Основы современной малой энергетики

Ступенчатое сжигание топлива

При ступенчатом сжигании топлива горелки в топке котла размещают в несколько ярусов (обычно три-четыре яруса). Подача воздуха (избыток воздуха) изменяется тоже поярусно. Например, при двухступенчатом сжигании нижний ряд горелок получает недостаточное для стехиометрического горения количество воздуха, а верхние ряды горелок, наоборот, получают избыточное его количество.

Наилучший эффект дает трехступенчатое сжигание, прежде всего, на котлах с топками с жидким шлакоудалением, и особенно сжигание высокосернистых топлив при обеспечении минимальной газовой коррозии экранных труб.

Суть трехступенчатого сжигания состоит в том, что по высоте топочной камеры организуют три зоны. В первой (нижней) зоне топки сжигается основное количество топлива (70–85 %) при избытке воздуха близком к единице. На выход из зоны активного горения подается остальная часть топлива (15–30 %) и соответствующее количество воздуха с таким расчетом, чтобы суммарный избыток воздуха в ней составлял 0,9–0,95 (т. е. небольшой недостаток для полного сжигания топлива), благодаря чему в этой части топки создается зона с восстановительной средой, в которой продукты неполного горения (СО, Н2, Сn, Нm) восстанавливают уже образовавшиеся окислы азота N0 до N2.

Рис. 4.2. Принципиальная схема трехступенчатого сжигания топлива в топке

котла (a – избыток воздуха)

Выше этой зоны в верхней части топки организуется зона дожигания оставшихся продуктов неполного сгорания с участием третичного воздуха, подаваемого под повышенным давлением через специальные сопла (рис. 4.2).

Уменьшение выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании топлива в среднем составляет: при сжигании угля – до 40 %, при сжигании – мазута – до 35 %, при сжигании природного газа – до 45 %. Использование ступенчатого сжигания топлива в топке котла приводит к снижению технико-экономических показателей котла. Увеличивается избыток воздуха на выходе из топочной камеры, и при этом возрастает температура газов на выходе из топки в среднем на 4–5 °С, а КПД котла снижается на 0,2–0,5 %. Кроме того, несколько увеличивается расход электроэнергии на собственные нужды, что приводит к дополнительному снижению КПД котла нетто на 0,1–0,8 %.