В зонах топки, примыкающих к зоне А, где содержание активных веществ существенно ниже, а температура достаточно высока, выход оксидов азота максимален (высокотемпературная зона В). В остальных зонах, где температура и концентрация продуктов недожога относительно низки, атмосферный азот практически не окисляется; если скорость охлаждения ниже 0,01°С/с, возможно разложение оксидов азота; однако в реаль-ныхусловиях сжигания топлива в печах эта скорость на несколько порядков меньше, что приводит в основном к закалке-образовавшихся продуктов сгорания). Одновременно с процессом пиролиза и сгорания топлива в зоне Л и на ее границах происходит синтез продуктов уплотнения таких, как 3,4-бензпи-рен. В остальных зонах (по ходу продуктов сгорания) концентрация их снижается.[ ...]
Организуя ступенчатое горение топлива и взаимодействие факельных горелок друг с другом так, чтобы оксиды азота из зоны В одной горелки попадали в зону А смежной, можно сократить зону эмиссии. Подобный эффект имеет место при подборе конструкции и оптимальном расположении горелок. Например, при фронтовом и подовом расположении горелок с коаксиальными форсунками, позволяющими сжигать топливо в тонкой конической струе, при полном смешении топлива с воздухом внутри горелки в атмосферу выбрасывается не более 300 мг/м3 оксидов азота (при сжигании сернистого мазута). При использовании японских горелок с рассеянным факелом, испытанных на паровых котлах силовых установок, выброс оксидов азота (расход мазута при двухступенчатом сжигании 4 т/ч) составлял 80 мг/м3 (паровое распыление) и 100 мг/м3 (механическое) против 170—180 мг/м3 при сжигании топлива в обычных горелках.[ ...]
Ниже рассмотрены различные варианты подавления оксидов азота.[ ...]
Снижение коэффициента избытка воздуха. Зависимость концентрации оксидов азота в дымовых газах от коэффициента избытка воздуха в топке ат (см. рис. 2) имеет вид экстремальной функции в интервале ост=1,05—1,3 . В то же время с увеличением ат до значения, соответствующего максимальной концентрации оксидов азота, снижается концентрация 3,4-бензпирена, приближаясь к максимальной при ат=1. Отсюда выбор коэффициента избытка воздуха в указанных пределах должен обеспечивать минимальный суммарный токсичный эффект этих ингредиентов при их выбросе с учетом нагрузки печи по расходу топлива. По-видимому, такой оптимальный коэффициент избытка воздуха для нефтезаводских печей можно установить только экспериментально, учитывая конструктивные особенности и размеры печи, вид сжигаемого топлива и т. д. Поскольку от ат зависит и эффективность работы печи (ее к. п. д.), при его выборе должны учитываться и экономические факторы. Чем меньше ост> тем меньше расход топлива и абсолютный выброс дымовых газов. Следовательно, с точки зрения охраны природы ат целесообразно снижать до такого предела, когда рост удельных выбросов и их суммарный токсикологический эффект превысит снижение этого эффекта от сокращения расхода топлива.[ ...]
Рециркуляция продуктов сгорания приводит к снижению максимальной температуры горения и выравниванию ее по длине факела из-за уменьшения скорости цепных реакций вследствие снижения концентрации реагирующих веществ инертными газами. Эффект рециркуляции зависит от способа и места ввода рециркулирующих газов в топку. Рециркулирующие газы необходимо подавать в зону активного горения, а не в зону ак-„ тивного окисления атмосферного азота. Причем следует иметь в виду, что при рециркуляции повышается вероятность образования канцерогенов, т. е. нужно найти некоторый оптимальный уровень рециркуляции.[ ...]
Двухступенчатое сжигание топлива — подача воздуха в горелочные устройства в две ступени: в первую ступень меньшей части воздуха и во вторую—большей. В первой ступени при ат <1 происходит газификация топлива, идущая при неполном его сгорании. Она связана с понижением температуры и получением газообразного топлива. Во второй ступени образовавшийся газ сгорает при ат>1, что приводит к уменьшению выхода оксидов азота примерно в два раза. Ступенчатое сжигание может представлять интерес и для одновременного снижения выбросов оксидов азота и канцерогенов.[ ...]
Использование присадок, снижающих эмиссию оксидов азота или катализирующих реакцию их восстановления (при сохранении высокотемпературных условий сжигания топлива). Присадки можно подавать вместе с топливом или раздельно в любую из зон топки. Назначение присадок различно: катализировать разложение оксидов азота, поглощать и рекомбинировать атомы кислорода, снижать температуру горения и др. При выборе присадок необходимо учитывать следующее: они должны быть недорогими и применяться в возможно минимальных количествах, не должны усиливать образование других вредных продуктов горения топлива и разлагаться с образованием новых токсичных веществ; их применение не должно ухудшать условия теплопередачи к нагреваемому продукту и вызывать коррозию труб. Кроме того, они не должны забивать поверхности нагрева печей, рекуператоры, дымоходы и затруднять очистку дымовых газов от диоксида серы.[ ...]
Таким образом, содержание оксидов азота можно сократить в два —четыре раза. Максимальное сокращение достигается при сочетании режимных и конструктивных методов с использованием присадок и катализаторов. Такой путь, вероятно, единственно приемлемый для трубчатых печей с невысокими дымовыми трубами и ограниченными возможностями конструктивных изменений. Снижение концентрации оксидов азота за счет очистки дымовых газов сложно, так как извлечь относительно малые концентрации оксидов азота из больших объемов дымовых газов затруднительно. Оксиды азота из дымовых газов мощных котельных установок экономически выгодно извлекать при содержании их в газовой смеси более 4% (об.). При меньшем содержании целесообразнее удалять их в атмосферу через высокие дымовые трубы. Приемлемыми могут быть процессы одновременной очистки газов от оксидов серы и азота. Такие процессы в настоящее время разрабатываются в ряде зарубежных стран, в частности, в Японии [14].[ ...]
Разработай также процесс, при котором оксиды азота, взаимодействуя с диоксидом серы в присутствии катализаторов, -не чкисляются, а восстанавливаются. В циркулирующем растворе содержатся сульфат аммония и хелат-яый комплекс железа; последний катализирует окислительно-восстановитель-лую реакцию оксида азота и диоксида серы с образованием раствора сульфата аммония, извлекаемого далее кристаллизацией. Указанные процессы позволяют удалять из отходящих дымовых газов более 90% диоксида серы и 60—80% оксидов азота.[ ...]
В последнее время разработаны и другие способы. К мим относится метод избирательного каталитического восстановления аммиаком, основное достоинство которого в том, что в результате получаются безвредный азот и вода и не образуются сточные воды. Недостаток процесса — сравнительно узкий интервал оптимальных температур (300—400° С), снижение активности катализатора в присутствии диоксида серы, твердых взвесей и забивка ими слоя катализатора (в настоящее время исследуются способы предотвращения этих недостатков).[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Зависимость равновесных концентраций оксидов .азота от коэффициента избытка воздуха при конечных § температурах |
 |
| Зависимость выбпоса загрязняющих веществ в атмосфер) от энергетического коэффициента сложности завода (— ордината слева;---ордината справа) |
 |