

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Справочное

Таблица 3

Промер расчета удельных амбросоа в аомцемтрацин окислов амта арм сжагаава гаер дог о тоалава

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Рекомендуемое

ПОДПРОГРАММА РАСЧЕТА НА ЭВМ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА ДЛЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ

Подпрограмма написана на языке Фортран применительно к машине БЭСМ-6 н является дополнением к Программе ТКЗ-ЦКТИ для позонного расчета горения и теплообмена в топочных камерах.

Кроме принятых в этой программе использованы следующие параметры:

SUBROUTINE AZOT-REAL KN02TR, KN02B3, KN02 DIMENSION ZH (17, 12)

READ 5, TIR GOR, PLG, PL1, PC, WIW2, DLT, DL3, DLSBR, NZ, VOG, VO 5 FORMAT (8F5, 2, 15, 2F5.2)

TAG=ZH (8NZ)+273

IF (0.9. LE. PLG. AND. PLG. LE. 1.3) GO TO 10 PRINT 215.

PRINT9, PLG

9    FORMAT (70X, 'АГР=', F8.3)

10    IF (8.24.LE.PL1.AND.PL1.LE.041) GO TO 20 PRINT 215.

PRINT 19, PL1.

19    FORMAT (70X, 'АПВ=; F8.3)

20    IF (8. LE. RG. AND. RG. LE. 30) GO TO 30 PRINT 215

PRINT 29, RG

29    FORMAT (70X, 'РГ=', F8.3)

30    IF (TAG. LT. 1250.) GO TO 35 IF (2050. LT. TAG.) GO TO 45 GO TO 40

35 PRINT 39

39    FORMAT ('Внимание! Вследствие ТАГ меньше 1250 счет остановлен')

GO ТО 95 PRINT 215

45    PRINT 46, TAG

46    FORMAT (70X ,'ТАГ=', F8.3)

40    PNT = 10, * PNP/ORN VG=VOG+0.4 *”VO

PLAG = PLG + DLT/2. + DL3 + DLSBR PSIL1 =>= 1.73 * PL1+0.48 PSIRG=1.-0.016 * SQRT(RG)

IF(TIPGOR.LT. 0.5) GO TO 50

IF(1.0. LE. WIW2. AND. WIW2. LE. 1.7)GO TO 55

PRINT 54, WIW2

54    FORMAT (70X, 'OC = ', F8.3)

55    RS!LG= (0.35 * PLG+0.4) * * 2 PS1SM=0.4 * WIW2 • * 2+0.32 GO TO 60

50 IF( 1.5. LE. WIW2. AND. WIW2. LE. 2.4)GO TO 57 PRINT 215 PRINT 56, WIW2

56    FORMAT (70X. 'OC=', F8.31

57    PSILG = (0.53 * PLG+0,12) * • 2

PSISM=0.98 *    W1W2-0.47

PSIV=0.1I • (TAG-1100) • * (1./3)

KNO2TR=0,7 • PNT * PSIL1 • PSIRG * PSILG * PSISM • PSIV

IF (TAGLT. 1800) GO TO 70    .

KN02B3=1.54D16 * SQRT ((PLAG-1.)/ PLAG) *

EXP Г-6.7Е4/ TAG /SQRT(TAG))

GO TO 80 KNO2B3=0

KN02= KN02TR + KN02B3 KN02 = CN02 • QRN/VG PRINT 100

i FORMAT (42X. 'исходные данные д ля расчета окислов азота'//) IF(TIPGOR. LE. 0.5) GO ТО ПО.

PRINT 105

i FORMAT(47X, 'тип горелки — вихревая'//)

GOTO 118 1 PRINT 115

» FORMAT (47Х, 'тип горелки — прямоточная'//)

1 PRINT 120    .    .

) FORMAT (25Х, 77 (25Х, 77('-'))

PRINT 125

> FORMAT (27Х, ТТ', 5Х, 'АГР', 4Х, 'АПВ', 4Х,

'РГ. 5Х, 'ОС', 5Х. 'AT', 5Х, 'ATP', 4Х,

'АСБ', 4Х, 'НЗ', 5Х, 'ОГ', 5Х. 'ОВ')

