что такое nox в дымовых газах
Что такое NOx.
 |
Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива являются:
— летучие углеводороды (Cx Hy);
— окись углерода (СО);
— оксиды серы (SOx);
— оксиды азота (NOx).
В целом, объем и состав загрязняющих веществ существенно зависит от типа используемого топлива, качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.
Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах. Механизм их соединения может быть различным.
Под термином «оксид азота» формула NOx объединяетв себе три вещества:
NO (одноокись азота);
NO2 (двуокись азота);
N2O (закись азота).
Выражаясь точнее, именно NOx являются теми веществами, которые преобладают внутри котла (95 % и более), в то время как большое количество NO2 образуется только при контакте с низкими температурами, т.е. при выбросе отходящих газов в атмосферу.
В соответствии со своим происхождением можноопределить три различных механизма образования NОx.
NOx теплового происхождения
Данные вещества образуются из азота, присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при температуре 1300°С.
Их концентрация прямо пропорциональна температуре пламени, длительности пребывания дымовых газов в зоне высокой температуры, а также зависит от парциального давления кислорода в данной зоне.
Готовые NOx
Образуются при соединении присутствующего в воздухе молекулярного азота с фрагментами углеводорода, образующихся при разложении топлива на первых стадиях сгорания. Данный процесс особенно способствует образованию NO.
Количество выбрасываемого загрязняющего вещества прямо пропорционально концентрации кислорода (т.е. его избытка) и не зависит от температуры.
NOx, образующиеся из топлива
Данные вещества образуются при реакции органических азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре сгорания,превышающей 1000 °С. Образование оксидов азота происходит при сгорании жидкого топлива и угля, однако при сгорании метана отсутствует, поскольку последний не содержит азота.
. И КАК ЕГО УМЕНЬШИТЬ
Образование загрязняющих атмосферу веществ (NOx) при сгорании топлива зависит, прежде всего, от времени их пребывания в зоне высоких температур, а также от стехиометрии, т.е. избытка кислорода.
Образовавшиеся оксиды азота попадают в атмосферу и соединяются с ней достаточно сложным химическим путем (вступая в реакцию с водяным паром, а также фотохимическими способом).
Механизм данной реакции еще до конца не изучен.
Количество coeдинeния N2O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO2 и другими вредными выбрocaми способствует образованию парникового эффекта.
Посредством реакции с озоном O3, одно окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO2 и кислородO2. Позднее, двуокись азота NO2 удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO2, и далее в азотную кислоту HNO3, которая способствует образованию кислотных дождей. Необходимо помнить, что NO2 является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органическихвеществах, присутствующих в земле и в воде.
Как снизить загрязнение атмосферы припомощи TRIOPREX N
Процесс формирования веществ NOx сильнозависит от:
-температуры пламени;
-длительности нахождения продуктов сгорания взоне высоких температур;
-парциального давления кислорода и его концентрации.
Для уменьшения образования веществ NOx необходимо:
— понизить температуру пламени;
— уменьшить теплонапряженность (кВт/м3), т.е. установить рабочий режим котла ниже номинального;
— сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;
— снизить концентрацию кислорода.
Для решения задачи по снижению выброса NOx в атмосферу при создании котла TRIOPREX N были использованы следующие инженерные решения:
— отсутствие инверсии при движении дымовыхгазов;
— факел горелки имеет более сжатую и короткую форму для уменьшения длительности пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур;
— отсутствие инверсии пламени способствует быстрому снижению его температуры состороны стенок топки, которая охлаждается благодаря пoлнoму oмывaнию вoдoй;
— снижение теплонапряженности: объем топки данной серии котлов увеличен по сравнению с топками обычных трехходовых котлов эквивалентной мощности.
С внедрением современных горелок снизким уровнем NOx появилась возможность дополнительно снизить количество вредных веществ при помощи:
— рециркуляции (дожигания) дымовых газов, при которой часть дымовых газов и воздуха,используемого для сжигания топлива, отбирается и, вновь направляяcь в топку дoжигaeтcя. Таким образом, понижается парциальное давление кислорода и температуры пламени;
— уменьшения парциального давления кислорода путем уменьшения избытка воздуха.
Дополнительного контроля над выбросами NOx можно достичь путем снижения мощности горелки в пределах, предусмотренных ее техническими характеристиками.
Что такое NOx.
|
Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива являются:
— летучие углеводороды (Cx Hy);
— окись углерода (СО);
— оксиды серы (SOx);
— оксиды азота (NOx).
