Диплом (1203686), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Образование оксидов серы при сжигании сернистых топлив в топочных устройствах паровых котлов в основном происходит на начальном участке факела. Наиболее высокие концентрации , в несколько раз превышающие равновесия, наблюдается непосредственной близости от горелки. Конечная концентрация серного ангидрида в продуктах сгорания не превышает тысячных долей процента и зависит от состава топлива, режима горения, конструкции котла и состояния поверхностей нагрева. Как правило, доля , составляет 97-99 %, а доля - 1- 3 % от суммарного выхода . Фактическое содержание в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6 % об., а концентрация - от 0,0001 % об.

В процессе сжигания топлива сера переходит не только в дымовые газы в виде , но может отчасти связываться твердыми продуктами сгорания: золой и шлаком при сжигании угля. Поэтому концентрация в газах по длине газового тракта котла могут изменяться.

Оксиды серы является одними из основных загрязнителей атмосферы. Диоксид серы , представляет собой бесцветный газ с острым запахом. При вдыхании раздражает дыхательные пути, нарушает обменные и ферментативные процессы. При концентрация в атмосферном воздухе 0,08 мг/ люди ощущают дискомфорт. Наиболее чувствительными к является хвойные деревья, у которых наблюдается процесс увядания при содержании в воздухе начиная с 0,08-0,23 мг/ . Присутствие сернистого ангидрида совместно с дымом и сажей в атмосферном воздухе (при высокой влажности последнего) является причиной образование в промышленных центрах смогов в утренние часы. Продолжительность нахождения в атмосфере сравнительно невелика (от 2-4 до 15-20 сутки). За это время происходит его полное окисление до , которое протекает значительно быстрей под действием солнечного света.

является бесцветным газом, разрежающим дыхательные пути. Во влажном воздухе образуется туман (аэрозоль) серной кислоты, которая активно разрушается активно разрушает металлические конструкции, а также здания и оборудования [14].

Механизмы образования оксидов азота при горении

При сжигании органических топлив азот, содержащий в воздухе и топливе, становится реакционноспособным и, соединяясь с кислородом, образует оксиды: . Экспериментальные и промышленные исследования показали, что основная доля образовавшихся , а именно 95-100%, приходится на монооксид (оксид) азота . Диоксид азота образуется в значительно меньшем количестве, и его доля приблизительно составляет 4 %.

Оксид азота - бесцветный газ, является сильнейшим ядом, действующим на кровь и нервную систему. Диоксид азота представляет собой пар буро-красного цвета. Оказывает разряжающее воздействие на дыхательные пути и приводит к отеку легких.

Существует два принципиально различных источников образования оксида азота при горении органических топлив. Это окисление атмосферного (молекулярного) азота воздуха, используемого в качестве окислителя при горении, и окисление азотсодержащих составляющих топлива. В первом случаи образуется термические и быстрые оксиды азота, а во втором топливные .

Термические оксиды азота образуется при горении любых топлив в области высоких температур, если в качестве окислителя используется воздух. Окисление молекулярного азота объясняется термической теорией и происходит по цепному механизму:

инициирование цепи;

;

;

обрыв цепи.

Данная схема получила название термического механизма академика Я.Б. Зельдовича. Позднее он был дополнен реакцией атомарного азота с гидроксилом:

Дальнейшее развитие термическая теория получила в работах И.Я. Сигала и др. Образование происходит за фронтом пламени в золе высоких температур по цепному механизму, скорость протекание реакции окисления азота зависит от концентрации атомарного кислорода, которая, в свою очередь, определяется максимальной температурой в зоне горения. Вследствие этого теория и получила название термической, поскольку образующиеся в этом случаи оксиды азота возникают в результате окисления азота воздуха, они получили название воздушных . Концентрация образовавшейся не превышает равновесной при максимальной температурой в реакционной зоне. При наличии свободного кислорода образование определяется максимальной температурой в зоне реакции, а не при недостатке кинетикой расположения , т.е. скоростью охлаждения продуктов горения. Образование зависит от концентрации исходных веществ, температуры, а также времени установления равновесия. Считают, что образование в основном происходит на начальном участке факела с максимальной температурой, где успевает образоваться подавляющие количество . И.Я. Сигал предложил заменить время реакции образования окисления азота, т.е. время установления его равновесной концентрации, на время пребывание газов в топке, что что с некоторым приближением соизмеримо. Им же установлено, что заметное образование термической происходит при температурах в топке 1500 С [14].

Зависимость выхода от коэффициента избытка воздуха имеет вид экстремальных кривых с максимальными в области значения = 1,05-1,25. Рост концентрации оксида азота до объясняется тем, что при малых избытках воздуха увеличение концентрации свободного кислорода способствует более активному протеканию реакции окисления азота воздуха, а при увеличении в закритические области снижение температуры в зоне горения влияет в большей степени, чем увеличение концентрации кислорода.

