Диссертация (1143428), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

В целом на долю таких методов приходится до 3/4 всехдействующих установок сероочистки, а их эффективность составляет порядка 90 %. Для очистки дымовых газов при сжигании малосернистых углей всебольше распространение получает распылительная абсорбция, исключающаяжидкие стоки при сероочистке. Эта технология позволяет добиться эффективности улавливания диоксида серы на уровне 70...80 %. Наряду с массовымиспользованием традиционных методов, в последнее время начинают находить промышленное применение методы сероочистки, позволяющие получать товарные продукты (сера, серная кислота, сульфат аммония).2.2.2 Модели генерации оксидов азота и серыпри горении топлива и их анализВ расчетах окисления атмосферного азота воздуха при горении наибольшее распространение получила теория, предложенная Я.Б. Зельдовичем,П.Я.

Садовниковым, Д.А. Франк-Каменецким [333], описываемая уравнениями (2.4)…(2.7). Окисление азота идет под воздействием высоких температурпри диссоциации молекулы кислорода воздуха:О2 = О + О  495 кДж/моль.(2.76)119Изменение концентрации оксида азота в единицу времени (dNO/d) описывается зависимостью (2.8).При (dNO/d) = 0 получаем значение равновесной концентрации [NO]:[NO] = 4,6(O2N2)1/2exp(90000/(RT)).(2.77)Зависимость времени установления равновесной концентрации NO оттемпературы горения  NO, рассчитанная по формуле Ю.П.

Райзера (2.12)[105], показана на рисунке 2.37.При Т < 1800 K NO больше времени пребывания продуктов сгорания втопке, следовательно, равновесная концентрация не достигается [370].Вследствие этого замеренные концентрации NO обычно меньше, чем рассчитанные по формуле (2.11), (рисунок 2.38). Кроме того, уравнение (2.8) получено при условии мгновенного сгорания топлива и достижении адиабатической температуры (что не имеет места в топках котлов), а так же не учитывает NОx, которые образуются из азота топлива в процессе горения.5Время, с43210185019001950200020502100Температура, КРисунок 2.37 – Время установленияравновесной реакции образованияNO при различной температурев зоне горения [105]Рисунок 2.38 – Равновесные концентрацииNO в зависимости от избыткакислорода О2 при N2 = 79 %(заштрихованная область  концентрации NO,наблюдаемые в котлах [370]):1  Т = 2500 K; 2  Т = 2000 K;3  Т = 1500 K; 4  Т = 1000 KМатематическаямодельДж.В. МитчеллаиДж.М.

Тэрбелла(Mitchell J.W., Tarbell J.M.) [462] использует 13 основных реакций горениятвердого топлива, включая реакции выхода и горения летучих и догораниякоксового остатка. Модель учитывает пиролиз угля, гомогенное горение120углеводородов, гетерогенное горение кокса, образование термических и топливных оксидов азота, кинетическая схема образования которых описываетсяследующей системой уравнений:СНСNuiM HCN   t CHCN J6 ;  J1  J 3 xixi  Sci xi M NOСNH3 uixi   t CNH3xi  Sci xiM NH3JJJ3 ; 13MHCN(2.78)СNOuiM NOM   t CNO J 4  NO J 5  J 8  J 6  J 7 ,  J2 xixi  Sci xi M NH3M NH3где СNH3, СHCN, СNO –массовые концентрации соответственно NH3; HCN и NO;МNH3, МHCN, МNО – молекулярные веса компонентов; J1 – скорость химическойреакции образования HCN при термическом разложении топлива и выходе летучих; J2 – скорость реакции горения углерода топлива; J3, J4, J5, J6 – скоростьхимических реакций образования оксидов азота; J7 – скорость гетерогеннойреакции разложения оксидов азота в результате их взаимодействия с углеродом кокса; J8 – скорость образования термических оксидов азота; t – турбулентная вязкость; Sci – число Шмидта; ui – компонента вектора скорости.Модель, разработанная И.К.

