Отрицательные последствия применения двухступенчатого сжигания

Для пылеугольных котлов такими отрицательными последствиями являются:

– повышение температуры газов на выходе из топки , связанное с торможением процесса горения на начальном участке (из-за искусственного создания дефицита кислорода);

– увеличение потерь тепла с механической неполнотой горения q₄, особенно при недостаточной высоте топочной камеры, т. е. при высоком значении теплового напряжения объёма топочной камеры (q_v);

– опасность для котлов сверхкритического давления образования высокотемпературной коррозии топочных экранов, если восстановительная среда будет создаваться вблизи экранных поверхностей нагрева);

– возможность шлакования ширмовых или первых по ходу газа конвективных поверхностей нагрев из-за повышения температуры на выходе из топочной камеры котла, а также топочных экранов из-за снижения плавкостных характеристик минеральной части углей при переходе с окислительной к восстановительной среде.

Два последних из перечисленных факторов в значительной степени зависят от характеристик топлива (состава минеральной части и содержания серы), аэродинамики топочной камеры (тангенциальной, встречного или однофронтального расположения горелок), способа термической подготовки твердого топлива перед сжиганием и температуры экранных поверхностей. Следует отметить, что при сжигании сильно шлакующих топлив с высоким содержанием серы при близком расположении вихревых горелок от боковых экранов и для котлов сверхкритического давления опасность появления высокотемпературной коррозии или шлакования топочных экранов будет выше. Степень опасности этих факторов не поддается расчету и может быть оценена только путем перехода головных котлов каждой серии на схему ступенчатого сжигания.

Что касается первых двух факторов (повышение и q₄), то можно надеяться, что разрабатываемые в настоящее время математические модели топочного процесса (с учетом горения, аэродинамики и теплообмена) позволят в перспективе рассчитать значение этих величин. Большое значение имеет эффективность ступенчатого сжигания:

(1.3)

где и – концентрации NO_x в пересчете на NO₂ при  = 1,4 до и после перевода котла на схему ступенчатого сжигания.

Этот параметр также, вероятно, можно будет определить расчетным путем с использованием кинетической модели образования и разложения NО_x с учетом термических, топливных и быстрых оксидов азота. Однако перспектива использования кинетических уравнений для расчета эффективности ступенчатого сжигания представляется весьма отдаленной из-за разнообразия химических форм, в которых присутствует азот в топливе, а также из-за сложности учета аэродинамической структуры и температурных полей в топочной камере. Пока что для приблизительной оценки величины эффективности ступенчатого сжигания можно воспользоваться эмпирическими уравнениями, полученными при испытании пылеугольных котлов, переведенных на схему ступенчатого сжигания.

На основании вышеизложенного, схемы двухступенчатого сжигания следует рекомендовать прежде всего для котлов, эксплуатирующихся на газообразном бессернистом топливе. При использовании сернистых мазутов и сероводородных газов схема двухступенчатого сжигания может использоваться только на барабанных и водогрейных котлах. Применение ее на котлах СКД весьма проблематично из-за возможности возникновения в зоне горения нижней радиационной части сероводородной коррозии экранных труб. Применение двухступенчатого сжигания для котельных агрегатов, сжигающих угли Канско-Ачинского бассейна приведет к интенсификации шлакования и загрязнения поверхностей нагрева.