Методи за намаляване на емисиите на азотен оксид
От анализа на механизмите на образуване на азотни оксиди при изгаряне на горива следва, че намаляване на образуването на NOx може да се постигне чрез прилагане на мерки, насочени към:
а) да се намали температурата на горене;
б) намаляване на времето за престой на продуктите от горенето в областта на висока температура;
в) създаване на реакционни зони с редуцираща атмосфера (излишъкът на въздух е по-малък от един), където образуването на NO от горивен азот е трудно и редукцията на азотните оксиди преминава към молекулярен азот.
За намаляване на емисиите на азотни оксиди се провеждат следните първични или режимно-технологични мерки:
а) използване на горелки с ниски NOx (намаляване на NOx до 60 %);
б) поетапно изгаряне на горивото (намаляване на NOX с 35 - 45%);
в) степенуване на въздуха (намаляване на NOX до 50%);
г) рециркулация на димните газове (намаляване на NOX до 33%);
д) инжектиране на вода (или емулсия масло-вода) в сърцевината на факела (намаляване на NOx с 25-44%);
е) комбинация от първични мерки (намаляване на NOx до 90%).
Първичните меркиса евтини и затова се използват предимно за осигуряване на регулирани емисии на азотни оксиди.
Използване на горелки с ниски NOx
Горелките с ниски NOx, които се предлагат в множество варианти, имат поетапно подаване на въздух. Принципът на работа на такава горелка е както следва. Към сърцевината на пламъка се подава недостатъчно количество въздух, за да се осигури пълно изгаряне (кислороден "глад"), докато към външната зона на горене се подава излишно количество въздух, за да се осигури пълно изгаряне на горивото. В допълнение, дизайнът на горелката ви позволява да поддържате рециркулация на въздуха вътре в зоната на горене.
Използването на тези горелки даваспособността за намаляване на емисиите на азотен оксид от 50% за котли, работещи с въглища, до 60% за котли, работещи с течно гориво, без да се компрометира техническата и икономическата ефективност на котела.
Етап на изгаряне
При поетапно изгаряне на гориво горелките в пещта на котела са разположени на няколко нива (обикновено три или четири нива). Доставянето на въздух (излишният въздух) също се променя на нива. Например при двустепенно горене долният ред горелки получава количество въздух, което е недостатъчно за стехиометрично изгаряне, докато горните редове горелки, напротив, получават излишък от него.
Най-добрият ефект се постига чрез тристепенно изгаряне, предимно в котли с пещи за отстраняване на течна пепел и особено при изгаряне на горива с високо съдържание на сяра, като същевременно се осигурява минимална газова корозия на ситовите тръби.
Същността на тристепенното горене е, че по височината на горивната камера са организирани три зони. В първата (долната) зона на пещта основното количество гориво (70-85%) се изгаря с излишък на въздух близо до единица. Останалата част от горивото (15-30%) и съответното количество въздух се подават към изхода от активната горивна зона по такъв начин, че общият излишък на въздух в него да е 0,9-0,95 (т.е. малък дефицит за пълно изгаряне на горивото), поради което в тази част на пещта се създава зона с редуцираща среда, в която продуктите на непълно изгаряне (CO, H2, C n, Hm) редуцират вече образуваните азотни оксиди N0 до N2.
Фигура 3.1 - Схематична диаграма на тристепенно изгаряне на гориво в пещта на котела (α - излишен въздух)
Над тази зона, в горната част на пещта, се организира зона за доизгаряне на останалите продукти от непълно изгаряне с участието на третичен въздух, подаван под високо налягане през специални дюзи (фиг. 3.1).
Намаляването на емисиите на азотни оксиди при поетапно изгаряне на гориво е средно: при изгаряне на въглища - до 40%, при изгаряне на мазут - до 35%, при изгаряне на природен газ - до 45%. Използването на поетапно изгаряне на гориво в пещта на котела води до намаляване на техническите и икономическите показатели на котела. Излишният въздух на изхода на горивната камера се увеличава и в същото време температурата на газовете на изхода на пещта се повишава средно с 4-5 ° C, а ефективността на котела намалява с 0,2-0,5%. В допълнение, потреблението на електроенергия за собствени нужди леко се увеличава, което води до допълнително намаляване на нетната ефективност на котела с 0,1-0,8%.
