6. Теория образования sOx при сжигании органического топлива

Горючая сера как сумма органической и колчеданной (S° + S^к) содержится в жидком топливе в количестве 0,05-0,15 % (керосин) и до 3,5 % в мазутах.

В процессе сжигания топлива, содержащиеся в нем сернистые соединения, сгорают с окислением серы, в основном, до диоксида серы.

В небольших количествах образуется триоксид серы S0₃. SO₂ образуется при сжигании 98-99%, и около 1% SO₃.

SO₃ более токсичное в-во чем SO₂, пагубно влияет не только на растительность, но ина теплотехническое оборудование.

С увеличением концентрации кислорода количество S0₃ будет увеличиваться до некоторого максимального значения, фиксирующегося при избытке кислорода (коэффициент избытка воздуха 1,15-1,30). При последующем увеличении избыточного воздуха S0₃ будет снижаться.

Дальнейшее превращение S0₂ в S0₃ может происходить в атмосфере, но чрезвычайно медленно, однако гетерогенная катализация на поверхности твердых частиц может увеличить скорость превращения. При интенсивном солнечном освещении скорость фотохимической реакции окисления диоксида серы в триоксид составляет 0,1-0,2 % в час.

Концентрация SOx в уходящих газах полностью зависит от содержания в топливе горючей серы. При сжигании жидкого топлива практически вся сера переходит в SO х.

Влияние различных факторов на образование SO_Х

1)с ростом нагрузки степень улетучивания серы увеличивается (связано со временем контакта дымовых газов и летучей золы)

2)с ростом температуры степень улетучивания серы растет, т.к. при t = 1000 – 1200 ⁰С имеет место диссоциация сульфатов

CaSO₄ = CaO + SO₂ + ½ O₂, т.е. обратное выделение SO₂ из сульфатов, образовавшихся в летучей золе в начальных стадиях горения.

3)влияние длины факела. Наиболее существенное изменение с серой топлива происходит на расстоянии 3-4 м от устья горелки. Сера переходит в газообразное состояние.

4)Влияние температурного факела на образование серного ангидрида. При увеличении температуры, газы, находящиеся в топке уменьшают содержание SO₃ (т.к. большая часть серного ангидрида образуется в факеле в основном в результате соединения SO₂ с атомарным кислородом).

5)Уменьшение избытка воздуха однозначно увеличивает содержание SO₄

6)Влияние нагрузки котла не влияет на образование SO₄

Оксиды серы относятся к наиболее опасным загрязнителям. На их долю приходится наибольший ущерб животному миру, растительности и различным сооружениям из металла и камня.

Оксиды серы активно взаимодействуют в атмосфере с оксидами азота, образуя токсичные комплексы, негативное воздействие которых значительно сильнее, чем отдельных компонентов.

В атмосфере оксиды серы способны переходить в сульфат-ион S0₄ и серную кислоту, воздействие которых в 5-10 раз сильнее, чем воздействие S0₂.

7. Снижение эмиссии nOx

Методы снижения выбросов оксидов азота после сжигания органического топлива разделяются на первичные и вторичные.

Первичные мероприятия связаны с организацией горения топлива, при которой снижается образование NO_x. К ним относят: снижение температуры горения, снижение избытков воздуха в зоне активного горения, снижение парциального давления кислорода в воздухе для горения путем рециркуляции дымовых газов, сокращение времени пребывания топлива в зоне горения, использование принципа организации ступенчатого горения. Первичные мероприятия дают хороший эффект при сжигании природного газа, а также мазута, а при сжигании угля их использование ограничивается появлением продуктов неполного сгорания горючих компонентов, что снижает эффективность котельной установки.

Вторичные мероприятия по очистке дымовых газов включают: селективное термическое восстановление NO_x (ввод NH₃ в высокотемпературную зону, в результате чего образуется безвредный молекулярный азот), селективное каталитическое восстановление (СКВ) оксидов азота, электронно-лучевой способ, абсорбционный способ, применение активированного кокса.

Наибольшее распространение из вторичных мероприятий в мировой практике получили первые два способа. Существуют два варианта СКВ-способа, различающихся по месту расположения каталитического реактора (до и после пылеочистного оборудования),- запыленный и малозапыленный.

Электронно-лучевой способ очистки: с помощью свободных радикалов О, ОН, НО₂, образующихся в электронных пучках, проводится окисление NO_x в присутствии воды до HNO₃, а затем нейтрализация кислоты дозированием аммиака с образованием конечного продукта – нитрата аммония. Этот способ, так же как и применение активированного кокса, ведет к снижению выбросов SO₂ и NO_x.

К абсорбционным, или мокрым, способам очистки относят:

1. окислительно- абсорбционно-редукционный способ связывания при помощи абсорбентов NaOH, NH₃, H₂SO₄, CaO и СaO/CaCO₃ и водного раствора катализатора;

2. абсорбционно-окислительный способ с использованием в качестве окислителя KOH/KMnO₄ или CaCO₃/Ca(OH)₂;

3. абсорбционно-редукционный способ подачи в очищенные от пыли газы ограниченного количества комплексных реагентов с выделением газообразного азота.