В целом, объем и состав загрязняющих веществ существенно зависит от типа используемого топлива, качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.
Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах. Механизм их соединения может быть различным.
Под термином «оксид азота» формула NOx объединяетв себе три вещества:
NO (одноокись азота);
NO2 (двуокись азота);
N2O (закись азота).
Выражаясь точнее, именно NOx являются теми веществами, которые преобладают внутри котла (95 % и более), в то время как большое количество NO2 образуется только при контакте с низкими температурами, т.е. при выбросе отходящих газов в атмосферу.
В соответствии со своим происхождением можноопределить три различных механизма образования NОx.
NOx теплового происхождения
Данные вещества образуются из азота, присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при температуре 1300°С.
Их концентрация прямо пропорциональна температуре пламени, длительности пребывания дымовых газов в зоне высокой температуры, а также зависит от парциального давления кислорода в данной зоне.
Готовые NOx
Образуются при соединении присутствующего в воздухе молекулярного азота с фрагментами углеводорода, образующихся при разложении топлива на первых стадиях сгорания. Данный процесс особенно способствует образованию NO.
Количество выбрасываемого загрязняющего вещества прямо пропорционально концентрации кислорода (т.е. его избытка) и не зависит от температуры.
NOx, образующиеся из топлива
Данные вещества образуются при реакции органических азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре сгорания,превышающей 1000 °С. Образование оксидов азота происходит при сгорании жидкого топлива и угля, однако при сгорании метана отсутствует, поскольку последний не содержит азота.
. И КАК ЕГО УМЕНЬШИТЬ
Образование загрязняющих атмосферу веществ (NOx) при сгорании топлива зависит, прежде всего, от времени их пребывания в зоне высоких температур, а также от стехиометрии, т.е. избытка кислорода.
Образовавшиеся оксиды азота попадают в атмосферу и соединяются с ней достаточно сложным химическим путем (вступая в реакцию с водяным паром, а также фотохимическими способом).
Механизм данной реакции еще до конца не изучен.
Количество coeдинeния N2O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO2 и другими вредными выбрocaми способствует образованию парникового эффекта.
Посредством реакции с озоном O3, одно окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO2 и кислородO2. Позднее, двуокись азота NO2 удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO2, и далее в азотную кислоту HNO3, которая способствует образованию кислотных дождей. Необходимо помнить, что NO2 является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органическихвеществах, присутствующих в земле и в воде.
Как снизить загрязнение атмосферы припомощи TRIOPREX N
Процесс формирования веществ NOx сильнозависит от:
-температуры пламени;
-длительности нахождения продуктов сгорания взоне высоких температур;
-парциального давления кислорода и его концентрации.
Для уменьшения образования веществ NOx необходимо:
— понизить температуру пламени;
— уменьшить теплонапряженность (кВт/м3), т.е. установить рабочий режим котла ниже номинального;
— сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;
— снизить концентрацию кислорода.
Для решения задачи по снижению выброса NOx в атмосферу при создании котла TRIOPREX N были использованы следующие инженерные решения:
— отсутствие инверсии при движении дымовыхгазов;
— факел горелки имеет более сжатую и короткую форму для уменьшения длительности пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур;
— отсутствие инверсии пламени способствует быстрому снижению его температуры состороны стенок топки, которая охлаждается благодаря пoлнoму oмывaнию вoдoй;
— снижение теплонапряженности: объем топки данной серии котлов увеличен по сравнению с топками обычных трехходовых котлов эквивалентной мощности.
С внедрением современных горелок снизким уровнем NOx появилась возможность дополнительно снизить количество вредных веществ при помощи:
— рециркуляции (дожигания) дымовых газов, при которой часть дымовых газов и воздуха,используемого для сжигания топлива, отбирается и, вновь направляяcь в топку дoжигaeтcя. Таким образом, понижается парциальное давление кислорода и температуры пламени;
— уменьшения парциального давления кислорода путем уменьшения избытка воздуха.
Дополнительного контроля над выбросами NOx можно достичь путем снижения мощности горелки в пределах, предусмотренных ее техническими характеристиками.