Рециркулация на димните газове
Рециркулацията на димните газове от конвекционната шахта във въздушния тракт се извършва, като правило, с помощта на допълнителен рециркулационен димоотвод (DRG) (фиг. 3.2).
За подобряване на смесването на рециркулационните газове с въздуха, който влиза в горивната камера, са монтирани смесители. Делът на рециркулиращите газове обикновено не надвишава 20%. Рециркулацията на димните газове намалява концентрацията на кислород в зоната на изгаряне на горивото и температурата на горене.
Фигура 3.2 - Схематична диаграма на рециркулацията на димните газове на котела с използване на рециркулационните димни газове, където
DRG - димоотвод за рециркулация на газ;
DV - вентилатор;
RVP - регенеративен въздухонагревател;
SC - смесителна камера.
Намаляване на емисиите на NOx с помощта на този метод може да се постигне:
- при изгаряне на въглища до 25%;
- при изгаряне на мазут до 30%;
- при изгаряне на природен газ до 33%.
В същото време техническите и икономическите показатели забележимо се влошават. Потреблението на електроенергия за собствени нужди нараства (порадизадвижвания на димоотводи за рециркулация на газ). Освен това температурата на димните газове се повишава, което води до намаляване на ефективността на котела с 0,6 - 1,3%.
Понякога рециркулацията на димните газове се извършва при засмукване на вентилатори, ако има достатъчен запас от тяхната производителност. Делът на рециркулацията в този случай обикновено не надвишава 10%. В този случай температурата на димните газове също се повишава и ефективността на котела намалява, разходът на електроенергия за собствени нужди се увеличава поради увеличаването на консумацията на електроенергия за надувни вентилатори.
Впръскване на вода в сърцевината на горелката
Инжектирането на вода или въвеждането на водно-маслена емулсия в ядрото на пламъка намалява максималната температура в него и по този начин предотвратява образуването на термични азотни оксиди. Този метод се използва в по-голямата си част в периоди на неблагоприятни метеорологични условия в райони с високи фонови концентрации на вредни вещества. Количеството вода, впръскано в пещта на котела, е около 10% от разхода на гориво.
Този метод намалява емисиите на NOx с около 25% и в същото време намалява ефективността на котела с около 0,7%. Ефективността на впръскването на вода в пещта е значително намалена, ако котелът работи с рециркулация на газ или в режим на поетапно горене. Поради тази причина методът на инжектиране не е широко използван.
Вторичните меркиза намаляване на емисиите на NOx включватСистеми за селективно третиране на димни газове за NOx.
За почистване на димните газове на котлите от азотни оксиди се използват селективни некаталитични (SNCR) и каталитични (SCR) методи за редуциране на NOX до молекулярен азот. Те използват амоняк като редуциращ агент. Некаталитичните системи са по-прости, тяхната конструкция не струва повече от подмяната на горелките, а ефективността е доста висока:емисиите на азотни оксиди са намалени с 40 - 60%. Амонякът (амонячна вода, карбамид) се въвежда във високотемпературната (900 - 1100 °C) зона на димоотвода на котела с рециркулационни газове, въздух или пара. Комбинацията от технологични методи за потискане на азотните оксиди с метода SNCR при изгаряне на въглища дава възможност да се намали концентрацията на азотни оксиди в димните газове до 300 mg/m3.
Най-важната тенденция е комбинацията от тези две технологии (SCR и SNCR). Този процес може да се извърши по следната схема: подаването на амоняк или карбамид във високотемпературната зона (SNCR система) води до частично намаляване на NOX и увеличаване на съдържанието на амоняк в димните газове. Чрез добавяне на малко количество катализатор към газопроводите за сметка на амоняка е възможно да се осигури допълнително намаляване на NOX. Катализаторът в този случай се поставя върху повърхността на въздушния нагревател.
В сравнение с SCR системата SNCR не изисква значителни инвестиционни разходи, но ефективността на тази система за пречистване е значително по-ниска.
Ако е необходимо, с помощта на SNCR е възможно емисиите на NOx да се намалят наполовина в сравнение с първоначалните, а с помощта на селективна каталитична редукция (SCR) с 5-10 пъти.
