Токсични органични съставки на продуктите от горенето

Замърсяването на околната среда с токсични продукти от изгарянето на изкопаеми горива е един от важните проблеми на съвременната техника. Вече, темпът и степента на експозиция на човека да надхвърли адаптивните възможности на биосферата и затова необратими процеси в природата, което води до екологични катастрофи.

Създаване на сериозно замърсяване на рафинерии атмосфера тръбни пещи. Изпускани в атмосферата, като част от продуктите на горенето на въглероден монооксид CO, NO на азотни оксиди, NO2. диоксид SO2 въглеводороди и сяра.

Най-токсични емисии са азотни оксиди, което причинява основната необходимостта за намаляване на емисиите.

Източници и механизъм на образуване на азотни оксиди при изгарянето на органични горива

Има три механизма на азотни оксиди: термично, бърз и гориво.

При образуването на топлинни азотни оксиди и бързо - източник на азот е въздух, и в случай на азотни оксиди, гориво - азот-съдържащи съставки на горивото.

Термични азотни окиси, образувани от реакцията на окисляване на атмосферния азот свободен кислород в процеса на горене. Основният размер на термично азотни окиси, образувани в тесен температурен диапазон в близост до максималната температура в горивната зона на активното на. Механизмът на образуването на топлинни азотни оксиди е предложено Ya.B. Зелдович и включва следните реакции:

По-късно е допълнен чрез взаимодействие на атомен азот с хидрокси и е наречен разширена механизъм YB Зелдович:

Основните фактори, влияещи върху добива на термични азотни оксиди са температура в областта на производството на NOx, концентрация на атомен кислород и времето на престой на продуктите от горенето в зоната. Концентрацията на азотни оксиди увеличава линейно с увеличаване на концентрацията на атомен кислород и експоненциално с повишаване на температурата.

Основни азотни оксиди се образуват при относително ниски температури в реакциите на въглеводородни радикали от въздуха с азот и след това взаимодействие на азот-съдържащи и кислород-съдържащи радикали. Този метод на образуване на протича оксиди в много висока скорост (оттук и името им; бързо). бързото образуване на оксиди е преди всичко зависи от концентрацията на радикали в основната част на факела. В пламък окисляване (горене с излишък на кислород се случва) техния принос е незначителна, но изгарянето на смеси, обогатени с изгарянето на ниска температура и тяхното съотношение може да достигне до 25% от общото съдържание на азотни оксиди. Механизмът на образуване на "бързо" S. Fenimore NOx описано:

азотни оксиди гориво са образувани от азотни съединения гориво чрез окисляване с кислород при температура 900-1000 К.

азотни гориво оксиди се получават при изгарянето на природен газ (както е, с няколко изключения, не съдържат свързан азот), но изгаряне на течно гориво и по-специално всички видове твърдо гориво (торф, шисти, лигнитни въглища и въглища), делът на NOX гориво е много висока и, в някои случаи тя е в размер на 100% от общите емисии на NOx.

Таблицата по-долу показва средната образуването на NOx при изгарянето на различни горива.

Изолиране на азотни оксиди (NOx) при типични нагреватели (пещи)

Фактори, влияещи на образуването на азотни окиси

Като се имат предвид условията за образуване на азотни оксиди по време на горенето на гориво от горните схеми, следните фактори влияят върху образуването на NOx:

• местните температури газ в горивната камера;
• време на престой на газа при висока температура зона;
• нива на кислород и азот в зоната на горене;
• Температура на въздуха на входа на горивната камера.

При оценката на действителните емисии на NOx трябва да се направят корекции във формата на корекционни коефициенти, които отчитат влиянието на отделните фактори върху формирането на NOx.

Това е възможно да се изчисли действителната (приблизително) образуването на NOx в действителната пещта пещ съгласно следната формула:

k1 - коефициент като се вземе предвид влиянието на температурата на горивната камера при образуването на NOx;

k2 - коефициент, като се отчита влиянието на излишък на въздух за емисии на NOx;

K3 - коефициент, като се отчита влиянието на съдържанието на водород в горивния газ за емисии на NOx;

K5 - коефициент, като се отчита влиянието на температурата върху образуването на NOx;

Както (NOx) бази данни. взети стойност на NOx в отработените газове, получени чрез пейка тестове. Обикновено горелката платформи тестове, проведени на природен газ (СН4) при номинален излишък на въздух (1.05-1.15), температурата на въздуха за горене е стайна температура в горивната камера на една горелка инсталиран, означава оборудвана с охлаждане стена системи.