Что такое nox в дымовых газах
-$r^1L;32^J(«dh)3R$/SK_Cej[7:’!!^T\m`l:QSJ@aK QDjIq;UY(K)?X1)QqC,`D’SCt#L,8Z4]o1GNMt#Q@:C0?NgS8C;H4XR- ^2I?#=mF F024:`8_^X?%D\?pWF9^Ej».0+`T)C/k@84Cp’D+#41?lr$NDaiP-ZLO0bZ8L164\ NWg;MN-5!Mi`kAQKlBB2U5P?)»I_FF^/jP96KS7pD;%5[2JJW=Fuf\N;d’Q90RgC9 qhH+Ime_c’#4]proGAJ»`>Riec;Q;’Zd?887>?&LG2_XlZ4Q&ZREipiCiu3?aND.E UW^Lj$Bqk\]J/`X0Gaf7pH>f9m;X:#Q=Q&m- +S9K
Acrobat Distiller 3.0 for Power Macintosh
2003-03-03T16:48:01Z 2003-11-19T15:40:55+02:00 2003-11-19T15:40:55+02:00 endstream endobj xref 0 256 0000000003 65535 f 0000000016 00000 n 0000012865 00000 n 0000000004 00001 f 0000000007 00001 f 0000013218 00000 n 0000014309 00000 n 0000000010 00001 f 0000015396 00000 n 0000015519 00000 n 0000000013 00001 f 0000015640 00000 n 0000015797 00000 n 0000000014 00001 f 0000000019 00001 f 0000016056 00000 n 0000028906 00000 n 0000043729 00000 n 0000054322 00000 n 0000000020 00001 f 0000000023 00001 f 0000054680 00000 n 0000054777 00000 n 0000000024 00001 f 0000000028 00001 f 0000055049 00000 n 0000055588 00000 n 0000068438 00000 n 0000000029 00001 f 0000000031 00001 f 0000068746 00000 n 0000000032 00001 f 0000000035 00001 f 0000069018 00000 n 0000081868 00000 n 0000000036 00001 f 0000000038 00001 f 0000082162 00000 n 0000000039 00001 f 0000000042 00001 f 0000082421 00000 n 0000095271 00000 n 0000000043 00001 f 0000000045 00001 f 0000095565 00000 n 0000000046 00001 f 0000000048 00001 f 0000095850 00000 n 0000000058 00001 f 0000095941 00000 n 0000096134 00000 n 0000096241 00000 n 0000096348 00000 n 0000096455 00000 n 0000096562 00000 n 0000097467 00000 n 0000104393 00000 n 0000104619 00000 n 0000000059 00001 f 0000000062 00001 f 0000124615 00000 n 0000124841 00000 n 0000000063 00001 f 0000000066 00001 f 0000125298 00000 n 0000126415 00000 n 0000000000 00001 f 0000126551 00000 n 0000126631 00000 n 0000126705 00000 n 0000126852 00000 n 0000127058 00000 n 0000127087 00000 n 0000127220 00000 n 0000127413 00000 n 0000127520 00000 n 0000127627 00000 n 0000127734 00000 n 0000127841 00000 n 0000127870 00000 n 0000128001 00000 n 0000128194 00000 n 0000128301 00000 n 0000128408 00000 n 0000128515 00000 n 0000128622 00000 n 0000128755 00000 n 0000128948 00000 n 0000129055 00000 n 0000129162 00000 n 0000129269 00000 n 0000129376 00000 n 0000129507 00000 n 0000129700 00000 n 0000129807 00000 n 0000129914 00000 n 0000130021 00000 n 0000130128 00000 n 0000130259 00000 n 0000130458 00000 n 0000130565 00000 n 0000130673 00000 n 0000130781 00000 n 0000130889 00000 n 0000131024 00000 n 0000131227 00000 n 0000131335 00000 n 0000131443 00000 n 0000131551 00000 n 0000131659 00000 n 0000131792 00000 n 0000131995 00000 n 0000132103 00000 n 0000132211 00000 n 0000132319 00000 n 0000132427 00000 n 0000133703 00000 n 0000133726 00000 n 0000133859 00000 n 0000134062 00000 n 0000134170 00000 n 0000134278 00000 n 0000134386 00000 n 0000134494 00000 n 0000134627 00000 n 0000134830 00000 n 0000134938 00000 n 0000135046 00000 n 0000135154 00000 n 0000135262 00000 n 0000140081 00000 n 0000140104 00000 n 0000140237 00000 n 0000140440 00000 n 0000140548 00000 n 0000140656 00000 n 0000140764 00000 n 0000140872 00000 n 0000141005 00000 n 0000141208 00000 n 0000141316 00000 n 0000141424 00000 n 0000141532 00000 n 0000141640 00000 n 0000141773 00000 n 0000141976 00000 n 0000142084 00000 n 0000142192 00000 n 0000142300 00000 n 0000142408 00000 n 0000142541 00000 n 0000142744 00000 n 0000142852 00000 n 0000142960 00000 n 0000143068 00000 n 0000143176 00000 n 0000145906 00000 n 0000145929 00000 n 0000146062 00000 n 0000146265 00000 n 0000146373 00000 n 0000146481 00000 n 0000146589 00000 n 0000146697 00000 n 0000146830 