Расчет выбросов оксида азота NOх

Перечислите факторы, влияющие на интенсивность образования окислов азота.

Оксиды азота в воздушном топочном пространстве образуются из азота, воздуха и азотосодержащих компонентов топлива.

В настоящее время достаточно хорошо изучены три основных механизма их образования:

•образование «термических»(воздушных) NO из молекулярного азота воздуха при температуре выше 1800 °К (механизм Зельдовича);

•образование «топливных»NO из связанного азота, содержащегося в топливе;

•образование небольшого количества «быстрых»NO путем реакции молекулярного азота воздуха с углеводородными радикалами (механизм Фенимора).

Скорость образования термических окисловазота экспоненциально зависит от температуры и содержания кислорода в степени 0,5. Процесс обратимый, протекает по цепному механизму с образованием свободных атомов кислорода воздуха и азота.

Важно отметить, что интенсивное образование NO идет в области максимальных температур, т. е. в зоне факела, где уже сгорела основная масса топлива. Из-завысокой энергии активации основное количество термических оксидов азота образуется в узком диапазоне температур.

При низкотемпературном сжигании топлива, когда максимальная

температура не превышает 1500 °С, термические NOx можно вообще не учитывать ввиду их малости (пылеугольные топки с прямым сжиганием влажного бурого угля).

33

Образование топливных оксидовазота осуществляется в два этапа: на начальном участке факела происходит газификация капель мазута или угольных частиц с выделением летучих азотсодержащих соединений (радикалов R) типа CN, HNC, HN, HN2, а затем частичное окисление этих соединений по реакции RN +O2 →NO +RO.

Топливные оксиды азота образуются параллельно с горением топлива в основной зоне горения за промежуток времени меньший, чем время горения топлива. Процесс образования NO из азота топлива происходит уже при относительно низких температурах 550–1000°С.

Все пылеугольные горелки имеют поток первичного воздуха, который смешивается с топливом до поступления в топку, и поток вторичного воздуха, который смешивается с аэросмесью после выхода из горелки. Прогрев аэросмеси способствует выходу летучих и их воспламенению. Поэтому на начальном участке всегда имеется высокотемпературная зона, в которой идет интенсивный выход азотосодержащих компонентов и образование топливных NO. При сгорании летучих расходуется в основном кислород, содержащийся в первичном воздухе. Горение летучих ускоряет прогрев и воспламенение коксовых частиц и здесь уже используется кислород вторичного воздуха. Далее по ходу факела, когда содержание кислорода значительно снижается, доминируют другие реакции: NO, взаимодействуя углеводородами HC, образуют промежуточные азотосодержащие компоненты, которые восстанавливают NO до молекулярного азота N2.

Топливные оксиды азота отсутствуют при сжигании природного газа, так как газ почти не содержит связанного азота. При сжигании мазута доля топливной составляющей оксидов азота относительно невелика.

«Быстрые»NO образуются на начальном участке факела в зоне разогреватопливно-воздушнойсмеси. Эти реакции активно протекают уже при температуре 1300 °С, когда образование термических NO еще не происходит. Концентрация «быстрых» NO растет при увеличении избытка воздуха и температуры и при сжигании природного газа может составить70–90мг/м3. Доля «быстрых» оксидов

34

азота в топке котлов при факельном сжигании не превышает, как правило, 10–15% от общего выхода оксидов азота в топочном процессе.

Ведущая роль того или иного механизма определяется свойствами топлива (содержание связанного азота, теоретическая температура горения), а также спецификой организации факела.

Для снижения образования термических NOx применяются первичные (режимно%технологические) мероприятия, основанные на воздействии на один или несколько факторов в зоне максимальной генерации NOx и на создании специальных условий в факеле горения, приводящих к восстановлению образовавшихся оксидов азота до молекулярного азота.

Эти мероприятия должны быть направлены на:

•снижение температуры горения;

•уменьшение времени пребывания продуктов сгорания в области высоких температур;

•интенсификацию зон реакций с восстановительной атмосферой (избыток воздуха меньше единицы), где образование NO из азота топлива затруднено, и восстановление оксидов азота идет до молекулярного азота, и ослабление зон протекания окислительных реакций.

Приведите формулу для расчета выбросов оксидов азота.

Расчет выбросов оксида азота NOх

Во всех существующих методиках расчет суммарного выброса оксидов азота NOx = NO + NO2 пo сложившейся традиции ведут в пересчете на NO2. В настоящее время существует несколько методик, позволяющих рассчитать концентрации или массовый выброс оксидов азота для паровых и водогрейных котлов в зависимости от их производительности, вида сжигаемого топлива, режимных и конструктивных условий. В связи с установленными раздельными ПДК на оксид NO и диоксид NO2 азота и с учетом трансформации оксидов азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие (с учетом различия в молекулярной массе этих веществ):

,

,

где и – молекулярные веса NO и NO2, равные 30 и 46 соответственно; 0,8 – коэффициент трансформации оксида азота в диоксид.

Численное значение коэффициента трансформации может устанавливаться по методике Госкомэкологии России на основании данных наблюдений организаций Госкомгидромета, но не более 0,8.