Оксиди азоту (Шкідливі викиди в продуктах горіння) - продаж обладнання та запчастин

Монооксид азоту (NO) - це безбарвний, без запаху, погано розчинний у воді газ. Він становить понад 90% від усіх оксидів азоту, утворених при високотемпературному горінні. Якщо концентрація знаходиться в межах від 10 до 50 ppm. він не є сильно токсичним дратівливим речовиною.

Діоксид азоту (NO2) - це газ, який помітний навіть при невеликій концентрації: він має коричнево-червонуватий колір і особливий гострий запах. При концентрації більше 10 ppm. є сильним корозійним речовиною і сильно дратує носову порожнину і очі. При концентрації більше 150 ppm. викликає бронхіт, а понад 500 ppm. - набряк легенів, навіть якщо вплив тривало всього кілька хвилин.

Монооксид азоту NO, який присутній в міському повітрі, може мимоволі переходити в діоксид азоту NO2 при фотохімічному окисленні.

Існують три шляхи утворення оксидів азоту, що розрізняються за способом походження, але не за хімічним складом:

• теплові оксиди азоту (теплові NOx);
• швидкі оксиди азоту (швидкі NOx);
• паливні оксиди азоту (паливні NOx).

Теплові оксиди азоту, що становлять більшість, утворюються при високій температурі (Т> 1500 К) і за умови високої концентрації кисню при окисленні атмосферного азоту в процесі горіння. Теплові оксиди утворюються при спалюванні газоподібного палива (природний газ і зріджений нафтовий газ) і палива, в якому не містяться речовини, що мають в своєму складі азот

Швидкі оксиди азоту утворюються при зв'язуванні атмосферного азоту вуглеводневими частками (радикалами), які присутні в зоні факела. Цей метод освіти оксидів протікає з дуже високою швидкістю (звідси їх назва; швидкі). Освіта швидких оксидів насамперед залежить від концентрації радикалів в кореневій частині факела. При окислювальному полум'я (горіння відбувається з надлишком кисню) їх внесок незначний, але при спалюванні збагачених сумішей і при низькотемпературному горінні їх частка може досягати 25% від загального вмісту оксидів азоту.

Паливні оксиди азоту утворюються при окисленні азотовмісних речовин, присутніх в паливі в зоні факела. Концентрація паливних оксидів може досягати значних розмірів, якщо вміст у паливі азотовмісних речовин перевищує 0,1% від ваги. Як правило, це стосується тільки рідкого і твердого палива.

На рис. 5 показано співвідношення між NOx різних типів в залежності від типу палива (при стандартних умовах горіння):

Частка швидких оксидів азоту більш-менш постійна, в той час як частка паливних оксидів азоту збільшується при горінні видів палива з більш високим молекулярною вагою. При цьому частка теплових оксидів азоту знижується.

1.4.2.1. Зниження рівня NOx при спалюванні газоподібного палива

Зміст теплових оксидів азоту в газоподібному паливі досягає 80% від загальної кількості викидів. Знизити освіту теплових оксидів азоту можна знизивши температуру полум'я.

Температуру полум'я можна знизити різними шляхами:

1) зниженням питомого теплового навантаження

Цей метод полягає в зменшенні потужності горіння на одиницю об'єму камери згоряння. Для цього необхідно "зробити перерахунок" потужність котла, тобто зменшити його номінальну теплову потужність (якщо це вже діючий котел) або взяти розмір камери згоряння з запасом (при проектуванні нових об'єктів).

2) особливої конструкції камери згоряння

Цей метод полягає в використанні теплогенераторів, камера згоряння яких є не інверсійної, а має три ходи по тракту димових газів. В котлах з інверсійними камерами згоряння димові гази при проході до димогарних трубах звужують простір, в якому знаходиться факел, до обсягу меншого, ніж сама камера згоряння. Частина променевої енергії, відбитої від стінок камери згоряння, передається полум'я, температура полум'я підвищується, і збільшується утворення теплових оксидів азоту. Той же ефект спостерігається в установках з високою температурою стінок камери згоряння, наприклад печах або котлах з високою температурою теплоносія.

3) попереднім змішуванням повітря і газу

У звичайних умовах системи спалювання налаштовані таким чином, щоб працювати з надмірною повітрям. Цей надлишковий повітря знижує температуру горіння нижче адіабатичній температури, а іноді нижче того рівня, при якому починається утворення оксидів азоту (1500К)

Полум'я є типовою турбулентної середовищем. У неї подаються два реагенту, які дуже важко рівномірно змішати між собою. В результаті в полум'я створюються зони з різною стехіометрією

У зонах з стехиометрическими або близькими до них умовами, значення температури настільки високо, що з'являються умови для утворення теплових NOx.

