Методи зниження емісій оксидів азоту
З аналізу механізмів утворення оксидів азоту при спалюванні палив випливає, що зменшення освіти NОХ можна досягти, реалізувавши заходи, спрямовані на:
a) зниження температури горіння;
b) зменшення часу перебування продуктів згоряння у сфері високих температур;
c) створення зон реакцій із відновлювальною атмосферою (надлишок повітря менше одиниці), де утворення N0 з азоту палива утруднене та відновлення оксидів азоту йде до молекулярного азоту.
Для зниження викидів оксидів азоту проводять такі первинні чи режимно-технологічні заходи:
a) використання пальників із низьким викидом NОХ (зниження NОХ до 60 %);
b) ступінчасте спалювання палива (зниження NОХ на 35 - 45%);
c) ступінчасту подачу повітря (зниження NОХ до 50%);
d) рециркуляцію димових газів (зниження NОХ до 33%);
e) упорскування води (або водомазутної емульсії) у ядро факела (зниження NОХ на 25-44 %);
f) комбінацію первинних заходів (зниження NОХ до 90%).
Первинні заходималовитратні і тому їх застосовують, перш за все, для забезпечення викидів оксидів азоту, що нормуються.
Використання пальників з низьким викидом NОХ
У пальників з низьким викидом NОХ, створених у численних варіантах, організована ступінчаста подача повітря. Принцип роботи такого пальника ось у чому. У ядро смолоскипа подається кількість повітря, недостатня для забезпечення повноти горіння (кисневий «голод»), тоді як у зовнішню зону горіння подається надмірна кількість повітря, щоб забезпечити повноту згоряння палива. Крім того, конструкція пальника дозволяє підтримувати рециркуляцію повітря усередині зони горіння.
Застосування цих пальників даєможливість зменшити викиди оксидів азоту від 50 % для вугільних котлів до 60 % для газомазутних котлів, не погіршуючи техніко-економічні показники котла.
Ступінчасте спалювання палива
При ступінчастому спалюванні палива пальника в топці котла розміщують у кілька ярусів (зазвичай три-чотири яруси). Подача повітря (надлишок повітря) змінюється теж поярусно. Наприклад, при двоступінчастому спалюванні нижній ряд пальників отримує недостатню для стехіометричного горіння кількість повітря, а верхні ряди пальників, навпаки, одержують надмірну кількість.
Найкращий ефект дає триступінчасте спалювання, насамперед, на котлах з топками з рідким шлаковидаленням, і особливо спалювання високосірчистих палив при забезпеченні мінімальної газової корозії екранних труб.
Суть триступеневого спалювання полягає в тому, що по висоті камери згоряння організують три зони. У першій (нижній) зоні топки спалюється основна кількість палива (70-85%) при надлишку повітря близькому до одиниці. На вихід із зони активного горіння подається решта палива (15-30 %) та відповідна кількість повітря з таким розрахунком, щоб сумарний надлишок повітря в ній становив 0,9-0,95 (тобто невеликий недолік для повного спалювання палива) , завдяки чому в цій частині топки створюється зона з відновлювальним середовищем, в якій продукти неповного горіння (СО, Н2, Сn, Нm) відновлюють оксиди азоту, що вже утворилися, N0 до N2.
Малюнок 3.1 - Принципова схема триступеневого спалювання палива в топці котла (α - надлишок повітря)
Вище цієї зони у верхній частині топки організується зона допалювання продуктів, що залишилися, неповного згоряння за участю третинного повітря, що подається під підвищеним тиском через спеціальні сопла (рис. 3.1).
Зменшення викидів оксидів азоту при ступінчастому спалюванні палива в середньому становить: при спалюванні вугілля – до 40 %, при спалюванні – мазуту – до 35 %, при спалюванні природного газу – до 45 %. Використання ступінчастого спалювання палива у топці котла призводить до зниження техніко-економічних показників котла. Збільшується надлишок повітря на виході з камери топки, і при цьому зростає температура газів на виході з топки в середньому на 4-5 ° С, а ККД котла знижується на 0,2-0,5%. Крім того, дещо зростає витрата електроенергії на власні потреби, що призводить до додаткового зниження ККД котла нетто на 0,1-0,8 %.