При практическото прилагане на системата SNCR възникват редица трудности:
а) невъзможно е да се осигури оптимална температура на димните газове по цялото напречно сечение на димния канал;
б) не е възможно да се предотврати промяната на температурата в реакционната зона при промяна на натоварването на котела;
в) недостатъчна дължина на реакционната зона за осигуряване на необходимото време за реакция;
г) невъзможно е амонякът да се разпредели по напречното сечение на газопровода, така че съотношението NH3/NOX да е близо до оптималното навсякъде.
По този начин ефективността на почистване зависи от конструктивните характеристики на котела инеговите размери.
Системата за каталитична редукция на NOX е най-ефективната и добре утвърдена система за намаляване на съдържанието на азотни оксиди в димните газове на парни котли с голям капацитет.
Електронно-лъчев метод за почистване на димни газове от NOX
Методът с електронен лъч (EBS) се основава на облъчване на димни газове с поток от b-частици (електрони). В резултат на протичането на радиационно-химичните реакции се образуват реактивни компоненти O - , OH - , H - 2. Те взаимодействат с NOX, в резултат на което се получават висши азотни оксиди (NO3), които образуват пари на азотна киселина с водни пари. При взаимодействие с амоняк, който се въвежда в газопровода преди етапа на облъчване, се получава твърд нитрат.
Този метод позволява улавяне до 90% от азотните оксиди.
Предимствата на метода са:
а) без отпадъци;
б) получаване на продаваема продукция;
в) възможността за удобно разполагане на инсталацията в съществуващи електроцентрали.
Недостатъците на ELS включват:
а) високи капиталови разходи;
б) необходимостта от допълнително пречистване на отработените газове от твърди частици амониев нитрат;
в) психологическото въздействие върху хората на понятието "радиационна защита".
В чужбина методът е в процес на проучване.
Поради високата цена на този метод, допълнителни експлоатационни трудности при работа с радиационно опасен обект, изграждането на подобна инсталация в България през 1999 г. беше спряно.
Заключение
Азотният диоксид е част от група газообразни замърсители на въздуха, произведени от пътния трафик и други процеси на изгаряне на изкопаеми горива. Присъствието му във въздуха допринася за образуването и модификацията на други замърсители.въздух, като озон и прахови частици, и киселинен дъжд.
Парниковата активност на азотния оксид е 298 пъти по-висока от тази на въглеродния диоксид. Всички азотни оксиди са физиологично активни и принадлежат към трети клас на опасност.
Емисиите на азотни оксиди се увеличават всяка година, така че разработването и прилагането на методи за намаляване на емисиите на този парников газ са актуални днес.
В тази статия бяха разгледани различни начини за намаляване на емисиите на азотни оксиди. Първичните (с ниска цена) мерки включват използването на горелки с ниско ниво на NOx, стъпаловидно регулиране на горивото, стъпаловидно регулиране на въздуха, рециркулация на димните газове и впръскване на вода. Вторичните мерки включват метода за електронно лъчево почистване на димните газове и селективни системи за почистване на димните газове от NOX.
Списък с референции
1. Амбросов Д.Б. Контрол на специфичните емисии на азотни оксиди; // Реферат на дис. за състезанието уч. стъпка: Ph.D. М.: МГАВТ. — 2004 г
2. Горбунов В.В., Патрахалцев Х.Х. Токсичност на двигатели с вътрешно горене: Proc. надбавка. -М .: Издателство на университета RUDN, 1998.
3. Беликов С.Е., Котлер В.Р. Малки котли и защита на атмосферата. Намаляване на вредните емисии от работата на промишлени и отоплителни котли; Издателство Енергоатомиздат, 1996г
4. Росляков П.В., Йонкин И.Л., Закиров И.А. Контрол на вредните емисии на ТЕЦ в атмосферата; Издателство МЕИ, 2004г
5. Ходаков Ю.С. Азотни оксиди и топлоенергетика; Издателство LLC "EST-M", 2001 г
6. Kotler V.R. Екологични характеристики на котелното оборудване (азотни оксиди в димните газове на котлите: образуване и методи за потискане); Издателство на ИПК държавна служба, 2001г.