Ryszard PARYS
C entralne Biuro K onstrukcji Kotłów S.A., Tarnow skie Góry
ZMIANA WIELKOŚCI EMISJI TLENKÓW AZOTU PO ZASTOSOWANIU DO KOTLA OP-380 NISKOEMISYJNYCH PALNIKÓW HTNR FIRMY STORK-BOILERS
S tr esz c z en ie . N a podstaw ie pom iarów kotła O P -380 w Elektrow ni Łagisza przed m odernizacją polegającą podstawowo n a zabudowie ni- skoemisyjnych palników HTNR firm y STORK BOILERS oraz n a pod
staw ie pom iarów po m odernizacji stwierdzono, że m odernizacja dopro
w adziła emisję NOx do poziomu zbliżonego do 170 g/GJ zachowując poprawność pracy kotła.
NITROGEN OXIDES EM ISSION CHANGE AFTER APPLICATION OF STORK-BOILERS HTNR LOW NOx BURNERS IN TH E BOILER O P-380
Sum m ary. The STORK BOILERS’-HTNR low em issions burn ers have been installed in th e boiler O P-380 in Lagisza Power Station. On th e basis of tests before and after b u rn ers in stallatio n , it can be stated th a t such m odernization allows to achieve NOx em ission a t th e level n e a r to 170 g/GJ keeping a proper operational conditions.
VERÄNDERUNG DER STICKOXIDEMISSION NACH DER EINFÜ HRUN G IM KESSEL O P-380 DER HTNR-STO RK -BOILERS BRENNER
Z u sam m en fassu n g. A uf Basis der M essungen des O P -380 Kessels im K raftw erk Lagisza vor der M odernisierung, die im G runde a u f E inbau der em issionniedrigen HTNR - B renner von F -m a STORK BOILERS bestand, und m it E rgebnissen der M essungen nach dieser M oderniesierung w urde festgestellt, dass diese M assnahm en eine Stickoxidm inderung (NOx) bis zum W ert von etw a 170 g/G J brachten.
Dabei w urde die V erfügbarkeit des Kessels ganz erhalten .
230 Ryszard Parys
E lektrow nia Łagisza wychodząc naprzeciw problemom ochrony środowiska oraz chcąc sprostać zmienionym przepisom w tym zakresie [1] zmodernizowa
ła w roku 1992 kocioł O P-380 n r 7, stosując niskoem isyjne palniki HTNR (High T em peraturę NOxReduction) firm y STORK BOILERS (rys. 1). Modern
izacja obejmowała przede wszystkim następujące zmiany:
- zabudowa n a przedniej ścianie kotła 12 sztuk palników HTNR wraz z przynależnym i instalacjam i pow ietrza, m ieszanki pyłowo-powietrznej i olejowej w miejsce 24 sztuk dotychczas istniejących palników wirowych, - zabudowa n a tylnej ścianie kotła instalacji pow ietrza zaporowego do palni
ków HTNR,
- m odernizacja drugiego ciągu polegająca n a w ym ianie przegrzew acza pary międzystopniowej; likwidacja k an a łu obejściowego drugiego ciągu,
- w ym iana wirników w entylatorów podm uchu celem zwiększenia ciśnienia w skrzyni palnikowej (pomiary p atrz [5]),
- m odernizacja uszczelnień obrotowych podgrzewaczy powietrza, - zm iany w układach autom atyki i sterow ania,
- oraz w późniejszym czasie zm iany odsiewaczy młynów zasilających górny rząd palników w celu uzyskania drobnego przem iału (pom iary patrz [6]).
Przed rozpoczęciem m odernizacji w październiku 1991 r. grupa pomiarowa CBKK Tarnowskie Góry w ykonała wspólnie z grup ą pom iarow ą STORK BOILERS pom iary niektórych param etrów pracy ko tła ściśle określonych przez firmę STORK BOILERS [2]. Celem pomiarów było określenie podstawo
wych param etrów pracy kotła, a zwłaszcza paleniska i param etrów stanowią
cych bazę wyjściową dla oceny efektów zabudowy nowych palników, czyli przede wszystkim jakości przem iału, nad m iaru pow ietrza, rozdziału powie
trza, emisji NOx, CO, zawartości części palnych w żużlu i popiele lotnym, wydajności i sprawności kotła.
