Справочник по горению Джон Зинк, 2000
[The John Zink Combustion Handbook]
| Тип печи | Выделение окислов азота, ppm (мг/нм3) | |||
| Подача воздуха | топливо | ТермическийNOx | Топливный NOx | Общий NOxа |
| самотяга | Природный газб | 53,4 (126) | – | 53,4 (126) |
| дутье | 107,7 (254) | – | 107,7 (254) | |
| самотяга | Дистиллированное жидкое топливо | 86,6 (213) | 66,7 (164) | 153,3 (377) |
| Остаток (мазут) | 86,6 (213) | 311,4 (766) | 398 (979) | |
| дутье | