антиплагиат (1194759), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Показано, что 1 способ сжигания топлива в виде ВМЭ характеризуется высокой экологичностью наряду с другими методамиснижения вредных выбросов в окружающую среду. 1Последние работы свидетельствуют о возможности комбинирования разных 1 методов приготовления эмульсий, например, циркуляции и диспергации, с учетом существующихтехнологических процессов подготовки топлива к сжиганию в мазутных хозяйствах.Такой подход к приготовлению и сжиганию, а также хранению эмульгированного топлива является достаточно обоснованным. Это связано с наличием в мазутных хозяйствахтехнологических операций, сопровождающихся обводнением мазута, усреднением его состава, эмульгированием топлива, существующим оборудованием (насосы, фильтры и т.п.) и 30др.
36Таким образом, разработка систем подготовки мазута к сжиганию в виде ВМЭ должна основываться на технологии топливоподготовки, осуществляемой в мазутных хозяйствахкотельных, а приготовление 13 эмульсии с необходимыми показателями влажности топлива (W) и его дисперсности (dcp) должно обеспечиваться высокоэффективным способом.Приведенные результаты позволили выявить основные закономерности изменений влажностно-дисперсионных характеристик мазута в технологических процессах подготовки топлива ксжиганию для основных типов производственно-отопительных котельных.2 1 Теоретические основы образования 21 загрязняющих веществ при сжигании жидкого топлива и 21 обоснование разработки методов для снижения 53 вредных выбросов ватмосферу2.1 9 Анализ механизмов образования вредных веществ при горении топлива.2.1.1 Теоретические основы образования оксидов азота.В условиях высокотемпературного горения топлива азот воздуха становится реакционно способным и, соединяясь, в частности, с кислородом, образует оксиды NO, 3 NO2 и N2O, 1 ноосновная доля приходится на NO.
Поэтому целесообразно сосредоточить внимание на образовании оксида азота, т.е. NO.В настоящее время 3 существует 22 три основных механизма образования NO: тепловой, или термический; механизмы «топливного» NO и «быстрого» NO.Систематические исследования физико-химических процессов образования NO в топочных устройствах были начаты всего несколько десятилетий назад,когда отечественными ученымиЯ.Б. Зельдовичем, Н.П. Садовниковым и Д.А. Франк-Каменецким после проведенных исследований была показана термическая природа реакции 2 образования NO, в которомрешающая роль отводится 3 атомному кислороду.Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур в топке (1900-2200 К): зарождение цепи:О2+М=О+О+М (2.1)Согласно теории 3 СеменоваЗельдовичаФранк- Каменецкого, в процессе горения происходит окисление в высокотемпературной зоне по цепному механизму (по реакциям):O+N2k1k2 NO+N (2.2)N+O2k2k4 NO+O (2.3)где k1-k4 константы скорости прямых и обратных реакций.В общем виде реакция образования 3 NO записывается уравнением:N2+O2 2NO (2.4)Определяющей в образовании 3 NO 26 считается реакция (2.2), скорость которой зависит от концентрации атомарного кислорода и максимальной температуры в зоне горения,вследствие чего теория получила название термической.
Поскольку в этом случае 3 NO образуется в результате окисления азота воздуха, 26 то 3 NO 26 получил название«воздушного». Условия равновесия реакций имеют следующий вид:(2.5) 3Kp1=CNO∙CNCN2∙CO=K1K3 ; Kp2=CNO∙COCO2∙CN=K2K4Kp=Kp1Kp2=K1K3K2K4∙C2(NO)CN2CO2=4,6exp-21500RTгде Kp, Kp1, Kp2 константы равновесия отдельных реакций и процесса в целом; скобки у индексов концентраций означают,что рассматриваются их равновесные значения; 3CN2, CO2 – соответственно концентрации кислорода и азота в зоне реакции, %;R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);Т – максимальная температура в зоне реакции, К. 3Концентрация образовавшегося NO не превышает равновесную при максимальной температуре в реакционной зоне.
Образование NO зависит от концентрации исходных веществ,температуры и времени установления равновесия.Термическая теория предполагает экспоненциальную зависимость равновесной концентрации 26 CNO 45 от температуры.В свою очередь концентрации кислорода и азота определяются по формулам: 3CO2=0,21 α-1V0VгPRT (2.6)CN2=0,79αV0VгPRT (2.7 ) 10где α - коэффициент избытка воздуха на выходе из топки котлоагрегата;V0 - теоретически необходимый объем воздуха для сжигания 1 кг (м3) твердого или жидкого (газообразного) топлива;Vг - действительный объем продуктов сгорания при α>1.Образование NO происходит за фронтом пламени в зоне высоких температур по цепному механизму, скорость протекания реакции окисления азота зависит о 3 концентрацииатомарного кислорода, которая в свою очередь определяется максимальной температурой в зоне горения.Концентрация образовавшейся NO не превышает равновесную при максимальной температуре в реакционной зоне.При наличии свободного кислорода α>1 образование NO определяется максимальной температурой в зоне реакции, а при недостатке α<1 - кинетикой разложения NO, т.е.
