- •Раздел I общие сведения об атмосфере Лекция № 1 Строение и химический состав атмосферы План
- •1.1.Введение
- •1.2. Строение атмосферы
- •1.3. Природный химический состав атмосферы
- •Раздел II техногенные изменения состава атмосферы и их значения Лекция №2 Основные загрязнители атмосферного воздуха План
- •2.1. Твердые частицы
- •2.2. Оксиды серы
- •2.3. Оксиды азота
- •2.4. Оксид углерода и другие продукты неполного сгорания
- •2.5. Предельные допустимые концентрации вредных веществ
- •Раздел III. Образование токсичных веществ
- •32. Оксиды серы
- •3.3. Оксид углерода и другие продукты неполного сгорания топлива
- •Лекция №4 Образование оксидов азота и канцерогенных веществ План
- •4.1. Влияние режимных параметров работы теплогенераторов на образование оксида азота
- •4.2. Превращения оксидов азота в атмосфере
- •4.3. Канцерогенные вещества
- •Лекция №5 Механизм образования оксидов азота в процессе горения топлива План
- •5.3. Образование "топливного" оксида азота
- •5.4. Образование оксидов азота во фронте пламени
- •Лекция №6 Подавление образования твердых частиц, оксидов углерода, оксидов серы и оксидов азота План
- •6.1. Подавление образования твердых частиц
- •6.2. Подавление образования оксидов серы
- •6.3. Подавление образования оксидов азота
- •Лекция № 7 Методы снижения концентрации образующегося оксида азота План
- •7.1. Рециркуляция дымовых газов
- •7.2. Двухстадийное сжигание топлива
- •7.3. Подача воды или пара в зону горения
7.2. Двухстадийное сжигание топлива
Двухступенчатое или двухстадийное (а также трех- и многостадийное) сжигание топлива является одним из наиболее перспективных методов регулирования топочных режимов и одновременно снижения образования оксида азота в топочных процессах. Сущность метода заключается в том, что в первичную зону горения воздуха подается меньше, чем необходимо теоретически (1= 0,70...0,95). В результате этого происходит снижение максимальной температуры в зоне факела, снижение содержания кислорода в ядре факела, уменьшение скорости реакции образования оксида азота и увеличение длины и светимости факела.
Из-за разбавления продуктами сгорания последующее горение протекает при более низкой температуре, вследствие чего во вторичной зоне горения оксиды азота практически не образуются. При этом в факеле горения метана протекают следующие реакции:
в первичной зоне
2 CH4+ 3O22CO+ 4H20 (7.3)
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O (7.4)
CH4 + O2 C + 2 H2O (7.5)
C + O2 CO + O (7.6)
O2 O + O (7.7)
CH + N2 HCN + N (7.8)
O + N2 NO + N (7.9)
N + O2 NO + O (7.10)
- во вторичной зоне
CO+OHCO2(7.11)
C + O2 CO2 (7.12)
При 1= 0,70...0,80 на второй стадии горения образуется дополнительное количество оксида азота в основном за счет окисленияHCN,NH2иNH3, образующихся на первой стадии горения. Исследования показали, что для того, чтобы оксид азота не образовывался на второй стадии горения, следует выбирать1= 0,80...0,85.
Обобщение результатов многочисленных экспериментов позволили получить следующую формулу для оценки эффективности процесса двухстадийного сжигания
Aдв = 1 - 1/[1 + (2/1)]3(7.13)
Результаты исследований позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Двухстадийное сжигание топлива является дешевым, надежным и практически универсальным методом снижения оксидов азота при сжигании любого вида топлива в топках больших объемов с двухрядным расположением горелок.
2. При сжигании газа, мазута и угольной пыли двухстадийный процесс может быть организован:
а) путем подачи воздуха в горелки нижнего ряда с недостатком воздуха, а в горелки верхнего ряда - с избытком;
б) путем создания специальных горелок двухстадийного сжигания топлива.
7.3. Подача воды или пара в зону горения
Известно, что водяные пары влияют на скорость распространения пламени в углеводородных пламенах. Водяной пар интенсифицирует реакции горения и, прежде всего, дожигание СО за счет добавочного количество гидроксила
H2O H + OH (7.14)
CO + OH CO2 + H (7.15)
Следовательно, они могут оказывать влияние на кинетику образования оксида азота. Даже при подаче воды или пара в малом количестве в ядро зоны горения заметно снижается выход NO.
Это снижение объясняется следующими факторами:
- снижением максимальной температуры горения;
- уменьшением времени пребывания молекул азота и кислорода в зоне высоки температур за счет интенсификации реакции горения СО.
Ввод водяного пара за зоной образования NOне оказывает никакого влияния на его образование, а ввод его в топливовоздушную смесь оказывает примерно аналогичное по эффективности воздействие, как ввод эквивалентного по объему количества рециркуляционных газов.
Ввод водяного пара в зону горения кроме снижения образования оксида азота приводит также к снижению в продуктах сгорания концентрации оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена и других компонентов химического недожога.
Кроме того этот метод характеризуется малым расходом пара или воды, и, следовательно, не требует строительства трубопроводов большого диаметра.
Однако при добавлении к топливу 10 % воды КПД котла снижается на 0.7 %.
Результаты обработки многочисленного ряда экспериментов позволили
получить в пределах Gвод/Gвозд = 0...0,10 следующую зависимость для определения коэффициента эффективности мероприятия
Aвод = 1 -Kвgв (7.16)
где Kв - коэффициент, характеризующий снижениеNOпри вводе водяного пара;gв =Gвод/Gвозд - массовое отношение подаваемой воды к воздуху.
Для осредненных условий Kв = 2. Однако он изменяется в значительных пределах в зависимости от того вода или пар подается в топку и в какую зону.