W październiku 1992 roku zespoły CBKK i STORK przeprowadziły dla zmodernizowanego kotła pom iary regulacyjne pow ietrza I i pow ietrza II oraz pomodernizacyjne emisji NOx [3]. W m aju 1993 roku obydwa zespoły powtó
rzyły pom iary pomodernizacyjne [4], W trakcie wyżej wymienionych pomia
rów kocioł był prowadzony zgodnie ze wskazówkam i przedstaw icieli firmy STORK BOILERS.
Podczas pomiarów przedm odernizacyjnych spalano węgiel z przedziału po
między gwarancyjnym a granicznym (wartość opałowa 17,2 - 18,5 MJ/kg, wilgoć całkowita 10,9 - 12,1%, popiół 25,5 - 30,5%). Węgiel cechowała niska zawartość azotu: 0,7 - 0,9%. Pył podawany do kotła był gruby. Pozostałość na sicie o oczkach 0,09 mm wynosiła 40,7 - 41,5%, a n a sicie 0,2 mm 14,5 - 15,6%.
Przy dużym obciążeniu kotła (93% wydajności znamionowej) występowały braki powietrza spowodowane między innym i kilkunastoprocentow ym i prze
ciekami w obrotowych podgrzewaczach powietrza, a objawiające się chwilo
wym wzrostem zawartości CO w spalinach za kotłem. Prowadzenie kotła
Fig. 1. H TNR bu rn er: 1 - flam e stab ilizin g ring, 2 - te tr ia r y a ir o u tle t cone, 3 - te tria r y a ir blades, 4 - secondary air blades, 5 -sw irler, 6 - secondary a ir inlet, 7 - V enturi, 8, 9 - lining, 10 - flanges to pulverized fuel pipe, 11 - oil b u rn er
232 Ryszard Parys
z nieznacznym niedom iarem powietrza w komorze paleniskowej dawało nie
zbyt wysoką emisję NOx wynoszącą około 540 mg/m® (odniesioną do 0 2 = 6%) przy jednoczesnym wzroście części palnych w żużlu do 10,6% oraz w popiele lotnym spod elektrofiltra do 3,3%, co prowadziło do s tr a t niecałkowitego spalania wynoszących w sum ie ok. 2,3%. N atom iast powstający tlenek węgla spraw iał, że s tra ta niezupełnego spalania wynosiła również ok. 2,3%. Spraw
ność kotła b ru tto wynosiła w tedy ok. 87,4%. Przy wydajności odpowiadającej ok. 73% wydajności znamionowej i przy dużym n adm iarze pow ietrza w komo
rze paleniskowej (ok. 1,25) zawartość NOx w spalinach wzrosła do ok. 1065 mg/m®, przy jednoczesnym spadku stra ty niezupełnego spalania do ok. 0,016% (zawsze CO < 50 ppm za kotłem) oraz spadku s tra ty niecałkowite
go spalan ia do ok. 0,75%. Sprawność kotła wynosiła ok. 89,6%.
Po modernizacji wszystkie pom iary wykonywano przy pracy kotła z maksy
m alną wydajnością (od 97 do 106% wydajności znamionowej).
Podczas pomiarów pomodernizacyjnych spalano węgiel o w artości opałowej od 18,3 do 24,2 MJ/kg, wilgoci całkowitej 6,6 - 10,8%, zaw artości popiołu 6,6 - 10,8% oraz zawartości azotu 0,63 - 0,97%. Pył uzyskiw any w m łynach był drobniejszy niż podczas badań przed m odernizacją. Pozostałość n a sicie o rozm iarze oczek 0,09 mm wynosiła 20,3 - 36,6%, a n a sicie 0,2 mm 2,7 - 10,1%. J e s t to jed n ak pył zbyt gruby w stosunku do w ym agań firm y STORK BOILERS, to znaczy R0iog < 20% i R0 j2 < 2%, i dlatego w późniejszym czasie były prowadzone próby polepszenia przem iału w m łynach EM -70 [6]. Dwa m łyny o lepszym przem iale, ale jednocześnie o zmniejszonej wydajności ma
ksym alnej trw ałej, zasilają obecnie w m ierzonym kotle górny rząd palników.
Dla powyższego węgla i nadm iarów pow ietrza w komorze paleniskowej, zawierających się w przedziale ok. 1,04 - 1,41, oraz dla różnej konfiguracji czynnych palników, stężenie NOx w spalinach mieściło się w przedziale ok.
