ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА

При сжигании твердого топлива в топочных камерах котлоагрегатов в атмосферу выделяются как основные продукты сгорания (СО₂, Н₂О, N₂), так и ряд других загрязняющих веществ (золовые частицы, оксиды серы SO₂ и SO₃, оксиды азота NO и NO₂ и пр.). В большинстве стран мира выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от теплоэлектростанций регламентированы, т.к. оказывают негативное влияние на человеческую деятельность [1]. В последнее время в РФ внедрены стандарты по выбросам оксидов серы и азота (SO₂ и NO₂). Источников выбросов загрязняющих веществ на теплоэлектростанциях являются котельные агрегаты.

Как видно, эксплуатация теплоэлектростанций, работающих на сжигании твердого топлива, приводит к значительному загрязнению окружающей среды. В результате этого процесса в атмосферу выбрасываются различные вредные вещества, такие как диоксид серы, оксиды азота, тяжелые металлы и другие вредные компоненты. Эти выбросы негативно сказываются на качестве воздуха, почвы и воды, вызывая серьезные проблемы для экосистем и здоровья людей [2]. Для того чтобы уменьшить негативные экологические последствия эксплуатации теплоэлектростанций необходимо совершенствовать процессы сжигания твердого топлива. 

Один из способов борьбы с этими проблемами – внедрение современных систем очистки отходящих газов и пыли. Такие системы позволяют значительно снизить выбросы токсичных веществ в атмосферу и улучшить качество воздуха вокруг электростанции. Кроме того, важно совершенствовать технологии сжигания твердого топлива, с целью уменьшения его потребления и повышения эффективности процесса. Это позволит уменьшить количества выбросов и загрязнений, связанных с эксплуатацией станций. Также стоит обращать внимание на использование альтернативных источников энергии, которые могут быть более экологически безопасными и эффективными.

Существуют различные технологии подавления выбросов оксидов азота на этапе сжигания. Одним из таких способов является организация двухступенчатого сжигания [3]. Двухступенчатое сжигание топлива - это процесс, при котором топливо сначала сжигается в первой ступени, а затем продукты сгорания подвергаются дополнительному сжиганию во второй ступени. Такой подход позволяет более эффективно использовать тепловую энергию, а также уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Одним из способов организации двухступенчатого сжигания является применение специальной конструкции горелок (рис. 1), в которых создается зона горения при недостатке воздуха (коэффициент избытка воздуха ниже стехиометрического соотношения).

Рис. 1. Схема низкоэмиссионной горелки: А – зона выхода летучих; В – выделение промежуточных радикалов; С – зона восстановления NO; D – окислительная зона; 1 – мазутная форсунка; 2 – аэросмесь; 3 –внутренний воздушный канал; 4 – внешний воздушный канал; 5 – аксиальный лопаточный аппарат; 6 – стабилизатор

Смесь угольной пыли и воздуха подается через центральную трубу, а вторичный воздух разделяется на два потока: периферийный и внутренний. Горелка оснащена стабилизатором, обеспечивающим интенсивное воспламенение в непосредственной близости от сопла топливовоздушной смеси. Быстрое воспламенение способствует выходу летучих, а внутренняя рециркуляция позволяет обеспечить достаточную зону восстановления [4]. Попадание летучих в зону с недостатком кислорода приводит к тому, что азотсодержащие компоненты переходят в молекулярный азот, а не в его оксиды.

Одним из основных преимуществ двухступенчатого сжигания топлива является снижение выбросов загрязняющих веществ, таких как диоксид серы, оксид азота и твердые частицы. Эти вредные вещества способствуют загрязнению воздуха и вредно влияют на здоровье людей и окружающую среду. Поэтому использование двухступенчатого сжигания позволяет сократить негативные экологические последствия при эксплуатации теплоэлектростанций. Кроме того, двухступенчатое сжигание топлива способствует повышению энергетической эффективности процесса сжигания [5]. Благодаря более полному сгоранию топлива удалось увеличить выход тепловой энергии и уменьшить потери энергии при сжигании. Это позволяет сэкономить ресурсы и снизить затраты на производство электроэнергии, что также положительно сказывается на окружающей среде. 

Двухступенчатое сжигание топлива является эффективным методом снижения выбросов вредных веществ в атмосферу при эксплуатации теплоэлектростанций. Основным преимуществом этой технологии является увеличение полноты сгорания топлива и снижение количества шлака и нерастворимых остатков. Это позволяет улучшить экологические показатели работы станции и сократить вредное воздействие на окружающую среду.

Повсеместное внедрение двухступенчатого сжигания также позволяет повысить энергоэффективность работы теплоэлектростанций за счет уменьшения потерь тепла и увеличения выработки электроэнергии. Это важно с учетом необходимости сокращения потребления природных ресурсов и снижения зависимости от ископаемого топлива.

Кроме того, двухступенчатое сжигание позволяет сократить расходы на обслуживание и ремонт оборудования благодаря снижению износа компонентов системы подачи топлива и горения. Это способствует увеличению срока службы оборудования и снижению операционных расходов, что является важным фактором для экономической эффективности работы теплоэлектростанции. Таким образом, повсеместное внедрение двухступенчатого сжигания топлива не только снижает вредные выбросы и улучшает экологическую обстановку, но и способствует повышению эффективности и надежности работы энергетических установок.

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось выполнение анализа относительно возможности снижения вредных выбросов теплоэлектростанций за счет внедрение двухступенчатого сжигания топлива. В рамках статьи подтверждается необходимость повсеместной интеграции данной технологии, которая позволяет минимизировать негативные риски при эксплуатации теплоэлектростанций, а также предоставляет ряд иных объективных преимуществ для данной сферы.