4.4.3 Выбросы оксидов азота (no, no2)

Азот воздуха и органических соединений топлива окисляется в зоне горения по реакции

N₂ + O₂ = 2NO (4.27)

Часть NO окисляется до NO₂

NО + 0,5O₂ = NO₂ (4.28)

По данным исследований П.О. Сигала доля NO в смеси указанных оксидов (NO, NO₂), объединяемых химической формулой NO_х, составляет 97-98%. Количество образующихся оксидов азота зависит от двух факторов: максимальной температуры в зоне горения топлива и концентрации свободного кислорода. По результатам некоторых исследований к числу определяющих количество NO_х факторов относится содержание в шихте азота органической массы топлива. Японские исследователи даже указывают на то, что при спекании шихты «термические», полученные с участием азота воздуха оксиды этого элемента, почти не обнаруживаются. Зато обнаруживаются «топливные» оксиды, на долю которых приходится не менее 90% от общего количества NO_х. На стадии нагрева шихты малоизученные органические соединения азота твердого топлива разлагаются и образуются промежуточные соединения, представленные HCN, CN и полученными из аммиака (NH₃) топлива радикалами – NH₂, NH, N. В зоне горения углерод, монооксид углерода, водород, радикал ОН составляют конкуренцию азоту в реакциях его окисления. Поэтому их присутствие в зоне горения подавляет образование оксидов азота.

Уменьшение времени пребывания материала шихты в зоне высоких температур, в сочетании со снижением концентрации кислорода в зоне горения также способствует уменьшению образования NO_х.

Достигнуть этого можно увеличением скорости перемещения фронта горения за счет повышения газопроницаемости шихты или увеличения производительности нагнетателя (эксгаустера). Любые другие факторы, понижающие максимальную температуру в зоне горения, заметно ограничивают образование оксидов азота.

Такими могут быть: повышение плавкости шихты путем увеличения ее основности, оптимизация гранулометрического состава компонентов шихты. Уменьшение расхода топлива – самая действенная мера. Это и снижение прихода топливного азота и понижение температуры в зоне горения. Ограничить образование NO_х можно также путем замены обычного твердого топлива углеводородами, не содержащими азота (древесные опилки, отходы зернового и сахарного производства).

Ориентировочное расчетное определение выбросов оксидов азота можно произвести, пользуясь примером, где используется информация о среднем содержании NO_х в отходящих газах агломашины.

Пример. Определить массу оксидов азота, выбрасываемых агломашиной с площадью спекания 75 м². Объем отходящих газов составляет 390 тыс. м³/ч при их температуре 125^оС; содержание в них NO_х – 200 мг/м³; производительность агломашины – 110 т/ч.

Решение. Приняты следующие положения относительно изменений концентраций NO и NO₂ в их смеси. На выходе из процесса (дымовой трубы) NO_х содержит 97 % NO и 3% NO₂. В атмосферном воздухе происходит доокисление NO и в результате в смеси NO_х содержится 80 % NO₂. Следовательно 77 % NO₂ образовалось при окислении монооксида азота, вышедшего из процесса спекания. Приведенная к NO₂ масса, точнее концентрация оксидов азота в газе составит:

где С^’_NOх – концентрация оксидов азота в газе, мг/м³;

δ_NO2 – массовая доля NO₂ в газе, доли ед.;

δ_NO – массовая доля NO, окисляющегося в воздухе до NO₂, доли ед.;

δ΄_NO – массовая доля NO газа, не участвующего в доокислении, доли ед.;

M_NO2 – молекулярная масса NO₂;

M_NO – молекулярная масса NO.

Масса выбросов NO_х составит:

(4.32)

где V_г – объем отходящих газов, м³/ч;

C_NOx – приведенная концентрация NO_х в газе, мг/м³.

Удельные выбросы NO_х составят 72,72:110=0,66 кг/т. Масса выбросов NO_х одной агломашины с годовой мощностью 913 тыс. т агломерата составит 0,66^.913=602,6 т/год.