Рециркуляція димових газів
Рециркуляція димових газів з конвективної шахти до тракту повітря здійснюється, як правило, за допомогою додаткового димососа рециркуляції газів (ДРГ) (рис. 3.2).
Для поліпшення перемішування газів рециркуляції з повітрям, що надходить у камеру топки, встановлюють змішувачі. Частка рециркулюючих газів зазвичай не перевищує 20%. Завдяки рециркуляції димових газів знижуються концентрація кисню у зоні горіння палива та температура горіння.
Рисунок 3.2 - Принципова схема рециркуляції димових газів котла з використанням димососів рециркуляції газів, де
ДРГ – димосос рециркуляції газів;
ДВ – дутьовий вентилятор;
РВП - регенеративний повітропідігрівач;
СК – змішувальна камера.
Зменшення викидів NОХ під час використання даного методу може бути доведено:
- при спалюванні вугілля до 25%;
- при спалюванні мазуту до 30%;
- при спалюванні газу до 33 %.
Техніко-економічні показники при цьому помітно погіршуються. Зростає витрати електроенергії на власні потреби (за рахунокприводу димососів рециркуляції газів). Крім того, зростає температура газів, що йде, що призводить до зниження ККД котла на 0,6 - 1,3%.
Іноді рециркуляцію димових газів здійснюють на всмоктуванні дутьових вентиляторів, якщо при цьому є достатній запас їхньої продуктивності. Частка рециркуляції у своїй зазвичай вбирається у 10 %. У цьому випадку також зростає температура газів, що йдуть, і знижується ККД котла, зростають витрати електроенергії на власні потреби через зростання витрати електроенергії на дутьові вентилятори.
Уприскування води в ядро факела
Упорскування води або введення водомазутної емульсії в ядро факела знижує максимальну температуру в ньому і тим самим перешкоджає утворенню оксидів термічних азоту. Цей спосіб застосовується переважно у період несприятливих метеорологічних умов у районах з підвищеною фоновою концентрацією шкідливих речовин. Кількість води, що впорскується в топку котла, становить близько 10 % витрати палива.
Цей спосіб знижує викиди NОХ приблизно на 25% і одночасно знижує ККД котла приблизно на 0,7%. Ефективність упорскування води в топку істотно зменшується, якщо котел працює з рециркуляцією газів або в режимі спалювання палива. Тому метод упорскування не отримав широкого застосування.
До вторинних заходівщодо зменшення викидів NOx відносятьсяСелективні системи очищення димових газів від NОХ.
Для очищення димових газів котлів від оксидів азоту використовують селективний некаталітичний (СНКВ) та каталітичний (СКВ) методи відновлення NОХ до молекулярного азоту. У них як відновник застосовується аміак. Некаталітичні системи простіше, їх спорудження обходиться не дорожче за заміну пальників, а ефективність досить висока:викиди оксидів азоту знижуються на 40 – 60 %. Аміак (аміачна вода, карбамід) вводиться у високотемпературну (900 - 1100 ° С) область газоходу котла з газами рециркуляції, повітрям або парою. Поєднання технологічних методів придушення оксидів азоту з методом СНКВ при спалюванні вугілля дозволяє знизити концентрацію оксидів азоту в димових газах до 300 мг/м.
Найважливішою тенденцією є об'єднання цих двох технологій (ВКВ та СНКВ). Цей процес може здійснюватися за наступною схемою: подача аміаку або сечовини у високотемпературну зону (система СНКВ) призводить до часткового відновлення NОХ та підвищення вмісту аміаку в димових газах. Шляхом додавання до газоходів невеликої кількості каталізатора за рахунок аміаку вдається забезпечити додаткове відновлення NОХ. Каталізатор у цьому випадку розміщують на поверхні повітропідігрівача.
Порівняно із ВКВ для системи СНКВ не потрібні значні інвестиційні витрати, проте ефективність цієї системи очищення помітно нижча.
За необхідності з допомогою СНКВ можна знизити викиди NОХ проти початковими вдвічі, і з допомогою селективного каталітичного відновлення (ВКВ) в 5 - 10 раз.