400 - 625 mg/m®, lub 141 - 218 g/GJ. Przy takich w arunkach sprawność b ru tto kotła była wyższa niż przed m odernizacją i m ieściła się w zakresie 90,16-9 1 ,23 % .
Należy dodać, że wyżej wymienione nadm iary pow ietrza zostały obliczone n a podstaw ie mierzonej ilości powietrza podawanego do kotła, pomniejszonej o przecieki w obrotowych podgrzewaczach pow ietrza oraz n a podstaw ie teore
tycznej ilości powietrza potrzebnego do spalania, a nie n a podstaw ie składu spalin za kotłem.
W tablicy 1 podano charakterystykę poszczególnych pomiarów oraz wielko
ści emisji w nich występujących. N a rys. 2 i 3 przedstaw iono graficznie wielkość emisji tlenków azotu. Wielkości emisji NOx przedstaw ione w tekście oraz w tablicy 1 zostały podane n a podstaw ie pomiarów analizatorem TESTO 33 firm y TESTOTERM GmbH & Co. Lanzkirch RFN, wykonanych przez CBKK Tarnowskie Góry. N a rysunkach przedstaw iono ponadto wielkości zmierzone przez firmę STORK BOILERS analizatorem NOx działającym na
zasadzie chemoluminescencji oraz dodatkowo analizatorem wyposażonym po
dobnie ja k TESTO 33 w cele elektrochemiczne.
Rys. 2. Efekty zastosow ania palników HTNR firm y STORK BOILERS w kotle O P-380 w El.
Łagisza: 1 - koncentracja NOx przed m odernizacją, 2 - koncentracja NOx po modernizacji, 3 - dopuszczalna koncentracja po roku 1997 w edług [1], 4 - zakres prawidłowej pracy kotła
X ok. 1,2 - 1,24
Fig. 2. Results of STORK BOILERS HTNR burners application in Łagisza Power Station:
l - N O x concentration before HTNR bu rn ers installation, 2 — NOx concentration after HTNR burners installation, 3 - perm issible level of NOx concentration afte r 1997 acc. to [1],
4 - proper boiler operation range, X = ca 1,2 - 1,24
234 Ryszard Parys
a b c d e f *)
Rys. 3. E m isja NOx po modernizacji: a - f ustaw ienia w edług tablicy 1,
*) w artość dopuszczalna w edług [1]
Fig. 3. NOx em ission after modernization: a - f - adjustm ents acc. to Table 1., *) boundary value acc. to [1], w edług CBKK - acc. to CBKK, w edlug STORK - acc. to STORK
Podsumowując, można stwierdzić, że wprowadzona m odernizacja kotła O P-380 z zastosowaniem palników HTNR firm y STORK BOILERS pozwala osiągnąć emisję tlenków azotu m niejszą od 170 g/GJ, czyli od w artości dopusz
czalnej po roku 1997 wg [1], jeżeli tylko n ad m iar pow ietrza w komorze paleni
skowej będzie stosunkowo m ały (X < 1,15), co jed n a k w ym aga dokładnej regulacji ilości pow ietrza oraz uważnego prow adzenia kotła przez obsługę, posiadającą odpowiednie przyrządy pomiarowe.
Dla kotła z palnikam i HTNR wraz ze wzrostem n a d m iaru pow ietrza zawar
tość NOx rośnie wolniej niż dla kotła przed m odernizacją. Wprowadzenie palników HTNR nie obniżyło sprawności kotła, a przy polepszeniu przemiału w m łynach i zm niejszeniu n ad m iaru pow ietrza spraw ność kotła powinna jeszcze wzrosnąć.
T ak więc zastosow anie palników HTNR je s t jednym z m ożliwych sposo
bów (patrz m .in. [7, 8, 9]) sp ełnien ia k ry terió w em isji staw iany ch przez przepisy [1].