Гуо и С.К. Чаном (Guo Y.C., Chan C.K.)[463], является многожидкостной моделью турбулентного двухфазного течения и горения распыленного угля: (ui СНСN )    t CHCN   WHCN ;xixi  Sci xi (uiСNO )    t CHCN   WHCN ;xixi  Sci xi WHCN = (W0 – W1 – W2)MHCN ;(2.79)WNO = (W1 – W2 – W3)MNO + W4 ,где СHCN, СNO –массовые концентрации соответственно HCN и NO; W0 – скорость генерации цианидов во время выхода летучих; W1 – скорость генерацииоксидов азота из цианидов HCN в окислительной среде; W2 – скорость121деструкции оксидов азота за счет их взаимодействия с цианидами с образованием молекулярного азота; W3 – скорость деструкции оксидов азота за счетих взаимодействия с углеродом кокса топлива; W4 – скорость генерации термических оксидов азота.Уравнения горения газовой фазы и твердых частиц записаны на основеэйлерового подхода и решаются численным методом конечных разностей.Модель учитывает термический (Я.Б.

Зельдовича) и топливный (цианиды,NO и NO2) механизмы генерации оксидов азота.М. Ксю, Д. Асведо и М. Карвало (Xu M., Azevedo J.L.T., Carvalho M.G.)в [464] предложили модель, основанную на расширенном механизме Де Соэте(De Soete) [465], опирающуюся на решение уравнений переноса NOx и егопредвестников (HCN и NH3) в предположении, что вместе с летучими выходит до 90 % HCN: (uiСNH3 )xi   t CHN3xi  Sci xi (uiСНСN )    t CHCNxixi  Sci xi  S0 NH3 ;  S0 HCN ;(2.80)(uiСNO )   t CNO   S1 NO  S2 NO  S3 NO  S4 NO  S5 NO  S6 NO ,xixi  Sci xi где S0 NH3, S0 HCN – скорость генерации аминов и цианидов в процессе выходалетучих веществ; S1 NO – скорость образования NO в результате горения цианидов; S2 NO – скорость образования NO в результате горения аминов; S3 NO –скорость деструкции NO в результате взаимодействия с цианидами с образованием молекулярного азота; S4 NO – скорость деструкции NO в результатевзаимодействия с аминами с образованием молекулярного азота; S5 NO – скорость разложения NO в результате взаимодействия с углеродом кокса; S6 NO –скорость образования NO из топливного азота при горении коксового остатка.Модель учитывает образование как термических, так и топливных оксидов азота, разложение оксидов азота при горении углерода кокса в допущении, что азот в топливной частице равномерно распределен между коксом илетучими, а кинетическая скорость реакции дожигания есть скорость суммарной реакции между легкими углеводородами и NOx.

Модель выхода ле-122тучих представляет полный процесс их генерации в результате протеканиядвух конкурирующих реакций первого порядка.Модель [466], разработанная И.Н. Гусевым, Л.И. Зайчиком, Н.Ю. Кудрявцевым, предполагает, что все топливные оксиды азота образуются из азота, перешедшего вместе с летучими в газовую фазу, а ролью связанного азотав коксовом остатке можно пренебречь. Образование топливных оксидов азота рассчитывается в предположении, что во время выхода и горения летучихпроисходит разложение азотсодержащих компонентов топлива до активногоатомарного азота (N) и цианида водорода (HCN).

Полагают, что процесс протекает по двум основным ветвям: 1) окисление азота до оксида азота;2) образование молекулярного азота вследствие рекомбинации атомарногоазота 2N  N2 или в результате восстановления окиси азота. Расчетная схемагенерации оксидов азота, основанная на упрощенных брутто-реакциях, выглядит следующим образом: 1000  CN 0,53 108 exp  ; Tg  TgdtdCN2 4500  1 arctg(22, 2V r )   (СN0  CN ) ;1500exp  dtπ2 Tч dCN(2.81)0,5 rO2  3000   rO2  67790 dCNO 0,175 1014 exp   СN   7, 75   0, 79  ,dtTг  Tг   Tг  Tг где СN, CN , СNО – массовые концентрации в газовой фазе топливных азотсо2держащих веществ в виде атомарного азота (в виде NH3, HCN), молекулярного азота и оксида азота; CN , СN – текущая и конечная массовые концентра0ции выходящих из топлива азотсодержащих веществ; rO2 – объемная концентрация кислорода; V r – содержание летучих в топливе; Тг и Тч – температурыгазов и частиц топлива.Анализ возможностей указанных расчетных моделей проведен в [467] сиспользованием на входных границах однородного распределения для всеххарактеристик.

На выходных границах ставились мягкие граничные условия(с допущением, что положение выходных границ достаточно удалено от зонвозможной рециркуляции потока). В качестве граничных условий на стенкахканала использовались условия прилипания для скорости, граничные условия123первого рода для температуры газа, равенство нулю производной по нормалидля параметров дисперсной фазы и концентраций компонентов газа, а такжеметод пристеночных функций для определения трения на стенках газовогоканала, конвективной составляющей газового потока, значений энергии турбулентности и скорости ее диссипации в пределах области. Полученные результаты что результаты расчетов по представленным моделям достаточнохорошо согласуются как между собой, так и с расчетными данными другихавторов, однако предпочтение отдается модели В.

