Реферат: Теория образования окисей азота в котельных установках средней мощности
1) Быстрое окисление азота во фронте пламени является достоверным и надежно установленным фактом. Явление хорошо воспроизводится в лабораторных условиях независимо от разнообразия используемых для его наблюдения горелочных устройств и типов пламени.
2) Наиболее характерными признаками быстрого окисления азота в пламенах служат :
а) кратковременность процесса, в результате чего зона образования NO локализована на сравнительно небольшом участке фронта ламинарного пламени;
б) слабая зависимость выхода NO от температуры горения;
в) сильная зависимость выхода NO от соотношения топливо-воздух ;
3) «Быстрые» оксиды азота образуются непосредственно во фронте ламинарного пламени, на участке, составляющем около 10% ширины фронта пламени. Причем процесс образования начинается уже у передней границы фронта пламени в области температур около 1000 К.
4) Наиболее вероятным механизмом образования «быстрых» NO является механизм С. Фенимора с участием углеводородных радикалов, хотя дополнительная проверка его является необходимой.
Образование «топливных» оксидов азота.
Работы различных ученых показали, что азотсодержащие соединения, входящие в состав топлив, также являются источником образования оксидов азота, поступающих в атмосферу с продуктами сгорания.
В России особое значение изучение механизма образования «топливных» оксидов азота имеет в связи с проблемой сжигания Канско-Ачинских (Np=0,6-1,1%) и некоторых других бурых углей. Сжигание их осуществляется при весьма низких температурах (1600-1700) К, при которых выход «термических» NOx невелик, а выход «топливных» NOx приобретает существенное значение (при 1600 К он может составлять до 75% общего выхода NOx). Некоторые данные о содержание связанного азота в топлива, применяемых на территории бывшего СССР, приведены в следующих таблицах :
(Содержание азота в углях некоторых месторождений).
| Месторождение | Марка угля | N г, % |
Донецкое Кузнецкое Кузнецкое Кузнецкое Нерюнгринское Экибастузское Печорское Березовское | АШ Т 2СС ГЖ СС СС Д БЗ | 0,8 2,1 1,9 2,2 1,0 1,2 2,7 0,95 |
(Содержание азота в жидком топливе, %)
| Топливо | N г,% |
Топочный мазут Сланцевое масло Моторное Дизельное Газотурбинное : лёгкое тяжелое | 0,30-0,50 0,14-0,50 0,12-0,13 0,007-0,01 0,02-0,03 0,07-0,09 |
Топливные NOx образуются из азотосодержащих соединений топлива при продувании его горячим воздухом уже при температуре 900-1000 К. Во всяком случае при температурах 1000-1400 К на начальном участке факела, где происходит воспламенение и горение летучих, обнаруживается значительный выход NOx.
Если бы всё количество азота, содержащегося в топливе, окислялось до NO, то только за счёт топливного азота могло бы образоваться при горении углей до 2-4 г/м^3, при горении мазута до 0,5-1,0 г/м^3. В действительных процессах лишь некоторая часть топливного азота переходит в оксиды азота. Азотосодержащие соединения в углях состоит из аминов, пептидов, аминокислот и др. При нагреве угля в корне факела в зоне выхода летучих обнаруживаются пиридины, хинолины и другие смолистые вещества, аммиак. Значительная часть азотосодержащих соединений, однако, переходит не в эти соединения, а в более прочные - нитриды и др. Однако поскольку для превращения топливного азота, входящего в такие соединения, как пиридины, хинолины, нитробензол, нитроамины, аммиак и некоторые другие, а также на образование NO, требуется меньшая энергия, чем энергия расщепления молекулы N2 , образование существенных количеств NO даже при сравнительно невысоких температурах (1300-1400 С) вполне возможно.
Параллельно описанной выше одной из теорий, проходили и другие изучения на основании которой были сделаны следующие выводы :
1) Азотосодержащие соединения топлива при горении частично окисляются до NO , и влияние этого процесса на общее содержание оксида азота в продуктах сгорания должно быть учтено.
2) Влияние топливных NOx на общий выброс оксида азота более существенно при низких температурах процесса горения (Tmax<1800 K), например, при сжигании низкокачественных углей, особенно при сжигании топлива в кипящем слое, при горении мазута, антрацитов и других высокореакционных топлив в крупных топливосжигающих установках влияние топливных NOx меньше.
3) Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, в области образования «быстрых» NO и до образование «термических» NO.
4) Степень перехода азотосодержащих соединений топлива в NO уменьшается с увеличением концентрации азота в топливе. Однако абсолютный выход NO при большем содержании азота топлива будет выше.
5) Степень перехода азотосодержащих соединений топлива в NO быстро нарастает с увеличением коэффициента избытка.
6) Выход топливных NO сравнительно слабо (особенно по сравнению с термическим NO) зависит от температуры процесса.
7) Вид азотосодержащего соединения и содержание кислорода в топливе не оказывают влияния на выход топливных NO.
Из способов снижения образования «топливных» NOx наиболее подробно испытаны методы ступенчатого сжигания топлива.
Выводы .
Выше было показано, что оксид азота может образоваться по трём известным механизмам :
· «термическому», в результате диссоциации молекул на атомы и радикалы и последующего окисления молекул азота, он исходит из значительной зависимости выхода NO от температуры, что качественно подтверждается исследованиями на крупных промышленных установках ;
· «быстрому», действующему в начале зоны горению, в основу которого положены реакции с участием радикалов СН, СН2, он определяет минимальный выход NO при горении газового топлива, слабо зависит от температуры и сильно от структуры молекулы топлива ;
· «топливному», зависящему от содержания азота в топливе и избытка воздуха.
Образование диоксида азота в процессах горения.
В течении ряда лет существовало мнение, что оксиды азота образуются в процессах горения в виде монооксида азота и лишь после выхода из дымовой трубы доокисляются в диоксид. Однако при сжигании богатых смесей и при сжигании газовоздушных смесей, по составу близких к стехиометрическим , было зафиксировано в предпламенной зоне до 14 мг/м^3 диоксида азота. Во фронте пламени существенных количеств NO2 обнаружить не удалось, что можно объяснить разложением NO2 в ходе реакции :
Так же не исключены и другие реакции разложения NO2.