При практичній реалізації системи СНКВ виникає низка труднощів:
a) неможливо забезпечити оптимальну температуру димових газів у всьому перерізі газоходу;
b) неможливо запобігти зміні температури в реакційній зоні при зміні навантаження котла;
c) недостатня довжина реакційної зони для забезпечення необхідного часу перебігу реакції;
d) неможливо розподілити аміак по перерізу газоходу так, щоб всюди співвідношення NН3/NОХ було близько до оптимального.
Таким чином, ефективність очищення залежить від конструктивних особливостей котла тайого розмірів.
Система каталітичного відновлення NОХ є найбільш ефективною та освоєною для зменшення вмісту оксидів азоту в димових газах потужних парових котлів.
Електронно-променевий спосіб очищення димових газів від NOX
Електронно-променевий спосіб (ЕЛС) заснований на опроміненні димових газів потоком b-часток (електронів). В результаті протікання радіаційно-хімічних реакцій утворюються реакційно-активні компоненти О - , ОН - , Н - 2. Вони взаємодіють з NОХ, в результаті чого виходять вищі оксиди азоту (NО3), які з водяною парою утворюють пари азотної кислоти. При взаємодії з аміаком, який вводиться в газохід до стадії опромінення, одержують твердий нітрат.
Цей спосіб дозволяє вловлювати до 90% оксидів азоту.
Перевагами способу є:
a) відсутність відходів;
b) одержання товарних продуктів;
c) можливість зручного розміщення установки на діючих електростанціях.
До недоліків ЕЛЗ слід віднести:
a) високі капітальні витрати;
b) необхідність додаткового очищення газів від твердих частинок нітрату амонію;
c) психологічний вплив на людей поняття «радіаційний захист».
За кордоном метод знаходиться на стадії дослідження.
Зважаючи на дорожнечу даного способу, додаткові експлуатаційні труднощі при роботі з радіаційно-небезпечним об'єктом будівництво подібної установки в Україні в 1999 р. було припинено.
Висновок
Діоксид азоту є частиною групи газоподібних забруднювачів повітря, отриманих внаслідок дорожньо-транспортних та інших процесів спалювання викопного палива. Його присутність у повітрі сприяє формуванню та зміні інших забруднювачівповітря, наприклад, озону та твердих частинок, а також кислотних дощів.
Парникова активність закису азоту в 298 разів вища, ніж у вуглекислого газу. Усі оксиди азоту фізіологічно активні, відносяться до третього класу небезпеки.
Викиди оксидів азоту з кожним роком збільшуються, тому вироблення та застосування методів зниження емісій даного парникового газу актуальні на сьогоднішній день.
У цьому роботі було розглянуто різні способи зниження викидів оксидів азоту. До первинних (маловитратних) заходів відносяться: використання пальників з низьким викидом NОХ, ступінчасте спалювання палива, ступінчасту подачу повітря, рециркуляцію димових газів та упорскування води. До вторинних заходів відносять спосіб електронно-променевого чищення димових газів та селективні системи очищення димових газів від NОХ.
Список використаної літератури
1. Амбросов Д.Б. Контроль питомих викидів оксидів азоту; //Автореферат дис. на соїск. уч. степ: к.т.н. М: МГАВТ. - 2004р.
2. Горбунов В.В., Патрахальцев H.H. Токсичність двигунів внутрішнього його рани: Навч. допомога. -М: Вид-во РУДН, 1998.
3. Бєліков С.Є., Котлер В.Р. Малі котли та захист атмосфери. Зниження шкідливих викидів під час експлуатації промислових та опалювальних котелень; Вид-во Енергоатоміздат, 1996 р.
4. Росляков П.В., Іонкін І.Л., Закіров І.А. Контроль шкідливих викидів ТЕС у повітря; Вид-во МЕІ, 2004 р.
5. Ходаков Ю.С. Оксиди азоту та теплоенергетика; Вид-во ТОВ "ЕСТ-М", 2001 р.
6. Котлер В.Р. Екологічні характеристики котельного обладнання (оксиди азоту в димових газах котлів: освіта та методи придушення); Вид-во ІПК держслужби, 2001р.