З урахуванням небезпеки теплових NOx слід запобігти появі цих умов або максимально знизити сферу їх дій. Нерівномірність концентрації газоповітряної суміші дозволяють знизити: попереднє змішання газу з повітрям і стабілізація полум'я. Це тягне за собою зниження температури полум'я по всьому об'єму факела і наближення її до теоретично розрахованим значенням.

Додатковий позитивний ефект може дати рівномірний розподіл полум'я. Краще, якщо воно рівномірно розподіляється по широкій поверхні, не створюючи маленьких язичків, всередині яких температура, як правило, більш висока.

Як приклад можна привести пальника з пористою поверхнею (з металу або кераміки) або з волокнистої поверхнею, в якій є дрібні отвори. Все це необхідно для того, щоб якомога акуратніше змішати перед горінням повітря і газ.

Незважаючи на те, що в даний момент висока вартість і конструктивні обмеження перешкоджають широкому впровадженню цього методу, особливо для пальників великої потужності, він є дуже багатообіцяючим для значного зниження викидів NOx.

4) ступеневу спалювання

Оксиди азоту утворюються швидше, коли співвідношення палива і підтримує горіння повітря наближається до стехиометрическому Для того щоб знизити швидкість утворення оксидів азоту, можна створити систему горіння використовує коефіцієнт надлишку повітря близький до ідеального Усередині факела цієї системи повинні бути присутніми зони с, сільнотлічающімся від стехіометричного, співвідношенням паливо -повітря. Використовуючи аеродинамічні характеристики факела і розподіл палива можна створювати чергуються зони з надлишком і недоліком повітря, підтримуючи в загальному умови близькі до стехиометрическим.

5) рециркуляція продуктів горіння

При розчиненні частини димових газів в повітрі зменшується вміст кисню і знижується температура полум'я: тому частина вироблюваної в результаті горіння енергії негайно передається інертним речовин, присутніх в газоподібному паливі.

Цей метод дає дуже хороші результати при роботі з газоподібним паливом: пропускалися продукти горіння і суміш підтримує горіння повітря і палива легко змішуються між собою.

У теплогенераторах малої потужності можна легко організувати рециркуляцію продуктів горіння всередині камери згоряння, завдяки особливій конструкції головки пальника. Як правило, на рециркуляцію надходить досить багато продуктів горіння (приблизно 50%). Завдяки цьому, суміш палива і підтримує горіння повітря стає менш ефективною, а температура димових газів досить високою (900 - 1000 К).

1 - Повітря для горіння; 2 - Подача газоподібного палива; 3 - Струмінь газоподібного палива: 4 - Зона стабілізації полум'я (горіння при стехіометричних умовах); 5 - Рециркуляція продуктів горіння; 6 - Горіння поза стехиометрических умов - суміш повітря для горіння, газу і циркулюючими продуктами горіння; 7 - "Холодна" зона полум'я.

У теплогенераторах великої потужності, через великий опір виникає на голівці пальника, складно організувати підмішування продуктів горіння всередині камери згоряння. Тому продукти горіння підмішуються в камеру згоряння із зовні.

За допомогою додаткового вентилятора або за допомогою вентилятора самої пальника частина продуктів горіння забирається на виході з теплогенератора і подається назад в головку пальника для того, щоб змішати з повітрям для горіння.

Навіть якщо при деяких обставинах рециркуляція газів всередині камери згоряння може виявитися недостатньою для досягнення дуже низький вміст NOx (даний випадок відноситься до пальників великої потужності), цей метод можна застосовувати в поєднанні зі ступінчастим спалюванням, яке було описано вище.

1.4.2.2. Зниження рівня NOx при спалюванні рідкого палива

Основна відмінність між спалюванням газоподібного палива і спалюванням рідкого палива, з точки зору оксидів азоту, полягає в тому, що в останньому азот знаходиться в вигляді азотосодержащих з'єднань. Азот є причиною утворення оксидів NOx, які дають значний внесок в загальний вміст NOx. Принципи освіти теплових і швидких оксидів азоту розглянуті в попередньому параграфі, прийнятні і для рідиннопаливних пальників.

Що ж стосується паливних оксидів азоту, то в відновної середовищі міститься в паливі азот, може переходити не у шкідливий NOx, а в простій і безпечний молекулярний азот N2. Для цього в деяких областях факела потрібно створити багаті паливом зони і умови для процесу відновлення. Наприклад, в область горіння спочатку подається 80% від загальної кількості підтримує горіння повітря разом зі 100% палива, а потім подаються решту 20% повітря для горіння (додатковий повітря).

Стосовно до пальників малої і середньої потужності побутового та комерційного призначення цей метод поки проходить етап тестування. Всі ці методи все ще знаходяться в стадії експерименту на побутових і комерційних пальниках. А в промислових пальниках ця технологія вже вносить свій цінний внесок.