00000 n 0000147033 00000 n 0000147141 00000 n 0000147249 00000 n 0000147357 00000 n 0000147465 00000 n 0000151595 00000 n 0000151618 00000 n 0000151751 00000 n 0000151954 00000 n 0000152062 00000 n 0000152170 00000 n 0000152278 00000 n 0000152386 00000 n 0000152519 00000 n 0000152722 00000 n 0000152830 00000 n 0000152938 00000 n 0000153046 00000 n 0000153154 00000 n 0000156963 00000 n 0000156986 00000 n 0000157119 00000 n 0000157322 00000 n 0000157430 00000 n 0000157538 00000 n 0000157646 00000 n 0000157754 00000 n 0000157887 00000 n 0000158090 00000 n 0000158198 00000 n 0000158306 00000 n 0000158414 00000 n 0000158522 00000 n 0000163210 00000 n 0000163233 00000 n 0000163366 00000 n 0000163569 00000 n 0000163677 00000 n 0000163785 00000 n 0000163893 00000 n 0000164001 00000 n 0000164134 00000 n 0000164337 00000 n 0000164445 00000 n 0000164553 00000 n 0000164661 00000 n 0000164769 00000 n 0000169657 00000 n 0000169680 00000 n 0000169813 00000 n 0000170016 00000 n 0000170124 00000 n 0000170232 00000 n 0000170340 00000 n 0000170448 00000 n 0000170581 00000 n 0000170784 00000 n 0000170892 00000 n 0000171000 00000 n 0000171108 00000 n 0000171216 00000 n 0000175138 00000 n 0000175161 00000 n 0000175294 00000 n 0000175497 00000 n 0000175605 00000 n 0000175713 00000 n 0000175821 00000 n 0000175929 00000 n 0000176062 00000 n 0000176265 00000 n 0000176373 00000 n 0000176481 00000 n 0000176589 00000 n 0000176697 00000 n 0000180101 00000 n 0000180124 00000 n 0000180257 00000 n 0000180460 00000 n 0000180568 00000 n 0000180676 00000 n 0000180784 00000 n 0000180892 00000 n 0000181025 00000 n 0000181228 00000 n 0000181336 00000 n 0000181444 00000 n 0000181552 00000 n 0000181660 00000 n 0000186352 00000 n 0000186375 00000 n trailer ] >> startxref 187293 %%EOF
Азбука горения
Монооксид азота NO, который присутствует в городском воздухе, может самопроизвольно переходить в диоксид азота NO2 при фотохимическом окислении.
Существуют три пути образования оксидов азота, различающиеся по способу происхождения, но не по химическому составу:
Тепловые оксиды азота, составляющие большинство, образуются при высокой температуре (Т>1500 К) и при условии высокой концентрации кислорода при окислении атмосферного азота в процессе горения. Тепловые оксиды образуются при сжигании газообразного топлива (природный газ и сжиженный нефтяной газ) и топлива, в котором не содержатся вещества, имеющие в своем составе азот
Быстрые оксиды азота образуются при связывании атмосферного азота углеводородными частицами (радикалами), которые присутствуют в зоне факела. Этот метод образования оксидов протекает с очень высокой скоростью (отсюда их название; быстрые). Образование быстрых оксидов прежде всего зависит от концентрации радикалов в корневой части факела. При окислительном пламени (горение происходит с избытком кислорода) их вклад незначителен, но при сжигании обогащенных смесей и при низкотемпературном горении их доля может достигать 25% от общего содержания оксидов азота.
Топливные оксиды азота образуются при окислении азотосодержащих веществ, присутствующих в топливе в зоне факела. Концентрация топливных оксидов может достигать значительных размеров, если содержание в топливе азотосодержащих веществ превышает 0,1% от веса. Как правило, это касается только жидкого и твердого топлива.
На рис. 5 показано соотношение между NOx разных типов в зависимости от типа топлива (при стандартных условиях горения):
Доля быстрых оксидов азота более или менее постоянна, в то время как доля топливных оксидов азота увеличивается при горении видов топлива с более высоким молекулярным весом. При этом доля тепловых оксидов азота снижается.