PRINT 120 PRINT 130

О FORMAT (25Х, '3(3X, '-ЗХ)' ЗХ, ЗХ,

5(ЗХ, '-ЗХ). 2(1Х, 'НМ³/КГ))

PRINT 120

PRINT 135, TIP GOR, PLG, PL1, PC, W1W2, DLT, DL3, DLSBR, N3.VOG, VO 5 FORMAT (25X, 8F 7.3, 2X, 12, 3X, 2F7.3)

PRINT 120 DO 140 1 = 1,5 О PRINT 145 5 FORMAT (128X)

PRINT 150

Ю FORMAT (47X, 'сводная таблица расчетных величин'//) PRINT 160.

50 FORMAT (32X, 63('-'))

PRINT 165

i5 FORMAT (34X, 'N наименование', 17X, 'обознач. размерн. значение'/)

PRINT 170

Ч) FORMAT (ЗЗХ, 'п/п расчетных величин', Э0Х, 'величин') PRINT 160

PRINT 175, KNOTR 175 FORMAT (34X, 'I топливные окислы азота', 9X, 'КТП КГ/ГДЖ', F8.3)

PRINT 180, KN02B3 180 FORMAT (34X, '2 воздушные окислы азота', 9Х, 'КВЗ КГ/ГДЖ', F8.3)

PRINT 185, KN02 185 FORMAT (34Х, '3 суммарные окислы азота', 9Х, 'КСМ КГ/КДЖ', F8.3)

PRINT 190, CN02 190 FORMAT (34Х, '4 концентрация окислов азота', 9Х,

'CNO г/м¹', F8.3)

CONTINUE PRINT 160 DO 195, 1 = 1,5 195 PRINT 200 200 FORMAT (128X)

PRINT 205

205 FORMAT (115X, 12 ('-')    /    115X,    'факел')

PRINT 210.

210 FORMAT (T 126('-').    'I')

215 PRINT 220

220 FORMAT ('Внимание! За пределы проверенного диапазона' * IX, 'выходит исходный параметр')

RETURN

END

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Рекомендуемое

Программа расчета на ЭВМ содержания окисло* азота для газом аз утлых котлов

Программа написана на языке Фортран применительно к машине ЕС СМ-1420.

В программе употребляются параметры, приведенные в табл. 6.

Таблица 6

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА

С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ КОТЛОВ

Срок действия установлен с 01.12.88 до 01.12.98

Настоящие Методические указания распространяются на паровые котлы паропроизводительностью 75 т/ч и выше и водогрейные котлы мощностью 50 Гкал/ч и больше, сжигающие твердое, жидкое и газообразное топливо в факельных топочных устройствах, и устанавливают порядок и методы расчета выбросов окислов азота при проектировании новых и реконструкции действующих котлов.

Сжигание топлива на тепловых электростанциях и в котельных приводит к выбросу в атмосферу продуктов сгорания органического топлива, содержащих токсичные окислы азота (главным образом окись азота и в меньшей степени — двуокись).

Количество образующихся окислов азота зависит от характеристики топлива и от конструктивного исполнения топочной камеры, поэтому на стадии проектирования котлов необходимо провести расчет ожидаемых выбросов окислов азота и предусмотреть меры по снижению их до величин, максимально приближающихся к санитарным нормам допустимой загазованности атмосферного воздуха.

В топках при горении топлива образуется 95-99% окиси азота NO и 1-5% более токсичной двуокиси азота N& В атмосфере происходит неконтролируемое превращение NO в N0₂, в связи с чем расчет ведется условно на NOj. Для расчета доли двуокиси азота в суммарном содержании NO. в атмосферном воздухе при нормировании выбросов ТЭС применяется коэффициент 0,8.

Источниками окислов азота являются молекулярный азот воздуха, используемого в качестве окислителя при горении, и азотсодержащие компоненты топлива. В связи с этим принято делить окислы 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 так называемые «быстрые» окислы азота, образующиеся в зоне сравнительно низких температур в результате реакции углеводородных радикалов с молекулой азота и последующего взаимодействия атомарного азота с гидроксилом ОН.