Ефект на температурата на горивната камера в obrazovanieNOx

Образование "термична» NO се извършва директно в зоната на горене, при което реакционната O + N2 = NO + N - NO образуване дефиниране счита.

енергийна бариера за тази реакция се състои от два компонента:
1), необходима за образуването на кислороден атом (Е1) енергия; 2) активиране енергия на реакцията на кислородния атом с молекула на азот (Е2).

Тъй като енергията на активиране на реакцията е много висока, тя определя само силната зависимост от формирането на скоростта на азотен оксид от температурата.

Ефект на съотношението въздух излишък на obrazovanieNOx.

Влияние на състава на горивния газ, за ​​да obrazovanieNOx.

Горивният състав е определящ фактор при формирането на "бързо" и "гориво" азотни оксиди.

Механизмът на образуване на "бързо" азотни оксиди е както следва.

При високи температури всички парафинови въглеводороди се подлагат на повече или по-малко дълбоко затихване с разкъсване на С-С или C-H. Термичното разлагане на въглеводороди възниква различно в зависимост от температурата. Колкото по-сложна молекула, толкова по-лесно се разлага термично. реакционните продукти Първичните са свободни радикали. Радикали са химически ненаситени частици об тамян изключително висока реактивност и веднага идват в различни реакции, по-специално азот от въздуха, образувайки азотен оксид NO.

Образование "гориво" на NO се изчислява на предположението, че по време на изгаряне на азотсъдържащи горива се разлага на активните компоненти на атомен азот N или циановодород HCN. Освен това, се счита, че протича процес по два клона: окисляването на азотен монооксид с азот N (HCN) + O 2 → NO и образуването на молекулярен азот поради рекомбинация 2N → N2 атомен азот.

Образуването на азотни оксиди настъпва гориво в началния участък на горелката, при образуването на "бързо» NO и до образуването на "термична» NO.

Ефект на температурата взрив въздух obrazovanieNOx.

Методи за намаляване на съдържанието на азотни окиси в димните газове.

Пречистването на продуктите от горенето от азотните оксиди са технически сложни и, в повечето случаи икономически nerenta-окабеляване. Най-подходящата технология е въвеждането на азот в етапа на потискане горивни оксиди, които включват организацията на процеса на пещ при възможно най-ниска температура в зоната на горене и малък излишък на въздух.

Основните режим-технологични методи за намаляване на емисиите на азотни оксиди са:

1. Горивна горене с ниско съотношение излишния въздух.

2. изгарянето на гориво на два етапа.

3. рециклиране част от димните газове в зоната на горене;

4. Намалена температура на въздуха подгряване.

Изгарянето на горива с ниско съотношение на излишния въздух.

Една от най-лесно приложимите мерки за сигурност е да се намали излишната въздух в пещта. Чрез намаляване на съдържанието на кислород в образуването на зоната на горене се потиска като "термична" и "гориво» NOx. Ето защо, на събитието може да се прилага по време на горенето на всички изкопаеми горива.

Максимална ефективност се постига при изгарянето на излишък на въздух
α = 1,03 ÷ 1,05. Зависимостта на концентрацията на NOx от съотношението на излишния въздух има формата на крива с краен връх в обхвата на α = 1,1 ÷ 1,3. Освен NOx максимално съответства, обикновено, като излишък стойност съотношение въздух при което дадените условия се постига най-пълно изгаряне на горивото.

при изгаряне на горивата на два етапа.

При този метод на горене е организирана както следва: през горелката с гориво доставя въздух в количество, по-малко от стехиометричното (обикновено α = 0,8 ÷ 0,95), а останалата част от необходимия баланс на количеството въздух, вкаран в горивната камера, по-нататък по дължината на факела. По този начин, първият етап горенето се извършва изгаряне на горива с недостиг на окислител, а вторият - изгаряне на продуктите на газификация при ниски температури. Поради тази ранна пламъка поради намалена концентрация на кислород намалява образуването на азотни окиси гориво и намаляване на нивото на температурата във втория етап намалява образуването на NOx термично.

