Wtrysk balastu wodnego jako metoda zmniejszenia emisji tlenków azotu

Metoda wtrysku balastu wodnego jest jednym z najbardziej perspektywistycznych rozwiązań naukowo-technicznych. Skierowana jest ona przede wszystkim na zmniejszenie zanieczyszczeń atmosfery szkodliwymi produktami spalania paliwa organicznego. Przeprowadzona analiza pokazuje, że metoda wtrysku charakteryzuje się unikalnymi energo-ekologicznymi i techniczno-ekonomicznymi wskaźnikami spośród innych technologii ochrony atmosfery. Przesłanką do uzasadnienia tej metody jest zjawisko niejednorodności płomienia wzdłuż paleniska zarówno ze względu na jego skład jak i temperaturę. Przy czym różne strefy płomienia w różnym stopniu „odpowiedzialne” są za powstawanie poszczególnych składników. Temperaturowe warunki i koncentracje komponentów reakcji chemicznych w tych strefach wyznaczają intensywność generacji tlenków azotu (NOx) i ich końcowe stężenie w spalinach. Wtrysk wilgoci do dokładnie określonych stref płomienia obniża ich temperaturę będącą głównym czynnikiem przyśpieszającym generację NOx. Ponadto metoda ta pozwala zapewnić zupełne spalanie przy obniżonym stężeniu wolnego tlenu, co również przyczynia się do zdławienia powstawania tlenków azotu. Opracowanie wykonane zostało dla dwóch kotłów PTVM-50 z palnikami DKZ (rys. 1) zainstalowanych w Drugiej Krasnogwadiejskiej kotłowni w Sankt-Petersburgu. Wstępne obliczenia wykazały, że metoda ta zapewnić może zmniejszenie emisji NOx o 25 do 30% przy wtryskiwaniu balastu w ilości do 1% ekwiwalentnej wydajności parowej kotła. Z kolei zmniejszenie nadmiaru powietrza i towarzyszące temu obniżenie strat ciepła spalinowych powinno pozwolić na zwiększenie sprawności kotła brutto o około 1%. Powyższe założenia zrealizowane zostały w trakcie badań. Ponadto opracowana została optymalna konstrukcja głowicy do wtryskiwania wilgoci, która nakręcana była w miejscu głowicy rozpylającej mazut (rys. 3). Wykorzystanie takiego rozwiązania pozwoliło na pomiary emisji NOx w spalinach, które zaprezentowane zostały w pracy (rys. 4 i rys. 5). W trakcie przeprowadzonej analizy uwzględniane zostały trzy poziomy ewentualnego wpływu emisji ze spalinami kotłów na zanieczyszczenie atmosfery.

The water ballast injection method is one of the most prospective scientific and technical solutions. Its chief purpose is to reduce the pollution of air with harmful products of organic fuel combustion. The analysis conducted demonstrates that the injection method is characterized by unique energy efficiency and environmental friendly indices as compared to other air quality protection methods. The phenomenon of the heterogeneity of the flame along the furnace considering both its composition and temperature constitutes the grounds of this method. Various flame areas are “responsible” to a different extent for the occurrence of individual components. The temperature conditions and the concentrations of the components of chemical reactions in these areas determine the intensity of the generation of nitrogen oxides (NOx) and their final concentration in fumes. An injection of humidity into accurately specified flame areas lowers their temperature, which constitutes the main factor that accelerates the generation of NOx. Furthermore, this method guarantees complete combustion with a reduced concentration of free oxygen, which also contributes to a suppressed occurrence of nitrogen oxides. The present study was performed for two PTVM-50 boilers with DKZ burners (Fig. 1) that are installed in the Second Krasnogwadiejski Boiler Plant in Sankt-Petersburg. Preliminary calculations demonstrated that this method may guarantee a reduction of NOx emissions by 30 per cent with a balance injection in a quantity up to 1 per cent of the equivalent steam boiler performance. A reduction of excess air and the accompanying reduction of fume heat loss should permit an increased gross boiler efficiency by ca. 1 per cent. The aforementioned assumptions were realized during the studies. Furthermore, an optimal design was developed of a head for humidity injection, which was installed in the place of a head that sprays mazut (Fig. 3). The use of this solution permitted measurements of NOx emission in fumes, which are presented in the study (Fig. 4 and Fig. 5). In the analysis conducted, three levels were taken into account of the possible impact of the emissions of fumes from boiler on air pollution.