2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА

2.1. Количественные значения выбросов окислов азота Ммо, (г/с) рассчитывают по удельным выбросам или по концентрации окислов азота:

(1)

(2)

где В, — расчетный расход топлива, кг/с (м³/с):

OS — теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/м³);

Смо, — концентрация окислов азота, г/м³, в сухой пробе газа при стандартных условиях и при определенном коэффициенте избытка воздуха а (рекомендуется все расчеты концентрации N0₂ при сжигании твердого топлива пересчитывать на а=1,4, а при сжигании газа и мазута — наа=1,)67);

Vc.r — объем сухих дымовых газов, м³/кг (м³/м³),при том же коэффициенте избытка воздуха а, что и Cno,

V_c._r=V?+0,984(a-i)V°-V8^,    (3)

где V°,    и Vh,o — с ответственно, объем воздуха, дымовых газов и

водяных паров при стехиометрическом сжигании 1 кг (или 1 м³) топлива, м³/кг (м³/м³).

Соотношение между удельными выбросами и концентрацией окислов азота определяют по формуле:

Kno,=Cno, Ve.r/QS    (4)

3. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА ДЛЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ

3.1.    Исходные данные, необходимые для расчета удельных выбросов:

_np — содержание азота в топливе в % на рабочую массу;

QS — теплота сгорания топлива, МДж/кг;

тип горелок (вихревые, прямоточные с подачей пыли высо кой концентрации);

са, — коэффициент избытка воздуха в горелках;

он — дошя первичного воздуха по отношению к теоретически необходимому;

г, — степень рециркуляции дымовых газов через горелки,%; •v₂/W| — отношение скоростей в выходном сечении горелок;

А о,— рисосы в топке;

Даэ— третичный воздух, подаваемый в топку помимо горелок;

Досвр — сбросной воздух при транспорте пыли к горелкам горячими воздухом;

Т" — температура за зоной активного горения, К.

3.2.    Удельные выбросы окислов азота Кмо, (кг/ГДж) складываются нз топливных к£о, и воздушных К5о, окислов азота:

KnO>= KnOj + Kno,    (5)

3.3.    Топливные окислы азота подсчитывают по формуле:

KjlS,=0.7.N_x-Pa.-p„-P4, k-fc.    (6)

где N, — содержание азота в топливе, кг/ГДж:

N_T= 10N/7QS.

Значения коэффициентов формулы (6) приведены в табл.1:

3.4.    При транспорте пыли к горелкам высокой концентрации значение КмК\ подсчитанное по формуле (6), умножают на коэффициент 0,8. При этом долю первичного воздуха ct| и отношение W2/W1 принимают равными тем значениям, которые были бы выбраны при обычной подаче пыли к горелкам первичным воздухом.

3.5.    Воздушные окислы азота образуются в зоне максимальных температур, то есть там, где поля концентраций, скоростей и температур отдельных горелок уже выровнялись. Следовательно, К5о. определяется в основном не особенностями горелок, а интегральными параметрами топочного процесса.

Для подсчета Кйо, используют зависимость, учитывающую известное уравнение Зельдовича:

_ -6700

Ш.= 1.54- lO'W^¹ -е ~ Л/Tir.    (8)

Otar

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

a?_r=a_r-f ^ Дат + ^а^р + Даз ,    (9)

Таг — температура на выходе из зоны активного горения, К.

Уравнение (8) справедливо в диапазоне коэффициентов избытка воздуха 1,05^а?г^1,4 и до температуры Т"_г=2050 К. При Т"_г<1800 К величиной Kn<$, можно пренебречь.

В табл.2 справочного приложения 1 приведены значения КЯо, при различных значениях а£'_г и Т£, а на черт. 1,2 и 3 — номограммы для приближенного расчета количества выбросов топливных и воздушных окислов азота КЯо, и КЯо,, а также их концентраций СЯо, и СЯо, в пересчете на коэффициент избытка воздуха а= 1,4 (Ог=6%)

Температуру в конце зоны активного горения Т1'_г рассчитывают по Руководящим указаниям «Проектирование топок с твердым шлакоудалением» (Ленинград. НПО ЦКТИ, вып.42, 1981/,

3.6. Величина воздушных окислов азота КУ£ может быть снижена за счет уменьшения Т"_г, причем эффективность любых мероприятий в этой отпасти будет тем больше, чем выше исходное значение температуры.