Рециркулация на продуктите на горенето.

Този метод се състои в избора на част от отработените газове (5 ... 30%) от тръбата димния при температура от 300 ... 400 ° С и доставя тези газове за горене зона активност (за предпочитане след горелки, като се използват отделни дюзи или в смес с въздух, доставен за горене ).

Намаляването на концентрацията на NOx дължи не толкова ниска температура рециркулиращи газове като намаляване на температурата на горене, дължащи се на намаляване на скоростта на верижни реакции, дължащи се на присъствието на инертни газове и намаляване на концентрациите на реагентите. Най-голям ефект на намаляване на образуването на азотни оксиди се постига, когато удари общото количество на газове циркулационни в горивната зона на активно в случай на пълно предварително смесване с въздух удар на. В този смисъл, той има най-голяма ефективност при навлизането горене въздуховоди на горелките или храненето им в пещта чрез отделни горелки канали.

В таблицата са обобщени за намаляване на емисиите на NOx в зависимост от това как организацията на процеса на горене.

организации механизъм с вътрешно горене от типа на горелката

Инжектиране горелка различават повишено образуване на азотни оксиди в сравнение с дифузия горелката на същата топлина капацитет. Предварителното смесване на гориво и въздух е добре подготвен гориво-въздушна смес влиза горелките горивната камера инжектиране. Процесът на горене става по-бързо, което води до по-кратък пламък е оформена със зони на повишена температура в сравнение с горелката за дифузия, която насърчава повишено образуване на NOx.

Samotyage горелки имат по-дълъг факел и по-ниски емисии на NOx в сравнение със същите вентилатор горелки на топлинна енергия.

непълното горене на гориво

(СО и неизгорели въглеводороди).

Въглероден моноксид (СО), водород, ненаситени, наситени, ароматни въглеводороди и сажди частици са продукти от непълно изгаряне по време на горенето на въглеводородни горива.

Наличието на непълни горивни продукти в значителни концентрации неприемливи, тъй като води до замърсяване на атмосферата с токсични вещества и до намаляване на ефективността на инсталации, работещи с газ.

Основните причини непълно изгаряне на гориво:

• горивни газове с достатъчно количество въздух;
• лошо смесване на горивния газ и въздух преди и по време на процеса на горене;
• прекомерно охлаждане на пламъка преди пълни реакции горене.

За реакции метан горене (в зависимост от концентрацията на кислород в реакционната смес) може да се опише чрез следните уравнения:

в стехиометрично съотношение или с излишък на окислител:

недостигът на окислител:

По време на изгарянето на въглеродния настъпва вторични реакции на CO доизгаряне в п-екрана за повикване, които са описани по уравнението:

В съответствие с принципа на Le Шателие с повишаване на температурата и при екзотермична реакция равновесие постоянно налягане (3) се измества в посока на дисоциация на СО2 въглероден монооксид и кислород.

Най-ефективният подход за намаляване на емисиите на въглероден оксид - предотвратяване образуването му. За тази цел, дюзи са проектирани да се осигури добро смесване с въздушната система, въведена горене мониторинг на ефективността и други събития. За съжаление, мерки за подтискане образуването на въглероден окис, водят до повишени концентрации на азотни оксиди и обратно. Ето защо, всеки тип устройство, за да бъдат оценени на горивни емисии на определени замърсители. При разпределяне на големи количества от въглероден оксид (например при изгаряне на кокс в регенеративните единици) се събира и се изгаря в котли за възстановяване.

Намаляване на емисиите на въглероден монооксид в каталитичен крекинг постигнати доизгаряне димни газове директно прилагане пълно изгаряне в регенератора въз основа на подпомагащи приложението добавки към основния катализатор (благороден метал върху алуминиев оксид). концентрация на СО в димните газове е намалена с 10 до 0.1%.

Повторното изгаряне е основен метод за неутрализиране на други източници на емисии на въглероден окис и други вредни въглеводороди с помощта на нов, по-ефективни катализатори доизгаряне.

Свързани статии: