15.4. Очищення продуктів згоряння від оксидів азоту

В процесі спалювання палива утворюються оксиди азоту. Реакція утворення оксидів азоту має ланцюговий механізм і протікає з поглинанням теплоти, наприклад: N₂+О₂=2NO — 90 кДж/моль. Залежність рівноважної концентрації оксиду азоту (NO)_p і часу її встановлення від температури показана на рис. 15.3.

З

Рис. 15.3. Залежність рівноважної концентрації оксиду азоту і часу її встановлення від температури

1 – рівномірна концентрація NO_p; 2 – час встановлення рівноваги реакції синтезу NO_p

меншення температури горіння різко знижує рівновагу концентрації оксиду азоту і одночасно збільшує час, необхідний для досягнення цієї концентрації. У котлах при температурах в топці 1400—1500˚С, час перебування газів у факелі в 100 разів менше за необхідний, для досягнення рівноважної концентрації і концентрація оксиду азоту, що утворюється складає

, де — парціальний тиск оксиду азоту. Надлишок повітря прискорює реакцію, але одночасно його збільшення знижує температуру горіння, що уповільнює реакцію. При малих надлишках повітря істотніший вплив першого чинника, при більших — другого. Впливає на збереження оксиду азоту швидкість охолоджування газів (швидкість гарту). Внаслідок оборотності реакції оксиди азоту в газах зберігаються при швидкому їх охолоджуванні. Охолоджений оксид азоту вступає в реакцію з атмосферним киснем, внаслідок чого утворюється NО₂. Реакція залежить від концентрації реагентів і з зменшенням NО сповільнюється, при цьому в атмосферному повітрі зберігається NО. При подальшому охолодженні (нижче за 140°С) частина NО₂ переходить в N₂О₄, частка якої збільшується у міру охолоджування. За деяких умов утворюється N₂О₂. Таким чином, в атмосферному повітрі можуть утворюватися і існувати одночасно різні оксиди азоту при переважаючому вмісті NО₂ і N₂О₄. Вміст оксидів азоту в продуктах горіння змінюється в широких межах (у перерахунку на NО від 0,015 до 0,15 %) і залежить від потужності котла, характеристики палива і організації процесу горіння.

Залежність вмісту оксидів азоту від коефіцієнту надлишку повітря показана на рис. 15.4.

У

Рис. 15.4. Залежність виходу NO_х (а) і С₂₀Н₁₂, (б) від коефіцієнта

надлишку повітря

котельних установках очищення продуктів згорання від оксидів азоту на сьогоднішній день практично не застосовується. Найбільш реальним шляхом зниження змісту оксидів азоту в продуктах згорання, що видаляються в атмосферу, є зниження температури горіння і коефіцієнта надлишку повітря у області ядра факела в топці. Скорочення викидів в атмосферу оксидів азоту димовими газами принципово може бути здійснено по наступних основних напрямах:

1) застосування технології спалювання палива, що запобігає значному окисленню азоту повітря і палива, зокрема використання для горіння як окислювач кисню;

2) застосування рідких або твердих сорбентів, поглинаючих з димових газів з подальшою регенерацією і отриманням товарних форм зв'язаного азоту;

3) каталітичне розкладання оксиду азоту на елементарний азот і кисень.

Практично зменшення викидів оксидів азоту в атмосферу котлами найреальніше в даний час досягти шляхом застосування раціональної технології спалювання палива.

Питання для самоперевірки

1. Вміст шкідливих домішок в продуктах згорання.

2. Описати типи золоуловлювачів та пояснити принципи їх роботи.

3. Описати умови утворення оксидів азоту і навести способи зменшення їх в газах.

4. Навести та пояснити способи очищення газів від оксидів сірки.