2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................5
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ И
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА ............................. 12
1.1 Общие положения защиты воздушной среды .......................12
1.2 Нормирование выбросов вредных веществ ....................... 14
1.3 Состояние теории образования оксидов азота
при сжигании топлива.......................................... 16
1.4 Опытная установка для исследования образования ИОх .......... 24
1.5 Технологические методы снижения
выбросов оксидов азота ..................................... 28
1.5.1 Классификация технологических методов ....................... 28
1.5.2 Рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру............ 30
1.5.3 Двухстадийное сжигание топлива............................... 33
1.5.4 Влияние коэффициента избытка воздуха
на снижение образования N0 ................................... 36
1.5.5 Влияние впрыска воды или пара в топку на образование ЫОх 37
1.6 Очистка продуктов сгорания от оксидов азота.................. 40
1.6.1 Классификация методов очистки ............................... 40
1.6.2 Селективное каталитическое восстановление оксидов азота...... 42
1.6.3 Селективное бескаталитическое высокотемпературное восстановление оксидов азота................................. 46
1.6.4 Метод очистки с помощью активированного кокса................ 48
1.6.5 Метод электронного пучка .................................... 50
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1 ................................................. 54
3
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ СЖИГАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ............................... 55
2.1 Исследование образования и методов подавления
ЫОх и СО в АТГУ ............................................ 55
2.1.1 Методики исследования и обработки
экспериментальных данных.................................... 56
2.1.2 Методика проведения исследования........................... 58
2.1.3 Общая методика исследования образования ЫОх и СО
и обработки результатов .................................... 61
2.2 Результаты исследований образования ЫОх и СО.................65
2.2.1 Влияние коэффициента избытка воздуха на образование
ЫОх и СО при сжигании газа в щелевой горелке................ 65
2.2.2 Влияние теплового режима топочной камеры
и коэффициента избытка воздуха на выход ЫОх................. 69
2.2.3 Интенсификация теплообмена в топочной камере
как метод снижения выхода ЫОх .............................. 71
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 ................................................ 74
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
АВТОНОМНОГО ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕГО
УСТРОЙСТВА, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ - ВОЗДУХ ..........................75
3.1 Постановка задачи............................................ 75
3.1.1 Анализ постановки задачи и способ ее решения............... 75
3.1.2 Решение конструкторских задач при разработке АТГУ ......... 76
3.2 Исследование автономного теплогенерирующего устройства 77
3.2.1 Стенд и методика исследования.............................. 78
3.2.2 Порядок обработки исследований............................. 81
3.2.3 Результаты исследований АТГУ .............................. 85
19
давлении в области температур 1900-2500К и концентраций 02 от 0,3 до 8 об%, не обнаружили отклонений от уравнения Я.Б. Зельдовича.
Механизм образования N0 по реакциям (1.4 и 1.5) был предложен
С.Р.Бештоге [13] и другими исследователями. Одновременно было высказано предположение, что оксиды азота образуются не только за фронтом пламени, но и в пламени за счет образования сверхравновесного атомарного кислорода и взаимодействия его с азотсодержащими радикалами, в частности, СИ и НСИ. Это предположение было выдвинуто в качестве объяснения того факта, что экспериментально определенные концентрации часто оказываются несколько выше рассчитанных по уравнению Я.Б. Зельдовича.
В некоторых докладах на 16-м Международном симпозиуме по горению эго было подтверждено. В работе [17] исследовался механизм образования N0 в пламени различных видов углеводородного топлива СН4, С2Н<;, и С2Н4. Было проведено масс-спектрометрическое определение содержания N0, О, СН, СН2, С2 в пламени топливно-воздушных смесей. Наблюдаемые скорости образования N0 за основной зоной горения соответствовали скоростям, рассчитанным по механизму Я.Б. Зельдовича, но образование «быстрой» N0 во фронте пламени не может быть объяснено этим механизмом. Наблюдаемая скорость образования N0 во фронте пламени хорошо описывается уравнениями: 8-1011 [СН] [N2] • ехр (-11000/14) или 2,8-1012 [СН2] [Ы2] ■ • ехр (-22500/14) в моль*1 • см3 • с*1
В работе [18] проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов при сжигании предварительно перемешанных смесей СН4-воздух. В интервале ос=0,88-1,42 измерялось содержание О, Н, N0, 02, НСК Измеренные концентрации сравнивались с расчетными. Экспериментально было найдено, что концентрация О недостаточна, чтобы объяснить быстрое образование N0 термической теорией. Установлено, что образованию «быст-
20
рой» N0 предшествует образование НСЫ, протем концентрация «быстрой» N0 примерно в 10 раз выше максимальной концентрации НСЫ. Установлено, что лимитирующей реакцией в процессе окисления метана является:
СН20 = С0 + Н2 (1.8)
Всего рассматриваются 40 возможных элементарных реакций с участием 20 компонентов, которые используются для расчета образования «быстрой» N0 и промежуточного соединения НСМ
В результате получена хорошая сходимость экспериментальных и теоретических данных для а=1,26. При а=0,88 измеренная концентрация «быстрой» N0 и максимальная ПСЫ составляли (в чнм) 19 и 1,1, тогда как их расчетные значения 26 и 3,1. Авторы [19,20] делают вывод, что с помощью предложенных 40 элементарных реакций может быть объяснен механизм быстрого образования N0 в широком диапазоне а. Однако, результаты работ, развивающих теорию образования N0 посредством сверхравновесного атомарного кислорода, не отрицают того, что основой для определения общего выхода N0 является термическая теория Я.Б. Зельдовича. Образование N0 происходит по реакциям (1.4; 1.5), причем реакция (1.4) является определяющей при сжигании газообразного, жидкого и твердого топлива при условии, что в его состав не входит связанный азот.
При сжигании топлива, содержащего азотные соединения, наряду с образованием N0 из атмосферного азота, происходит и окисление азота, входящего в азотосодержащие соединения топлива, причем при более низкой температуре, чем температура окисления атмосферного азота. Количество N0, образующейся из азотных соединений топлива (количество «топливной»
- Київ+380960830922