Снижение величины топливных окислов азота КЯо, может быть осуществлено путем изменения нескольких параметров, влияние которых учитывают приведенными выше безразмерными коэффициентами.

В качестве примера в табл.З справочного приложения 2 приведены расчеты для котлов с жидким и твердым шлакоудалением (БК$-210-140Ф на промпродукте кузнецких каменных углей, БКЗ-420-140-5 на экибастузском СС и ТПП-312 на донецком ГСШ). Программа расчета на ЭВМ удельных выбросов окислов азота для пылеугольных котлов приведена в рекомендуемом Приложении 3.

о.гч    o.j6    ом або о.гг о.оч ыг

сланцы: 3 - бурые угли.

4. PAC^UFT KOHUfch1РАЦПП wvynv^ivr^ ______

ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗА И МАЗУТА

4.1. Исходные данные, необходимые для расчета концентрации окислов азота в дымовых газах энергетических котлов:

Ощ — номинальная паропроизводигельность котла, кг/с;

£). — фактическая паропроизводительность котла, кг/с;

Q; — низшая располагаемая теплота сгорания топлива, МДж/м³ (МДж(кг);

В_р — располагаемый расход топлива, м³/с (кг/с Геометрические размеры зоны активного горения:

Зтл — ширина топки (в свету), м(при наличии двусветного экрана — ширина одной ячейки);

Вт — глубина топки (в свету), м;

Z„_p — число ярусов горелок,

h — расстояние между осями соседних горелок (по высоте), м; Т_в — температура воздуха перед горелками. К; а — коэффициент избытка воздуха в конце топки; г — степень (доля) рециркуляции дымовых газов, у₀ (не более 20%),

а^ — коэффициент, зависящий от места ввода рециркулируемых газов: в под топки — 0,0025, в шлицы под горелки — 0,01, вокруг амбразуры горелки — 0,02, в дутьевой воздух и вокруг амбразуры горелки со скоростью, равной выходной скорости воздуха — 0,025;

б — ноля воздуха, подаваемого во вторую ступень горения (не более 30% от общего расхода воздуха);

аот — коэффициент, учитывающий место подачи вторичного воздуха: навстречу факелу — 0,015, под горелками — 0,007, над горелками — 0,018;

g — водотопливное отношение при подаче влаги в зону горения [не более 10%);

а_м — коэффициент, учитывающий место ввода влаги: в корень факела через горелки — 0,025, в пристенную зону — 0,015;

N^p— содержание азота, связанного в топливе (мазуте), %.

4.2. На основании геометрических размеров топки определяем тепловую нагрузку лучевоспринимающей поверхности зоны активного горения

q.r=57-.    'У':⁸’    ,    с-• МВт/м*.    '10)

2(3тп Вт*) Znphup— 1,5згя*Втп

Примечание: при наличии в толке двусветного экрана В_р принимается на одну ячейку.

Для топок с однорядным расположением горелок (единичной мощностью от 30 до 60 МВт) Z,_ph„_p = 3 м. При подовой компоновке горелок — единичной мощностью от 50 до 100 МВт Z„_ph,_p = 7,5 м. Для горелок 101-160 МВт — Z*_ph„_p=I0 м.

4.3. Рассчитываем концентрацию окислов азота (мг/м³) при коэффициентах избытка воздуха 1,02 — при номинальной нагрузке — без применения каких-либо мероприятий по снижению вредных выбросов по формулам (при ц_лг в пределах 0,5<q„_r<3,0 МВт/м^г). При сжигании газа

СЬо,=^=613-_ч£?    (II)

При сжигании мазута

СЬ₀.= —=632&?+1000(N^p-0,25) (а-0,8).    (12)

Примечание: второй член учитывает «топливные» окислы азота.

4.4. Полученные результаты дополняем коэффициентами, учитывающими:

тепловую производительность топки, К„:

температуру воздуха, поступающего в горелки. Кг, (при

Т„<620 К);

коэффициент избытка воздуха, К»; рециркуляцию. К,; ступенчатое сжигание, Кп', подачу влаги, К«; действительную нагрузку котла, Kn.

СыО.= СмО.К*Кг,КаКгКлКал-Kn.    (13)