Образование топливных оксидов
азота происходит на начальном участке
факела, в области образования «быстрых»
NO и до образование «термических» NO.
3.4 Влияние температуры
дутьевого воздуха на образование NOx.
4. Методы снижения
содержания оксидов азота в продуктах
сгорания
Очистка продуктов сгорания
от оксидов азота технически сложна и
в большинстве случаев экономически нерентабельна.
Наиболее целесообразным является внедрение
технологий подавления оксидов азота
на стадии сжигания топлива, которые предусматривают
организацию топочного процесса при возможно
более низкой температуре в зоне горения
и малом избытке воздуха.
Основными режимно-технологическими
методами снижения эмиссии оксидов азота
являются:
1. Сжигание топлива с
низким коэффициентом избытка
воздуха.
2. Двухступенчатое сжигание
топлива.
3. Рециркуляция части
дымовых газов в зону горения;
4. Снижение температуры
подогрева воздуха.
4.1 Сжигание топлив
с низким коэффициентом избытка воздуха.
Одним из наиболее легко реализуемых
режимных мероприятий является снижение
избытка воздуха в топке. В результате
уменьшения содержания кислорода в зоне
горения происходит подавление образования
как «термических», так и «топливных»
NOx. Поэтому данное
мероприятие может быть применено при
сжигании любых видов органического топлива.
Наибольшая эффективность достигается
при сжигании с избытками воздуха
α= 1,03÷1,05. Зависимость концентрации NOx от коэффициента
избытка воздуха имеет вид экстремальной
кривой с максимумом в интервале α = 1,1÷1,3.
Причем максимум NOx соответствует,
как правило, такому значению коэффициента
избытка воздуха, при котором в данных
условиях достигается наиболее полное
сгорание топлива.
4.2 Двухступенчатое
сжигание топлива.
При этом процесс горения организован
следующим образом: через горелки с топливом
подается воздух в количестве, меньшем
стехиометрического (обычно α=0,8÷0,95), а
остальное необходимое по балансу количество
воздуха вводится в топочную камеру далее
по длине факела. Таким образом, на первом
этапе горения осуществляется сжигание
топлива при недостатке окислителя, а
на втором – дожигание продуктов газификации
при пониженных температурах. Благодаря
этому в начале факела из-за пониженной
концентрации кислорода уменьшается образование
топливных окислов азота, а снижение температурного
уровня на второй стадии уменьшает образование
термических NOx.
4.3 Рециркуляция продуктов
сгорания.
Этот метод заключается в отборе
части дымовых газов (5…30 %) из газохода
при температуре 300…400 °С и подаче этих
газов в зону активного горения (предпочтительно
через горелочные устройства, с использованием
отдельных сопел или в смеси с воздухом,
поступающим для горения).
Уменьшение концентрации NOx объясняется
не столько низкой температурой рециркулирующих
газов, сколько снижением температуры
горения из-за уменьшения скоростей цепных
реакций вследствие присутствия инертных
газов и снижения концентраций реагирующих
веществ. Наибольший эффект снижения образования
окислов азота достигается при попадании
всего количества рециркулирующих газов
в зону активного горения в случае полного
их предварительного перемешивания с
дутьевым воздухом. В этом смысле наибольшей
эффективностью обладает ввод продуктов
сгорания в воздухопроводы перед горелками
или подача их в топку через отдельные
каналы горелок.
В таблице представлены данные
о снижении выбросов NOx в зависимости
от способа организации процесса горения.
Тип горелки по механизму организации
горения |
Снижение выделения NOx по сравнению с обычной
горелкой
без предварительного смешения,
% |
Ступенчатая подача воздуха |
25-35 |
Ступенчатая подача топлива |
40-50 |
Горелки с низким избытком воздуха |
20-25 |
Горелки с внутренней рециркуляцией
продуктов сгорания |
40-50 |
Горелки с внешней рециркуляцией
продуктов сгорания |
50-60 |
Ступенчатая подача воздуха
или топливного газа с внутренней рециркуляцией
продуктов сгорания |
55-75 |
Ступенчатая подача воздуха
или топливного газа с внешней рециркуляцией
продуктов сгорания |
60-80 |
Инжекционные горелки отличаются
повышенным образованием оксидов азота
по сравнению с диффузионными горелками
такой же тепловой мощности. Благодаря
предварительному смешению топлива с
воздухом в камеру сгорания инжекционных
горелок поступает хорошо подготовленная
горючая смесь. Процесс горения происходит
более интенсивно, в результате формируется
более короткий факел с зонами повышенных
температур по сравнению с диффузионными
горелками, что способствует повышенному
образованию NOx.
Горелки на самотяге имеют более
длинный факел и низкие выбросы NOx по сравнению
с дутьевыми горелками такой же тепловой
мощности.
5. Продукты неполного
сгорания топлива (СО и недогоревшие углеводороды)
Оксид углерода (СО), водород,
ненасыщенные, насыщенные, ароматические
углеводороды и сажистые частицы являются
продуктами неполного сгорания углеводородов
при сжигании всех видов топлива.