T ab lica 1 E m isja tle n k ó w a z o tu i tle n k u w ę g la
W artości zmierzone
CO NOx
g/GJ mg/mii
0 2 = 6% g/J mg/m,|
0 2 = 6%
Przed m odernizacją, p atrz również [2]
1 - wydajność ok. 352 t/h
wyłączony górny rząd palników, 0 2 przed POPO 4,3%
1267* 3296* 207 539
2 - wydajność ok. 277,4 t/h
górny rząd palników wyłączony, 0 2 przed POPO 7,8%
27 68 426 1064
Po modernizacji, p atrz również [3], [4]
a - wydajność ok. 370 t/h
wyłączone górne skrajne palniki, 0 2 przed POPO 4,8%
54 125 148 420
b - wydajność ok. 370 t/h pracują w szystkie palniki, 0 2 przed POPO 5,5%
49 116 187 524
c - wydajność ok. 373 t/h
wyłączone dolne boczne palniki, 0 2 przed POPO 6,3%
19 43 181 540
d — wydajność ok. 403 t/h
wyłączone boczne p alniki u góry, 0 2 przed POPO 7,2%
<1 CO * 215* 180 532
e - wydajność ok. 396 t/h czynne w szystkie palniki, 0 2 przed POPO 6,4%
16 46 218 619
f - wydajność ok. 396 t/h
wyłączone boczne palniki u dołu, O2 przed POPO 6,5%
19 55 216 625
W artości dopuszczalne wg [1]
Dopuszczalne w artości dla instalacji
nowych - - 170 -
W ym agane do 97-12-31 dla instalacji
istniejących - - 330 -
W ym agane do 97-12-31 dla instalacji
istniejących - - 170 -
*) Duże w artości w iążą się z okresowym w zrostem CO z jednej strony k otła (chwilowa praca kotła z nierów nom iernym rozdziałem powietrza).
236 Ryszard Parys
LITERATURA
[1] Rozporządzenie M inistra OŚZNiL z 12. II. 90, Dz. U. RP n r 15 z 14. III. 90.
[2] Gołąbek J.: Pom iary param etrów pracy kotła O P-380 w El. Łagisza przed zabudową palników niskoazotujących. Oprać. CBKK n r arch.
8.2206, Tarnowskie Góry 1991.
[3] Gołąbek J.: Pom iary regulacyjne pow ietrza I i pow ietrza II do palników HTNR oraz pom iary pomodernizacyjne i emisji NOx z kotła O P-380 n r 7.
Oprać. CBKK n r arch. 8.2270, Tarnow skie Góry 1992.
[4] Parys. R.: Pom iary pomodernizacyjne sp alan ia i emisji NOx z kotła O P-380 n r 7 z palnikam i HTNR El. Łagisza. Oprać. CBKK n r arch.
8.2305, Tarnow skie Góry 1993.
[5] Parys R.: Pom iar charakterystyki w entylatora podm uchu 7A w El. Łagi
sza. Oprać. CBKK n r arch. 8.2282, Tarnow skie Góry 1993.
[6] Parys R.: Pomiary m łyna EM -70 (nr 5c) ze zmodernizowanym odsiewa
czem w El. Łagisza. Oprać. CBKK n r arch. 8.2282, Tarnowskie Góry 1993.
[7] W róblewska V., Św irski J., Szymczak J.: P alniki pyłowe o niskiej emisji NOx. E nergetyka 1993, n r 3, s. 91 - 95.
[8] Bogucki B., W róblewska V.: Możliwości zm niejszenia emisji tlenków azotu z kotłów OP 650 w El. Dolna Odra. E nergetyka 1992, n r 12, s. 415 - 4 1 7 .
[9] Bogucki B.: Modernizacja instalacji paleniskowej kotła OP 650 w El. Poła
niec w celu obniżenia emisji NOx. Energetyka 1993, n r 8, s. 259 - 262.
Recenzent: Prof. dr hab. inż. Ludwik CWYNAR Wpłynęło do Redakcji 6. 08. 1994 r.
A b stract
The STORK BOILERS HTNR low - em ission b u rn ers have been installed in th e boiler O P-380 in Lagisza Power Station. On th e basis of te sts before and after burn ers installation th e basic operational p a ra m ete rs are defined which allow to estim ate resu lts of new b u rn ers application. The te sts after m odernization were carried out a t r a th e r large excess a ir in th e furnace and NOx emission w as ca 10% on th e average higher th a n 170 g/GJ, w h at is the perm issible emission level after 1997. T aking into consideration a fuel fineness, carbon contents in furnace w astes, CO contents in flue gases there is a real possibility to decrease NOx below 170 g/GJ by m eans of excess air reduction w ithout deterioration of combustion p aram eters and losses increase. So, HTNR burners application is one of th e possible m ethods to fulfill criteria given by th e Polish regulations [1].
