Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 42 )

Побочные эффекты

Почти стехиометрическое сжигание (при снижении избытка воздуха) снижает образование оксидов азота, но в то же время вызывает небольшое увеличение выбросов замеряемых SO2.

3.5.1.1.2  Подогрев редуцированного воздуха

Первоначально воздухоподогреватели использовались для улучшения теплопередачи от пламени к шихте. Тот факт, что их использование ведет к экономии энергопотребления, подтвердился на практике /14/.

Технические аспекты

При снижении температуры подогрева воздуха температура пламени снижается, и, как следствие, снижается образование оксидов азота. Снижение температуры подогрева может быть осуществлено посредством использования рекуперативных воздухоподогревателей вместо регенеративных воздухоподогревателей /11/. Однако при переходе от регенеративного к рекуперативному подогревателю, снижается способность плавления, приводя к необходимости в более крупном оборудовании и, как следствие, увеличению затрат. Кроме того, рекуперативные воздухоподогреватели ведут к снижению эффективности использования энергии. /14/

Побочные эффекты

Использование рекуперативных воздухоподогревателей вместо регенеративных ведет к снижению температуры пламени и, следовательно, качества стекла, удельного съема стекломассы и эффективности использования энергии /14/.

3.5.1.1.3  Ступенчатое сжигание

В классической установке для сжигания совокупность топлива и воздуха/кислорода инжектируется на одном и том же месте. Образующееся в результате пламя состоит из горячей и окисляющейся первичной зоны, расположенной у основания пламени и более холодной вторичной зоны, расположенной в конце пламени. В первичной зоне образуется большинство выбросов NOx, которые экспоненциально увеличиваются с температурой, в то время как доля вторичной зоны достаточно умеренна. Целью ступенчатого сжигания является снижение температуры в первичной зоне. Поэтому только часть топлива или воздуха/кислорода инжектируется на горелке, остальная часть инжектируется вниз по потоку в основной зоне горения.

Коэффициенты снижения выбросов в диапазоне от 50 до 70% достижимы посредством комбинирования ступенчатого сжигания с прочими первичными мерами. Предполагается, что от 30 до 50% снижения достигается от одного только ступенчатого сжигания. В лучшем случае можно добиться концентрации в районе 700 мг/Нм3. /24/

Ступенчатая подача воздуха/кислорода

Процесс ступенчатой подачи воздуха KORTING /25/ был испытан на трех топках в Германии в начале 90-х, потом на какое-то время о нем забыли. На воздушном эжекторе появились проблемы с техническим обслуживанием при высоких температурах. В любом случае, данная технология не позволяет нам добиваться высокой эффективности снижения в отличие от современных горелок с низкими выбросами NOx. /24, 27/

Ступенчатая подача кислорода, а также процесс ступенчатой подачи воздуха, обогащенного кислородом, (O. E.A. S.) /26/ все еще в стадии разработки (в США функционирует три испытательных печи), поэтому на данный момент невозможно делать выводы об эффективности и применимости данного процесса. /24/ В силу высокой стоимости кислорода данная технология вряд ли будет широко применяться /14/.

Ступенчатое сжигание топлива

Недостаток топлива в первичной зоне снижает температуру пламени. Насыщенная топливом вторичная зона становится редуцирующей и создает радикалы углеводорода, восстанавливающие NO в молекулярный азот. От 8 до 10% топлива инжектируется в воздух горения в распределительную горловину, приводя к образованию суб-стехиометрических условий в главном пламени и, таким образом, к пониженному образованию NOx. Оставшееся топливо инжектируется в топке и обеспечивает полное сжигание. По предоставленным данным, концентрации NOx составили 800 мг/м3, в то время как первоначально величины были в диапазоне от 1800 до 2200 мг/м3. /11/

Ступенчатое сжигание топлива оказалось достаточно привлекательным: его внедрили на 12 ванных стекловаренных печах в Германии для снижения выбросов оксидов азота /11/; однако ожидается, что установка новых горелок с более низкими выбросами NOx постепенно вытеснит данную практику. /14/.

Побочные эффекты

Никаких побочных эффектов обнаружено не было.

3.5.1.1.4 Рециркуляция отходящих газов

Технические аспекты

Данная технология в принципе схожа со ступенчатым сжиганием: выбросы NOx сокращаются за счет снижения температуры пламени. Вторичный воздух смешивается с частью отходящих газов, и бедный кислородом воздух инжектируется в топку как горючее вещество.

Было проведено три испытания рециркуляции отходящих газов в секторе производства стекла. /14/. Существует возможность добиться снижения коэффициентов выбросов NOx от 16 до 44%, но ввиду практической трудности внедрения данной технологии о ней пока забыли. /24/

Побочные эффекты

Побочных эффектов не наблюдалось. Но нужно признать, что опыт очень ограничен.

