5.1 Утворення оксидів азоту при горінні

Усі оксиди азоту поділяються на три групи:

1. термічні;

2. швидкі;

3. паливні.

Утворення «термічних» NО_х

Вони утворюються після завершення процесу горіння, коли температура продуктів горіння максимальна. Формально їх утворення можна описати реакцією:

N₂ + О₂ ↔ 2 NО.

Звідси видно, що оксид азоту утворюється при реагуванні азоту повітря з вільним киснем. Кількість оксидів, що утворилася, буде визначатися хімічною рівновагою цієї реакції.

Рівноважні концентрації NО приведені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 – Рівноважні концентрації NО

Температура, К	300	700	800	1800	2500
Рівноважна концентрація NО, мг/м3	0,00127	0,38	2,54	4700	31700

Утворення «швидких» оксидів азоту

Для утворення оксиду азоту треба час порядку 10^-2 – 10^-3 с, але час протікання процесу горіння 10^-4 с. Ці оксиди азоту знаходяться га фронті полум’я при температурі більше 1500 К.

Утворення «паливних» оксидів азоту

Ці оксиди утворюються з азоту палива при температурі 1600 – 1700 ºС, причому найбільший вихід має місце при спалюванні бурого та низькоякісного вугілля. При цьому у полум’ї горіння летучих знаходяться радикали СНN, СN, ОН. На їх вихід практично не впливає температура горіння палива, а основний вплив оказує надлишок повітря у зоні горіння летучих.

Утворення діоксиду азоту у процесі горіння

Експерименти показали, що окрім NО, у полум’ї також є NО₂. При цьому NО₂ з’являється там, де відбувається різке охолодження полум’я. критична температура, при якій утворюється NО₂ складає 977 К. Це явище відбувається у невеликих котлах. Частка NО₂ у продуктах згорання котельної установки, які працюють на природному газі, приведена у таблиці 5.3.

Таблиця 5.3 - Частка NО₂ у продуктах згорання котельної установки, які працюють на природному газі

Тип котла	Потужність, МВт	Швидкість охолодження продуктів згорання, К/с	, мг/м3	, %
Котли енергоблоків	300	130	7,25	1,5
Котли опалювальних котелень: ПТВМ-50 ДКВР-10	25,4 3,3	370 850	12-25 10-35	4-7 4-8

5.2 Методи зниження утворення nОх

У топковій техніці застосовують три основних методи подавлення утворення NО_х при горінні палива:

1. рециркуляція продуктів згорання;

2. подача вологи у зону горіння, або дуттьове повітря;

3. двосхідцеве (багатосхідцеве) спалювання палива.

5.2.1 Рециркуляція продуктів згорання

Це повернення продуктів згорання до кореня факелу. Для цього у котлах застосовують зовнішню рециркуляцію, яка полягає у відборі продуктів горіння на виході з котла і подачу їх у дуттьове повітря, або безпосередньо у пальники. Звичайно відбирають продукти горіння за економайзером з температурою 300 – 400 ºС і за допомогою рециркуляційного димососу направляють до топки. Це, перш за все, дозволяє з низити температуру в зоні горіння.

,

_{— об’єм продуктів горіння, що рециркулюють;} де — об’єм продуктів згорання, що ре циркулюють;

Графік залежності теоретичної температури горіння від коефіцієнта рециркуляції

— об’єм повітря, що подається на горіння.

Досліди показали, що для зниження утворення NО_х коефіцієнт рециркуляції повинний бути менше 20 %, оскільки тут можуть протікати небажані процеси (при r > 20 % можуть утворюватися продукти хімічного недопалу).

По результатам, які були отримані на котлах рециркуляціє дає зменшення виходу NО_х на 25 — 30 %.

Але цей метод має недоліки:

• треба встановлювати димососи і димоходи;

• збільшується об’єм продуктів згорання;

• знижується ККД котла.