1.4.2.1. Снижение уровня NOx при сжигании газообразного топлива
Содержание тепловых оксидов азота в газообразном топливе достигает 80% от общего количества выбросов. Снизить образование тепловых оксидов азота можно снизив температуру пламени.
Температуру пламени можно снизить различными путями:
1) снижением удельной тепловой нагрузки
Этот метод состоит в уменьшении мощности горения на единицу объёма камеры сгорания. Для этого необходимо «перерассчитать» мощность котла, то есть уменьшить его номинальную тепловую мощность (если это уже действующий котёл) или взять размер камеры сгорания с запасом (при проектировании новых объектов).
2) особой конструкции камеры сгорания
Этот метод состоит в использовании теплогенераторов, камера сгорания которых является не инверсионной, а имеет три хода по тракту дымовых газов. В котлах с инверсионными камерами сгорания дымовые газы при проходе к дымогарным трубам сужают пространство, в котором находится факел, до объёма меньшего, чем сама камера сгорания. Часть лучистой энергии, отражённой от стенок камеры сгорания, передаётся пламени, температура пламени повышается, и увеличивается образование тепловых оксидов азота. Тот же эффект наблюдается в установках с высокой температурой стенок камеры сгорания, например печах или котлах с высокой температурой теплоносителя.
3) предварительным смешиванием воздуха и газа
В обычных условиях системы сжигания настроены таким образом, чтобы работать с избыточным воздухом. Этот избыточный воздух снижает температуру горения ниже адиабатической температуры, а иногда ниже того уровня, при котором начинается образование оксидов азота (1500К)
Пламя является типичной турбулентной средой. В неё подаются два реагента, которые очень трудно равномерно смешать между собой. В результате в пламени создаются зоны с разной стехиометрией
В зонах со стехиометрическими или близкими к ним условиями, значение температуры настолько высоко, что появляются условия для образования тепловых NOx.
С учётом опасности тепловых NOx следует предотвратить появление этих условий или максимально снизить сферу их действий. Неравномерность концентрации газовоздушной смеси позволяют снизить: предварительное смешение газа с воздухом и стабилизация пламени. Это влечёт за собой снижение температуры пламени по всему объёму факела и приближение её к теоретически рассчитанному значению.
Дополнительный положительный эффект может дать равномерное распределение пламени. Лучше, если оно равномерно распределяется по широкой поверхности, не создавая маленьких язычков, внутри которых температура, как правило, более высока.
В качестве примера можно привести горелки с пористой поверхностью (из металла или керамики) или с волокнистой поверхностью, в которой имеются мельчайшие отверстия. Всё это необходимо для того, чтобы как можно аккуратнее смешать перед горением воздух и газ.
Несмотря на то, что в настоящий момент высокая стоимость и конструктивные ограничения препятствуют широкому внедрению этого метода, особенно для горелок большой мощности, он является очень многообещающим для значительного снижения выбросов NOx.
4) ступенчатое сжигание
Оксиды азота образуются быстрее, когда соотношение топлива и поддерживающего горение воздуха приближается к стехиометрическому Для того чтобы снизить скорость образования оксидов азота, можно создать систему горения использующую коэффициент избытка воздуха близкий к идеальному Внутри факела этой системы должны присутствовать зоны с, сильнотличающимся от стехиометрического, соотношением топливо-воздух. Используя аэродинамические характеристики факела и распределение топлива можно создавать чередующиеся зоны с избытком и недостатком воздуха, поддерживая в общем условия близкие к стехиометрическим.
5) рециркуляция продуктов горения
При растворении части дымовых газов в воздухе уменьшается содержание кислорода и понижается температура пламени: поэтому часть вырабатываемой в результате горения энергии немедленно передается инертным веществам, присутствующим в газообразном топливе.
Этот метод даёт очень хорошие результаты при работе с газообразным топливом: пропускаемые продукты горения и смесь поддерживающего горения воздуха и топлива легко смешиваются между собой.
В теплогенераторах большой мощности, из-за большого сопротивления возникающего на головке горелки, сложно организовать подмес продуктов горения внутри камеры сгорания. Поэтому продукты горения подмешиваются в камеру сгорания из вне.
С помощью дополнительного вентилятора или с помощью вентилятора самой горелки часть продуктов горения забирается на выходе из теплогенератора и подаётся обратно в головку горелки для того, чтобы смешать с воздухом для горения.