скоростьюохлаждения продуктов горения.Образование NO зависит от концентрации исходных веществ, температуры, а также от времени установления равновесия.В 3 своей работе И.Я. Сигал предложил заменить время реакции образования оксида азота, т.е. время установления его равновесной концентрации, на время пребывания газов в топке,что с некоторым приближением соизмеримо.[2,18,19]Время пребывания продуктов горения в топке определяется по формуле:τ= 3 VT∙273BVгT (2.8)где VT - объем топки, м3;В – расход топлива, кг/с.Топливные оксиды азота образуются из 3 азотосодержащих 22 соединений, входящих в состав сжигаемого топлива (при более низких температурах 800-1300°С).
При этом на первоеместо выходит реакция окисления, где источником активных центров является атомарный азот топлива.Установлено, что 3 азотосодержащие 22 соединения в виде пиридина, хинолина и их производных, попадая в зону горения, легко разлагаются, образуя радикалы: NH, CN, HCN и др.,которые вступают в реакцию с кислородом.При этом скорость образования NO соизмерима со скоростью горения. На основании предложенной выше схемы и был разработан механизм образования 3 топливного NO . согласнокоторому:скорость образования NO из азота топлива больше, чем по термическому механизму; конверсия азота топлива в NO происходит во фронте пламени;конверсия увеличивается с повышением коэффициента избытка воздуха, и кислород является определяющим фактором в образовании «топливного» NO;доля «топливного» NO в суммарном выходе оксидов азота будет тем больше, чем ниже температура в зоне горения.Было экспериментально доказано, что в пламени могут возникать значительные концентрации NO, не связанные с образованием «топливного» и «воздушного» NO.
Термин «быстрый»NO появился в связи с моментальным образованием в пламени большого количества оксида азота. В общем смысле «быстрым» NO называется оксид азота, образующийся в пламени помеханизму, отличному от предложенного Я.Б. Зельдовичем и исключающему образование топливного NO. В ра 3боте И.Я.Сигала было высказано предположение о наличии в узкой пламенной зоне с большим содержанием горючих компонентов образования быстрого NO, где скорость протеканияэтой реакции весьма велика. В нашей стране условия образования «быстрых» оксидов азота были исследованы И.Я.
Сигалом и его сотрудниками. На основе анализа результатов работможно сделать следующие выводы по механизму «быстрого» 3 NO:1 « Быстрые» оксиды азота присутствуют в продуктах горения всех видов топлива.2 Время образования «быстрого» NO соизмеримо со временем реакций горения.3 «Быстрый» NO, как и «топливный», имеет слабую зависимость от температуры и сильную – от коэффициента избытка воздуха.Таким образом, изучение и анализ рассмотренных механизмов образования «термического», «топливного» и «быстрого» 3 NO позволяет разработать мероприятия по сокращениювыбросов оксидов азота из котлов.2.1.2 Теоретические основы образования оксида углерода, сажистых частиц и углеводородов.Оксид углерода относится к продуктам незавершенного горения и обнаруживается при отсутствии окислителя или 3 при его недостатке в высокотемпературной зоне.
Принеблагоприятных условиях (недостатке кислорода воздуха) наблюдается его резкое увеличение. Кроме того, оксид углерода обнаруживается при охлаждении зоны горения. Однаконедостаток кислорода воздуха вызывает образование значительно большего количества СО, чем снижение температуры в зоне горения.Продукты неполного сгорания (несгоревшие коксовые и сажистые частицы) образуются как при 3 взгонки капли топлива, так и при пиролизе паров горючих газов, образовавшихся засчет ее испарения. Пиролиз газовой фазы происходит при нехватке воздуха при пониженных температурах дымовых газов.
Сажистые частицы, образованные при 3 взгонке каплитоплива, имеют довольно крупные размеры (их масса достигает 20 % от массы капли топлива).Частицы кокса, образующиеся при пиролизе 3 горбчих газов, имеют атомарное происхождение. Чем ниже температура мазута, и соответственно, крупнее капли топлива, подаваемогофорсунками, тем более затруднительна 1 взгонка топлива и больше количество образовавшихся сажистых частиц крупного размера.Увеличение содержания в мазутах смол и асфальтенов также приводит к повышенному образованию сажистых частиц крупного размера.Процесс выгорания сажистых частиц протекает двумя путями.Первый путь – это прямое выгорание при наличии кислорода с образованием СО2, второй – выгорание сажистых частиц (Сч) в восстановительной зоне с образованием СО и Н2.Для подобных реакций горения требуется высокая температура: чем выше температура, тем интенсивней процесс выгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