Зависимость образования «быстрых» оксидов азота от избытков воздуха имеет экстремальный характер. Однако максимальные выходы быстрых наблюдается при горении богатых смесей ( 0,6-0,8) и увеличиваются с ростом температуры в зоне реагирования.

Доля быстрых оксидов азота в суммарном выбросе , образующихся в энергетических паровых котлах, как правило, не превышает 10-15 %. В то де время в котлах малой мощности с суммарным выбросом до 300-400 доля «быстрых» оксидов азота может возрасти до 30-50 %.

Азотосодержащие соединения, входящие в состав твердых топлив, являются источником образования топливных оксидов азота. Ввиду того, что энергия диссоциации N-N в 2-4 раза превосходит энергию диссоциации связей C-N и N-H, азотосодержащие соединения, входящие в состав топлива, легче превращаются в , чем молекулярный азот воздуха. Превращения азота топлива в оксиды азота происходит при наличии в зоне реакции достаточно количество уже при температуре 950-1300 K. Механизм эмиссии топливных оксидов азота является многоступенчатым и еще до конца изучен.

При горении твердых азотосодержащих топлив органические нитросоединения, присутствующие в топливе, вероятно, претерпевают некоторое термическое разложения, прежде чем попасть в зону горения. Поэтому предшественникам образования должно быть, строго говоря, азотосодержащие соединения с малой молекулярной массой, например Вот почему в случае сжигания твердых и жидких топлив в потоке воздухе образование топливных оксидов азота протекает достаточно быстро – в основном на стадии выгорания летучих газов, которая завершается на начальном участке факела.

Топливные оксиды азота образуются из азотосодержащих соединений, входящих в состав сжигаемого топлива, при более низкой температуре 800-1300 С. При этом на первое место выходит реакция окисления, где источником активных центров является атомарный азот топлива. Выявлено, что азотосодержащие соединения в виде пирида, хинолина и их производных, попадая в зону горения, легко разлагаются, образуя радикалы NH, CH, HCN и другие, которые активно в свою очередь вступают в реакцию с кислородом. При этом скорость образования соизмеримы со скоростью горения. На основании предложенной выше схемы и был разработан механизм образования топливных , согласно которому:

1. скорость образование из азота топлива больше, чем по термическому механизму. Конверсия азота топлива в происходит во фронте пламени;

2. конверсия увеличивается с повышением коэффициента избытка воздуха, и кислород является определяющим фактором в образовании топливного ;

3. доля топливного в суммарном выходе оксидов азота будет больше, чем ниже температура в зоне горения.

Ряд исследования экспериментально доказали, что в пламени могут возникать значительные концентрации , не связанные с механизмом образования топливных и термических . Термин «быстрый оксид азота» появился в последнее время из-за моментального образования в пламени большого количества оксида азота. В общем смысле быстрым называется оксид азота, образующий в пламени по механизму. Образованный, не так как описал Я.Б. Зельдович в своем термическом механизме.

С. Фенимором было высказано предложение о наличии в узком пламенной зоне с большим содержанием горючих компонентов образования быстрого , где скорость протекания этой реакции весьма велика. В нашей стране условия образования быстрых оксидов азота были исследованы И.Я. Сигалом и его сотрудниками в институте газа АН Украины. На основе анализа результатов работ можно сделать следующие выводы по механизму быстрого :

• быстрые оксиды азота присутствуют в продуктах всех видов топлива;

• время образования NO соизмеримо со временем реакции горения;

• быстрый NO, как и топливный, имеет слабую зависимость от температуры и сильную – от коэффициента избытка воздуха.

При типичных условиях факельного сжигания твердого топлива в котлах концентрации диоксида азота , как правило пренебрежимо малы по сравнению с содержание NO и обычно составляет от 0-14 до 40-60 .

Экспериментальные исследования выявили, что образование диоксидов азота происходит в двух зонах: предпламенной и послепламенной. В первой зоне образовавшийся полностью разлагается. В то же время быстрое перемешивание горячих и холодных областей в турбулентном пламени может привести к быстрому замораживанию , что является причиной больших концентраций диоксида азота в холодных зонах потока. Эмиссия в послепламенной зоне происходит в верхней части топки и в горизонтальном газоходе ( при T 900-1000 K) и при определенных условиях также может достигать заметной величине. Таким образом, анализ условий и механизмов образования термических, топливных и «быстрых» оксидов азота в топочных устройствах котлоагрегатов позволяет разработать практическое рекомендации по сокращению выбросов из котлов [14].

Характеристики

Список файлов ВКР