Рециркуляция дымовых газов дутьевым вентилятором котла

Зачем нужна рециркуляция дымовых газов и как она устроена

Рециркуляцию дымовых газов применяют в котельных, чтобы снизить образование оксидов азота NOx без замены горелочного устройства и без потери тепловой мощности котла. Часть охлаждённых дымовых газов забирают из газохода за экономайзером, где их температура уже упала до 300–400 °C, и возвращают обратно в зону горения — в дутьевой воздух перед горелкой или напрямую в топку через сопла. Возвращённые газы почти не содержат кислорода: они разбавляют горючую смесь, снижают локальную концентрацию O2 и понижают температуру ядра факела. Термический механизм образования NOx резко ускоряется при температуре факела выше 1300–1500 °C, поэтому даже небольшое снижение пиковой температуры даёт заметный эффект — на практике 20–40 % по выбросам оксидов азота.

У приёма есть и вторая функция — регулирование. Меняя долю рециркуляции, можно подстраивать температуру перегрева пара на выходе из котла и выравнивать температурное поле топки, убирая локальные перегревы у стен экрана. Это особенно важно на паровых котлах ТЭЦ, где стабильность параметров пара напрямую влияет на КПД турбинного цикла.

Организационно за подачу свежего воздуха на горение отвечает дутьевой вентилятор ВД или ВДН — подробный разбор их подбора для котла дан в статье дутьевой вентилятор для котла, а чем серии ВД и ВДН отличаются друг от друга — в статье ВД vs ВДН: чем отличаются. Рециркуляцию газов ведёт отдельная машина — вентилятор рециркуляции, который работает не на холодном атмосферном воздухе, а на горячем запылённом потоке уходящих газов. Смешивать эти две функции в одном аппарате нельзя: у них разные температурные и абразивные режимы работы.

Способы снижения NOx: место рециркуляции среди других методов

Рециркуляция дымовых газов — не единственный способ снизить выбросы оксидов азота, и на практике её часто комбинируют с другими приёмами первичного подавления NOx. Таблица ниже сравнивает три основных метода по эффекту и сложности внедрения.

Рециркуляция остаётся самым доступным первым шагом: её можно смонтировать на уже работающем котле, не трогая горелочное устройство, тогда как переход на низкоэмиссионные горелки — это реконструкция топочной части. На объектах, где нормативы по NOx уже поджимают, а бюджет на реконструкцию не выделен, рециркуляцию дымовых газов ставят как самостоятельное решение и получают 20–40 % снижения без остановки котла на длительный ремонт.

Как организовать рециркуляцию дымовых газов: пошагово

Внедрение рециркуляции — это последовательность из пяти шагов: от выбора точки отбора газов до настройки контроля по фактическим выбросам.

• 1
  Определить точку отбора дымовых газов

  Газы забирают из газохода за экономайзером, до дымососа (характеристики дымососов Д и ДН — в отдельной статье), где температура уже снизилась до 300–400 °C. Это компромисс: газы достаточно охлаждены для типового вентилятора рециркуляции, но ещё сохраняют инертную массу, нужную для подавления NOx.

• 2
  Задать долю рециркуляции

  Долю возвращаемых газов принимают в диапазоне 10–25 % от общего расхода дымовых газов котла. Расчётное значение уточняют по требуемому снижению NOx и допустимой просадке КПД, а точно подбирают уже на пусконаладке.

• 3
  Подобрать вентилятор рециркуляции и его исполнение

  Для горячего запылённого потока используют отдельный вентилятор рециркуляции газов (маркировка ВГД, ГД, либо дожимной дутьевой) — не обычный дутьевой ВД/ВДН для холодного воздуха. Рабочее колесо, вал и уплотнения выполняют в жаростойком, износостойком исполнении.

• 4
  Организовать ввод в дутьё или топку

  Возвращённые газы подмешивают в воздуховод дутьевого воздуха перед горелкой — так проще конструктивно, — либо подают напрямую в топку через отдельные сопла, если нужно точечно управлять температурным полем факела.

• 5
  Настроить регулирование и контроль NOx

  Долю рециркуляции регулируют шибером, направляющим аппаратом вентилятора или частотным преобразователем — под текущую нагрузку котла. Итоговый эффект проверяют по фактической концентрации NOx в уходящих газах, а не только по расчётной доле.

Вентилятор рециркуляции газов: конструкция и отличие от дутьевого ВД/ВДН

Главное различие между дутьевым вентилятором и вентилятором рециркуляции — не в назначении, а в среде, с которой они работают. Дутьевой вентилятор ВД или ВДН подаёт на горение холодный атмосферный воздух температурой 20–40 °C: рабочее колесо и корпус делают из обычной углеродистой стали, без специальной термостойкости. Вентилятор рециркуляции перекачивает уходящие дымовые газы 300–400 °C с остаточной золовой пылью — абразивной и химически агрессивной средой. Поэтому колесо, вал, уплотнения и подшипниковый узел выполняют в жаростойком, износостойком исполнении, а корпус и тракт делают газоплотными.

Регулирование доли рециркуляции ведут теми же тремя способами, что и на обычных тягодутьевых машинах: поворотным шибером на всасе, направляющим аппаратом или частотным преобразователем на приводе вентилятора. Избыточная рециркуляция выше 25 % — частая ошибка проектирования: она чрезмерно охлаждает факел, снижает КПД котла и может дестабилизировать горение вплоть до срыва пламени на минимальной нагрузке. Поэтому долю всегда держат в проверенном диапазоне 10–25 % и контролируют по факту.

К самому тракту рециркуляции предъявляют дополнительные требования: газоплотность соединений, чтобы не терять горячие газы в котельную, и стойкость материалов к коррозии и абразивному износу — особенно в зоне точки росы дымовых газов, где конденсируются сернистые соединения. Эти требования закреплены в ГОСТ 25364-97 (п. 3.4) и учитываются при проектировании котельных установок по СП 89.13330.2016 (п. 9.10). Рециркуляция не отменяет совместный баланс дымососа и дутьевого вентилятора — методика подбора пары описана в статье расчёт тяги котельной.

Типичные ошибки при рециркуляции дымовых газов

Часто задаваемые вопросы

Похожие статьи