ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ПРОБЛЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СЖИГАНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ из "Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях" Защита атмосферного воздуха является одной из наиболее актуальных современных проблем. Наибольшая опасность загрязнения воздуха связана с процессами сжигания топлива на тепловых электрических станциях и в котельных. Это привело к тому, что дальнейшее развитие теплоэнергетики как в России, так и за рубежом в значительной степени определяется экологическими требованиями. [c.5] Одним из наиболее вредных компонентов продуктов сгорания органических топлив, учитывая их токсичность и массовый выброс, являются оксиды азота. Уровень их эмиссии в настоящее время является одним из основных технико-экономических показателей паровых и водогрейных котлов. [c.5] Для решения проблемы ограничения выбросов оксидов азота в рамках Государственной научно-технической программы России Экологически чистая энергетика ВТИ, ЦКТИ, ЭНИН, МЭИ, ИВТ РАН, ВНИПИэнергопромом и другими организациями были разработаны новые малотоксичные способы сжигания органических топлив на ТЭС и в котельных. Предложенные технологические мероприятия позволяют снижать выбросы оксидов азота на 50—70 %. В то же время для широкого внедрения в российской теплоэнергетике воздухоохранных мероприятий важно, чтобы оно не сопровождалось значительными капитальными и эксплуатационными затратами, снижением эффективности работы котлов, не требовало дополнительных площадей, не вызывало побочных негативных явлений экологического характера и, по возможности, могло быть проведено силами собственного персонала. [c.5] Настоящая работа посвящена исследованию и внедрению на газомазутных котлах малозатратного нетрадиционного способа нестехиометрического сжигания топлива, позволяющего значительно снизить выбросы оксидов азота с уходящими газами при условии выполнения вышеперечисленных требований. [c.5] Проведено внедрение и экспериментальное исследование способа нестехиометрического сжигания природного газа и мазута на ряде паровых и водофейных котлов. На базе обобщения результатов экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по эффективному внедрению способа нестехиометрического сжигания на действующих газомазутных котлах без ухудшения их технико-эконо-мических характеристик и показателей надежности. [c.6] Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам Московского энергетического института (технического университета) канд. техн. наук доценту Л.Е. Егоровой и старшему научному сотруднику И.Л. Ионкину, принимавшим участие в исследованиях. [c.6] Крупнейшими загрязнителями атмосферы являются продукты сгорания тепловых электрических станций и котельных [1, 2]. При сжигании органических топлив в атмосферу с дымовыми газами котлов попадает большое количество токсичных веществ, таких как оксиды азота и серы, зола и т.д. В настоящее время в теплоэнергетике России доля природного газа и мазута составляет более 73 % от всего сжигаемого органического топлива [3], причем в крупных промышленных городах европейской части России доля природного газа и мазута в топливном балансе приближается к 100 %. [c.7] Основным токсичным компонентом, образующимся при сжигании природного газа и мазута в топках паровых и водогрейных котлов, являются оксиды азота N0 . Оксиды азота оказывают негативное воздействие на здоровье людей, в частности на органы дыхания. И хотя количество оксидов азота, образующихся естественным путем, намного превышает выбросы от результатов человеческой деятельности, необходимо учитывать, что антропогенные выбросы оксидов азота сосредоточены в местах хозяйственной деятельности человека. Поэтому концентрации N0 в городских районах на один-два порядка выше естественной фоновой концентрации [4]. Исходя из этого в данной работе основное внимание уделено решению проблемы снижения выбросов оксидов азота газомазутными ТЭЦ и котельными. [c.7] При сжигании органических топлив в топках котлов азот, содержащийся в топливе и воздухе, взаимодействуя с кислородом, образует оксиды N0 = N0 + N 2 + N20. Основная доля образовавшихся в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов N0 (95...99 %) приходится на монооксид (оксид) азота N0 [2, 4, 5]. Диоксид N02 гемиоксид N2 азота образуются в значительно меньших количествах. [c.7] Образование монооксида (оксида) азота при сжигании органических топлив происходит как за счет окисления азота воздуха N2, так и за счет окисления азота, содержащегося в топливе. В настоящее время известны три механизма, по которым происходит образование оксидов азота термический, быстрый и топливный. При образовании термических и быстрых N0 источником азота является воздух, а в случае образования топливных N0 — азотсодержащие составляющие топлива. [c.8] Реакции образования термических N0 характеризуются высокой энергией активации, поэтому образование оксидов азота происходит в области высоких температур, превышающих 1800 К [5, 8, 9]. Концентрация термических N0 интенсивно возрастает от начала зоны горения и достигает наибольших значений непосредственно за зоной максимальных температур (рис. 1.1). Далее по длине факела концентрация оксидов азота практически не изменяется [10, 11]. [c.8] Образование термических N0 определяют следующие основные факторы температура в зоне горения, коэффициент избытка воздуха и время пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур. [c.8] Температура в зоне горения оказывает наибольшее влияние на выход НО. рц,. Расчетные и экспериментальные исследования на кинетической модели, проведенные в ИВТАН, показали, что с ростом температуры в зоне горения происходит экспоненциальный рост концентраций оксидов азота в продуктах сгорания [10—12]. [c.8] Время достижения равновесной концентрации оксида азота в диапазоне температур 1800... 1900 К составляет примерно 23...4 с. В топках котельных установок время пребывания продуктов сгорания значительно меньше [4], и, следовательно, равновесные концентрации там не достигаются. Поэтому увеличение времени пребывания в зоне горения приводит почти к прямо пропорциональному возрастанию количества образовавшихся N0 [И]. [c.8] Влияние избытков воздуха на образование оксидов азота, исследованное в работах [5, 13, 14], имеет экстремальный вид с максимумом при сжигании природного газа и мазута в области значений коэффициента избытка воздуха а р = 1,10... 1,25 (рис. 1.2). Рост концентрации оксидов азота до а р объясняется тем, что при малых избытках воздуха увеличение концентрации свободного кислорода приводит к более активному протеканию реакции окисления азота воздухом, а в области а а р повышение а вызывает уменьшение выхода N0 за счет снижения температуры в зоне горения, которая в большей степени влияет на образование оксидов азота, нежели рост концентрации О2. [c.9] Реакции образования быстрых оксидов НОе (1.6)—(1.9) протекают достаточно энергично при температурах 1200... 1600 К, когда образование термических оксидов азота практически не происходит. [c.10] Зависимость образования быстрых N0 от избытков воздуха имеет экстремальный характер с максимумом при а = 0,6...0,9. При этом сростом температуры в зоне горения их выход увеличивается [18, 19] (рис. 1.4). [c.11] В работах [5, 19] было показано, что существуют две области избытков воздуха, характеризующиеся заметным выходом N0 (рис. 1.5). [c.11] Доля быстрых оксидов азота в суммарном выбросе N0 , образующихся в энергетических котлах, незначительна и, как правило, не превышает 10... 15 %. Однако в котлах малой мощности с суммарным выбросом N0 75... 100 ррт доля быстрых оксидов азота может возрасти до 30...50 % [20]. [c.12] Азотсодержащие компоненты жидких и твердых топлив являются источником образования топливных оксидов азота. Ввиду того что энергия диссоциации связей N-N в 2...4 раза превосходит энергию диссоциации связей -N и N-H, азотсодержащие компоненты топлива легче переходят в N0, чем молекулярный азот воздуха. Образование топливных оксидов азота происходит при наличии в зоне реакции достаточного количества кислорода уже при температурах 850... 1100 К [4, 21]. [c.12] Вернуться к основной статье