Трехстадийное сжигание.

Зону горения делят на три части. В первой сжигается часть топлива избытком воздуха больше 1. Во второй сжигается часть топлива при недостатке воздуха. При этом образуется зоны неполного горения с высокой концентрацией CO₄H₂. В третьей зоне α>1. В идеале происходит полное выгорание топлива, а также CO и Н₂, поступающих из второй зоны.

При такой схеме сжигания увеличивается объем факела, снижается его температура, подавляются NO_x, но главым является то, что во второй зоне происходит частичное восстановление NO_x при взаимодействии с восстановительной атмосферой.

Классическая схема трехстадийного сжигания – это динамическая узкая топка с многоярусным расположением горелок. Топки с вертикальным вихрем. Квадратного сечения с угловым расположением горелок (щелевых). Снижается концентрация NO_x на 50-60 % при небольшом хим недожоге. Теоретически двухфазный вихрь не описан. Процессы зависят от правильности подачи топлива, от правильной настройки горелок, правильности распределения пыли и воздуха.

О днако, трудно предотвратить шлакование поверхностей, тяжелые условия работы поверхностей нагрева за топкой. В зоне, где вихрь превращается в прямой поток, в верхней части топки, устанавливают сопла воздуха. Они трудно настраиваются и регулируются.

Современные схемы сжигания с низким выходом nOx.

Три группы механизмов образования оксидов азота при сжигании, главным образом, твердого топлива.

Установим, что при сжигании твердых топлив, в меньшей степени природного газа, в большей – мазута, при горении образуются цепочки реакций с образованием вществ радикалов типа CN_i^j, HN_i^j, которые соединяются с кислородом на 1-2 порядка быстрее N₂, этих веществ не много и получаются те же NO_x, но быстрее, чем по основной реакции окисления N₂ с поглощением теплоты. Эту группу NO_x называют быстрыми, в отличие от NO_x, получаемых при основной реакции и называемых термическими.

При сжигании твердых топлив оксидов азота образуется на 30-40 % больше, чем при сжигании газа или мазута при той же температуре.

Третья группа механизмов образования называется NO_x топливными. Это оксиды, которые переходят в молекулярно связанный N₂. Сложные молекулы топлива содержат азот, который может образовать NO_x. В зависимости от организации сжигания, в NO_x переходит весь азот или только его часть.

Четыре фактора, которые можно использовать для индивидуального подавления nOx по разным группам механизмов.

1. Если топливо сжигается при дефиците воздуха примерно 10 %, то в этом случае имеет место минимальное образование оксидов азота. Этот процесс практически не зависит от температуры горения <1200 ⁰С.

2. При сжигании топлива с дефицитом воздуха 200 %, имеет место образование как быстрых, так и термических NO_x.

3. При дефиците воздуха 25-35 % -- малое образование NO_x.

4. Минимальный переход связанного атмосферного N2 в NO_x происходит главным образом при горении летучих при избытках воздуха примерно 50 % от необходимого.

Эти четыре группы механизмов можно положить в основу сжигания твердого топлива.

Проблема радикального снижения nOx.

2 направления:

1. Сжигание в восстановительной атмосфере;

2. Сжигание с частичной газификацией.

Самая экологичная и экономически эффективная схема – факельное сжигание в камерных топках в восстановительной атмосфере в несколько стадий. В РФ не применяется.

Deutsche Babcock свел все к сжиганию в трех стадиях при недостатке кислорода и дожигании в 4й стадии при восстановительной атмосфере. Выдержка газов в восстановительной атмосфере с постепенным небольшим охлаждением.