Даже если при некоторых обстоятельствах рециркуляция газов внутри камеры сгорания может оказаться недостаточной для достижения очень низкого содержания NOx (данный случай относится к горелкам большой мощности), этот метод можно применять в сочетании со ступенчатым сжиганием, которое было описано выше.
1.4.2.2. Снижение уровня NOx при сжигании жидкого топлива
Основное различие между сжиганием газообразного топлива и сжиганием жидкого топлива, с точки зрения оксидов азота, состоит в том, что в последнем азот находится в виде азотосодержащих соединений. Азот является причиной образования оксидов NOx, которые дают значительный вклад в общее содержание NOx. Принципы образования тепловых и быстрых оксидов азота рассмотренные в предыдущем параграфе, приемлемы и для жидкотопливных горелок.
Что же касается топливных оксидов азота, то в восстановительной среде содержащийся в топливе азот, может переходить не во вредный NOx, а в простой и безопасный молекулярный азот N2. Для этого в некоторых областях факела нужно создать богатые топливом зоны и условия для процесса восстановления. Например, в область горения сначала подается 80% от общего количества поддерживающего горение воздуха вместе со 100% топлива, а затем подаются оставшиеся 20% воздуха для горения (добавочный воздух).
Применительно к горелкам малой и средней мощности бытового и коммерческого назначения этот метод пока проходит этап тестирования. Все эти методы всё ещё находятся в стадии эксперимента на бытовых и коммерческих горелках. А в промышленных горелках эта технология уже вносит свой ценный вклад.
Что такое nox в дымовых газах
Загрязнение окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем современной теплоэнергетики. Уже сейчас темп и масштабы антропогенного воздействия превышают адаптационные возможности биосферы и поэтому происходят необратимые процессы в природе, приводящие к экологическим катастрофам.
Серьезное загрязнение атмосферы создают трубчатые печи нефтеперерабатывающих установок. В атмосферу выбрасываются в составе продуктов сгорания оксид углерода СО, оксиды азота NO, NO2, диоксид серы SO2 и углеводороды.
Наиболее токсичными являются выбросы оксидов азота, что обусловливает первоочередную необходимость уменьшения их выбросов в атмосферу.
Источники и механизм образования оксидов азота при сжигании органических топлив
Различают три механизма образования оксидов азота: термический, быстрый и топливный.
Термические оксиды азота образуются в результате реакции окисления атмосферного азота свободным кислородом в процессе горения. Основное количество термических оксидов азота образуется в узком диапазоне температур, близком к максимальной температуре в зоне активного горения. Механизм образования термических оксидов азота был предложен Я.Б. Зельдовичем и включает следующие реакции:
Позднее он был дополнен реакцией атомарного азота с гидроксилом и получил название расширенного механизма Я.Б. Зельдовича:
Основными факторами, влияющими на выход термических оксидов азота, являются: температура в зоне генерации NOх, концентрация атомарного кислорода и время пребывания продуктов сгорания в этой зоне. При этом концентрация оксидов азота линейно увеличивается с увеличением концентрации атомарного кислорода и экспоненциально с увеличением температуры.
Быстрые оксиды азота образуются при сравнительно низких температурах в результате реакций углеводородных радикалов с азотом воздуха и последующего взаимодействия азотсодержащих и кислородсодержащих радикалов. Этот метод образования оксидов протекает с очень высокой скоростью (отсюда их название; быстрые). Образование быстрых оксидов прежде всего зависит от концентрации радикалов в корневой части факела. При окислительном пламени (горение происходит с избытком кислорода) их вклад незначителен, но при сжигании обогащенных смесей и при низкотемпературном горении их доля может достигать 25% от общего содержания оксидов азота. Механизм образования “быстрых” NOх описан С. Фенимором:
Топливные оксиды азота образуются из азотосодержащих соединений топлива при окислении кислородом уже при температуре 900-1000 К.
Топливные оксиды азота не образуются при сжигании природного газа (так как он, за редким исключением, не содержит связанного азота), но зато при сжигании мазута и особенно всех видов твердого топлива (торфа, сланцев, бурых и каменных углей) доля топливных NOх весьма велика, а в некоторых случаях составляет 100% общего выброса NOх.
В следующей таблице приведены средние показатели образования NOx при сжигании различного топлива.
Выделение окислов азота (NOx) в типичных подогревателях (печах)
Справочник по горению Джон Зинк, 2000
[The John Zink Combustion Handbook]
Тип печи
Выделение окислов азота, ppm (мг/нм 3 )
Подача воздуха
топливо
Термический NOx
Топливный NOx