3.5.1.1.5 Дожигание / процесс 3R

Процесс дожигания и процесс 3R [reduce, reuse, recycle – восстановление, повторное использование и утилизация – прим. переводчика] являются схожими технологиями, базирующимися на одном и том же принципе. В литературе оба процесса рассматриваются как первичные меры по снижению выбросов NOx или вторичные варианты удаления NOx. В рамках данного отчета процесс дожигания / 3R будет представлен в качестве первичной меры, так как может сравниться с процессом ступенчатого сжигания топлива.

Технические аспекты

Как в процессе дожигания, так и в процессе 3R, NO или его прекурсоры (HCN, NHy), образуемые в зоне горения, подвергаются восстановлению инжектированием природного газа или топлива при входе отходящих газов в регенераторы из плавильной камеры. В процессе 3R углеводородное топливо впрыскивается в нисходящий поток отходящих газов стекловаренной печи. /28/ Добавленное топливо не горит, но пиролизуется и формирует радикалы, преобразующие оксиды азота в отходящих газах в азот и воду. Основное преимущество этого процесса заключается в использовании всех типов углеводородного топлива (природный газ, мазут...) /14, 19/. Воздух добавляется в восходящий поток зоны денитрификации для обеспечения сгорания оставшихся частиц «топлива».

Процесс дожигания находится в стадии экспериментальных разработок, в то время как процесс 3R применяется на немецкой фабрике по производству флоат-стекла. Концентрации оксидов азота на данной фабрике составляют ниже 500 мг/м3 /27/. В соответствии с /29, 30/, 3R успешно функционирует во флоат-печах в Финляндии и Калифорнии, и продемонстрирован на печах в производстве ТВ-стекла (в Корее /14/), тарного и фигурного стекла. Во всех случаях может быть достигнуто снижение выбросов оксидов азота до 85%. Еще одна печь фабрики по производству флоат-стекла в СК была оборудована 3R. Данная технология в данное время применяется двумя компаниями по производству флоат-стекла в США /14/.

Побочные эффекты

В силу того, что данный процесс базируется на впрыске углеводородного топлива, следует ожидать увеличения энергопотребления. Тем не менее, данная технология обеспечивает полное сжигание частиц остаточного топлива, и, как следствие, уровень CO может быть ниже, чем при традиционном сжигании.

Более того, при наличии дополнительного возврата тепла, дополнительные CO2, образуемые от повышенного использования топлива, могут компенсироваться снижением, возникающим от котлов на ископаемом топливе или от электростанции. /19/

3.5.1.1.6 Стекловаренные печи с низкими выбросами NOx

Технические аспекты

В последние годы были разработаны новые плавильные печи с низкими выбросами NOx: плавильные печи FlexMelter® и LoNOx® /28, 31/.

Плавильная печь LoNOx®-это комбинированная ванная стекловаренная печь, работающая на электричестве/ископаемом топливе с рекуперативным подогревом воздуха, включая ступень подогрева шихты. Для данной плавильной печи энергетический КПД был увеличен для компенсирования более низкого теплового КПД воздухоподогревателя по сравнению с регенератором, и теплопотребление данной модифицированной печи с рекуперативным подогревом может сравниться с традиционными печами с регенеративным подогревом: вначале отходящие газы из плавильных печей подаются в рекуперативный воздухоподогреватель и затем используется для подогрева стеклобоя. Температуры воздуха достигают 750 °C /22/. Данная плавильная печь позволяет добиваться концентраций NOx в отходящих газах ниже 500 мг/м3. /21, 27, 28, 31/ Данный тип плавильных печей с низкими выбросами NOx используется исключительно в производстве тарного стекла на уровне 70-80% стеклобоя, подвергаемого подогреву /14/.

Первоначально FlexMelter® была разработана для периодического производства, но в настоящее время эксплуатируется как в периодическом, так и непрерывном процессах. Типичные области применения – это стекловолокно для изоляции, автомобильного освещения и прочего специального стекла, такого как хрусталь. Относительно низкие температуры пламени от рекуперативных воздухоподогревателей препятствуют их использованию в производстве обычного листового стекла и большинства тарного стекла /14/.

В настоящее время в Германии функционируют три плавильные печи с низкими выбросами NOx общей мощностью приблизительно 800 Mг/д стекла. /14/

Побочные эффекты

Побочных эффектов не наблюдалось.

3.5.1.1.7 Кислороднотопливное сжигание

Технические аспекты

По данной очень эффективной, но дорогостоящей технологии, предварительно подогретый воздух горения заменяется на кислород высокой степени чистоты, и отпадает потребность в регенераторах. Несмотря на то, что получаемые концентрации оксида азота в отходящих газах повышаются при кислороднотопливном сжигании, массовые выбросы NOx снижаются. Поэтому необходимо рассматривать фактический массовый расход. Кислороднотопливное сжигание может применяться в горшковых печах и ванных печах периодического действия /33/. Переход от воздуха к 100% кислороду может привести к снижению энергопотребления на 50-60% /33/. Что касается достижимого уровня снижения NOx, /9/ показывает снижение в размере от 80 до 95% при кислороднотопливном сжигании по сравнению со сжиганием воздуха 100% (50%-в печах с низкой герметизацией /33/).