Наличие продуктов неполного
сгорания в значительных концентрациях
недопустимо, так как приводит к загрязнению
атмосферы токсическими веществами и
к снижению КПД установок, работающих
на газовом топливе.
Основные причины неполного
сгорания топлива:
сжигание газов с недостаточным
количеством воздуха;
плохое смешение горючих газов
и воздуха до и в процессе горения;
чрезмерное охлаждение пламени
до завершения реакций горения.
Для метана реакции горения (в зависимости
от концентрации кислорода в реагирующей
смеси) могут быть описаны следующими
уравнениями:
при стехиометрическом
соотношении или при избытке окислителя:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (1)
при недостатке окислителя:
СН4 + О2 = СО + Н2 + Н2О + Q (2)
В процессе горения углерода
имеют место вторичные реакции догорания
СО в газовом объеме, которые описываются
уравнением:
2СО + О2 = 2СО2 + Q (3)
В соответствии с принципом
Ле Шателье при повышении температуры
и неизменном давлении равновесие экзотермической
реакции (3) смещается в направлении диссоциации
CO2 на оксид углерода
и кислород.
Заметная диссоциации CO2 возможна
только при температурах более 2000 – 2500К.
При температурах до 2000К реакцию (3) можно
считать практически не обратимой и протекающей
при благоприятных кинетических условиях
до полного исчезновения одного из исходных
веществ.
Наиболее эффективный подход
к сокращению выбросов оксида углерода
- предотвращение его образования. С этой
целью проектируются форсунки, обеспечивающие
хорошее смешение с воздухом, внедряются
системы контроля полноты сгорания топлива
и другие мероприятия. К сожалению, меры,
направленные на подавление образования
оксида углерода, приводят к повышению
концентрации оксидов азота и наоборот.
Поэтому каждый тип устройств для сжигания
следует оценивать по выбросам отдельных
загрязняющих веществ. При выделении больших
количеств оксида углерода (например,
при выжиге кокса на регенераторных установках) его
собирают и сжигают в котлах-утилизаторах.
Снижение выбросов оксида углерода
на установках каталитического крекинга
достигается дожигом отходящих газов,
осуществлением полного дожига непосредственно
в регенераторе на базе применения промотирующих
добавок к основному катализатору (благородный
металл на оксиде алюминия). Концентрация
СО в отходящих газах снижается при этом
от 10 до 0,1%.
Дожиг является также основным
методом нейтрализации для других источников
выбросов оксида углерода и других вредных
углеводородов с применением новых, более
эффективных катализаторов дожига.
Главная опасность теплоэнергетики для
атмосферы заключается в том, что сжигание
углеродсодержащих топлив приводит к
появлению двуокиси углерода CO2 , которая
выбрасывается в атмосферу и способствует
созданию парникового эффекта.
Наличие в сжигаемом угле добавок серы
приводит к появлению окислов серы, они
поступают в атмосферу и после реакции
с парами воды в облаках создают серную
кислоту, которая с осадками падает на
землю. Так возникают кислотные осадки
с серной кислотой.
Другим источником кислотных осадков
являются окислы азота, которые возникают
в топках ТЭС при высоких температурах
(при обычных температурах азот не взаимодействует
с кислородом атмосферы). Далее эти окислы
поступают в атмосферу, вступают в реакцию
с парами воды в облаках и создают азотную
кислоту, которая вместе с осадками попадает
на землю. Так возникают кислотные осадки
с азотной кислотой.
В каменном угле и летучей золе содержатся
значительные количества радиоактивных
примесей. Годовой выброс в атмосферу
в районе расположения ТЭС мощностью 1
ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности,
в 10-20 раз превышающей радиоактивность
годовых выбросов АЭС такой же мощности.
Заключение
Таким образом, защита атмосферы должна
быть направлена на снижение объёмов газовых
выбросов и их очистку и включать следующие
мероприятия:
- контроль за состоянием окружающей
среды;
- применение методов, способов
и средств, ограничивающих объёмы
выбросов газа и подачи его
в промысловую газосборочную
сеть;
- использование в аварийных
случаях факельных устройств, обеспечивающих
полное сгорание сбрасываемого
газа;
- обеспечение соблюдения экологических
нормативов проектируемыми объектами
и сооружениями;
- максимально возможное изменение
топливных режимов тепловых энергетических
установок в пользу экологически
чистых видов топлива и режимов
его снижения;
- достижение основного объёма
снижения газовых выбросов в
нефтепереработке путём строительства
установок по подготовке попутного
и нефтяного газа и систем
газопроводов, обеспечивающих утилизацию.
Снижение объёмов вредных выбросов и
нефтепереработке достигается в процессе
реконструкции и модернизации нефтеперерабатывающего
производства, сопровождаемых строительством
природоохранных объектов.
Список использованных
источников
1. Гуревич И.Л. Технология переработки
нефти и газа. Ч.1.- М.: Химия, 1971. 360 с. 2.http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/MONIT_SR_OBIT/METOD/USH_POSOB/frame/2.htm
3. Ливчак И. Ф. , Воронов
Ю. Ф. "Охрана окружающей среды".
-М.: Колос , 1995 .