Подавление выбросов nОx

Источником является – ДВС, предприятия химической промышленности, различные котельные установки и котельные энергетические отрасли. Распределение выбросов между источниками зависит от региона, и от каждой конкретной страны. Масса выбросов в ФРГ 1989-1999 г. уменьшилась в четыре раза и составляет 0,2 млн. т., масса выбросов NО_x на транспорте уменьшилось за 14 лет в 1,5 раза.

Методы снижения выбросов NО_x подразделяется на несколько типов:

1) метод регулирования сгорания топлива. Регулирование горения имеет целью снизить температуру в факеле, уменьшить уровень избытка воздуха в зоне горения, уменьшить время пребывания воздухо-топливной смеси в зоне с высокой температурой.

Применение различных вариантов для контроля процесса горения ограничивается факторами:

- при уменьшении избытка воздуха – уменьшается стабильность воспламенения топлива;

- в результате низких избытков возможно возникновение продуктов реакции, которые являются абразивно-активными и возникают коррозионные процессы в зоне с низким избытком воздуха;

- при использовании низкого избытка воздуха ограничивается возможность использования различных видов топлив;

- неполное выгорание топлива, то есть возникновение потери топлива с уходящими газами и выбросами в окружающую среду СО. Пути снижения эмиссии NО_x сопряжены с опасностью поступления СО.

Степень генерации NО_x в топке. Чем больше ядро факела и высота топки, тем больше пребывания продуктов горения в зоне высоких температур и тем больше генерация тепловых NО_x. Степень генерации зависит от температуры в ядре факела.

t

Имеется ограниченная зона, ниже которой генерация относительно слабая и превышение ее приводит к интенсификации генерации и следовательно увеличения генерации NО_x (зона 800-1000⁰С).

Таким образом:

1) температура в ядре факела;

2) объем камеры сгорания;

3) время пребывания;

4) избыток воздуха при горении:

NO_x

мг/н.м³

каменный уголь

2 бурый уголь

каменный уголь

сжигается сухим

1

1 2 3 4

Таким образом меры по снижению эмиссии зависят от конструктивных и эксплуатационных параметров котельного агрегата и определяется самой конструкцией топочной камеры, возрастом котельной установки, типом горелок, типом топлива и нагрузкой котла.

Применение метода для подавления эмиссии NO_x основано в первую очередь на возможностях данного предприятия. Однако самым дешевым методом, который может быть относительно просто реализован является реконструкция горелок – это первичная мера подавления выбросов, основана на том, что в горелках топливо сжигается в богатой топливной смеси, то есть в связи с низким избытком воздуха.

Для этого первичный воздух и топливо вводятся в центральную горелку с низким избытком воздуха который равен 0,75 – 0,8. Чтобы заэкранировать топливо продукты его горения от избыточного поступления окисления, воздух во вторую экранирующую зону вводят рециркулирующие дымовые газы. Третья зона – зона дожигания топлива, в которой топливо сгорает при избытке воздуха приблизительно 1,2. Обычно поддерживается величина избытка в диапазоне .

Снижение эмиссии NO_x достигается за счет применение парционального сжигание топлива (отдельными частями). Это сжигание в первую очередь применяется на двигателях самолетах, при этом топливо распределяется в отдельных зонах горения таким образом, чтобы снизить температуру в ядре факела. Степень эмиссии NO_x может быть уменьшена за счет рециркуляции дымовых газов в зону горения, при этом:

С тепень

cжигания 80 1

эмиссии NO_{x 2}

40 3

степень рециркуляции

10 20 30 дымовых газов

1. природный газ и его продукты

2. нефтепродукты, мазут

3. каменный уголь

При использовании 30% рециркуляции на природном газе удается достигнуть снижения эмиссии NO_x до 80%. В эксплуатационных условиях 3 направления подавления NO_x:

1) распределение топлива по горелкам таким образом, что нижний ярус горелок работает на богатом топливе с низким избытком топлива;

2) на верхний ярус горелок подается или одинаковый воздух или воздух с низким содержанием топлива: 1. BOOS, 2. OFA.

Оба метода позволяют снизить NO_x в несколько раз. Процесс горения с уменьшенными выбросами NO_x может быть представлен диаграммой:

первичное горение отвод тепла отвод тепла

топливо

воздух дымовые

газы

вторичный

воздух

Это двухстадийное сжигание применяется в Украине, в ограниченном количестве, используется трехступенчатое сжигание топлива, используется 3 уровня горения:

1) в зоне первого яруса горелок избыток воздуха равен - стехсометрический расход топлива, в зоне происходит образование NO_x ;

2) зона 2-го яруса – подводится воздух с поддержанием избытка 0,55-0,8 – происходит восстановление NO_x с образованием N₂;

3) зона выгорания (дожигания) топлива – 1,05-1,25 избытка – зона управления выбросом NO_x.

Таким образом эмиссия NO_x может регулироваться за счет уменьшения их генерации регулированием количества подаваемого воздуха, применения в топках восстановительных зон, рассредоточения горения в топках на большие объемы и снижением температуры продуктов горения в ядре факела, уменьшением времени пребывания продуктов горения и топлива в зоне высоких температур, разбавления продуктов горения дымовыми газами. Последнее обеспечивает в некоторых случаях экронирование зоны высоких температур, обеспечивает низкий избыток воздуха в зоне первичного горения топлива и рециркуляция снижает температуру в ядре факела.

На строящихся установках в котельных применяющие сжигание топлива, применяется комбинация всех этих методов.

Степень сжигание NO_x составляет для угольных котлов 30%, для мазута и газа до – 50%.

Имеется разница между новыми и старыми установками, и затраты на реконструкцию и природоохранительные мероприятия различные. Средние затраты для угольных котельных установок составляют приблизительно 6 немецких марок/ кВт*час на применение систем сжигание с подачей топлива в разные уровни горелок; 7, 8 марок/кВт*ч на реконструкцию котельных установок с подачей воздуха в верхний ярус горелок; 11-7 марок – для комбинации методов.

Эти мероприятия являются самыми дешевыми и учитывая низкую стоимость рабочей силы имеем определенную разницу затрат.

Перспективы применения новых видов – целесообразно использование водоугольных суспензий, которые за счет подачи в зону горения воды снижают температуры факела и соответственно снижают эмиссию NO_x. Водоугольные суспензии представляют смесь тонко измельченного каменного угля с добавкой стабилизаторов и воды (35 – 45% воды) за счет увеличения в продуктах горения 3-х атомных газов Н₂О, увеличиваются теплотехнические характеристики топлива и обеспечивается уменьшение выбросов SO₂ за счет того, что топливо проходит предварительную классификацию с отводом фракций, которые дают наибольшую эмиссию SO₂ и NO_x. Для водоугольных суспензий наиболее рационально применение топлива с высоким выходом летучих веществ. Применение антроцита, каменных углей высокой степени метаморфизма для приготовления водоугольных суспензии нерационально, так как при этом требуется присадка в зону горения высокореакционных топлив – природного газа и мазута.

NO_x – более токсичный компонент по сравнению с SO₂ и сжигание его эмиссии на десятки процентов может быть достигнуто относительно дешевыми средствами.