Митчелла и Дж.М. Тэрбелла, как отражающей наиболее полную информацию о процессеобразования NOx и дающей возможность рассчитывать локальные концентрации аминов и цианидов в топочной камере. В свою очередь, как отмечается в [467], модель И.Н. Гусева, Л.И. Зайчика, Н.Ю. Кудрявцева не учитываетобразование “термических” оксидов азота, модель И.К. Гуо и С.К.

Чана неудобна из-за больших затрат машинного времени для проведения расчетов,модель М. Ксю и М.Г. Карвало, учитывая образование как “термических”,так и “топливных” оксидов азота, рассматривает процесс горения только приидеальных условиях горения и теплообмена.Динамика образования оксидов серы предполагает наличие двух основных механизмов: 1) образование SO2 по реакции (2.28); 2) образование SO2по реакции (2.29) в следствие сгорания сероводорода.

Вклад в величину общейгенерации SO2 того или иного механизма требует дополнительной проверки.Детальный механизм окисления серы, предложенный Крамлихом [468],состоит из 20 обратимых реакций и включает 12 молекул (S, S2, SH, SO, SO2,H2S, H, H2, OH, H2O, O и O2). Сжатый механизм (исключены S и S2) содержит8 обратимых реакций и 10 молекул (таблица 2.3).Замыкают систему обратимые реакции [469]:kSO2 O+M SO3 + М,SО2 + O + М k(2.82)SO3 +Mгде М – любые атомы или молекулы (аргон, азот, кислород), принимающиеучастие в реакции и не претерпевающие каких-либо изменений;kSО2+O+M = 3,63108e4185,85/RT, м6/моль2с; kSO3+М = 7,411014 e346123,75/RT, м3/мольс– константы скорости прямой и обратной реакций;kSO3 +MSO3 + O  SO2 + O2,где kSO3+O = 1,2106 e39765575/RT, м3/мольс; R = 8,31 Дж/мольK.(2.83)124Таблица 2.3 – Константы скорости реакций образования SO2№п/пХимическая реакцияКонстанты скоростипрямой и обратной реакций123111H 2S+ H SH+ H 222 1O H+ H 2 S H 2 O+ SH3k3 1SO+ O H H+ SO 24k4 1S H+ O SO+ Hk4 25 SH+ O HO+ H 2S 6 SO 2 + OSO+ O 2 7k7 1H+ SH  M H 2 S+ Mk7 28 SO 2 + MSO+ O+ M k1 1 = 1,1819702107 e7483,3/RTk1 2 = 9,375623106 e62536,6/RTkk12k2 1 = 1,380385102 e3742,15/RTk2 2 = 9,375623106 e121854,3/RTk3 1 = 1,62181108 e2565,926/RTk3 2 = 7,691299109 e118702,3/RTkk22k3k51k52k61k622k81k82k4 1 = 3,548135108 e2687,316/RTk4 2 = 2,985385109 e169460/RTk5 1 = 4,365162103 e13804,93/RTk5 2 = 9,885528108 e60359,96/RTk6,1 = 4,466832105 e27032,22/RTk6 2 = 1,663412106 e76136,43/RTk7 1 = 1,096478109k7 2 = 8,6696131014 e381946,3/RTk8 1 = 8,7096471015 Т1,8k8 2 = 1,9054641014 e520736,5/RT* Константы скоростей прямых (индексы "i 1") и обратных (индексы "i 2")реакций – в [м3/мольс]; константы k7 1, k8 1 – в [м6/моль2с].Результаты опытного изучения образования SO3 при сжигании серосодержащего топлива приведены в работе [470], авторами которой полученоуравнение для расчета концентрации SO3, %, в дымовых газах при сжиганиисеросодержащего топлива:SO3  180Oм2м2SO e222001,985Tф1,uн(2.84)ммгде O 2 , SO 2  концентрации избыточного кислорода и SO2 в пламени,гмоль/л; u н  скорость нормального распространения пламени, м/с; Tф  температура факела, K.Установлено, что в образовании SO3 в зоне горения принимает участиетолько избыточный против стехиометрического количества кислород, прошедший через фронт пламени.

Характеристики

Список файлов диссертации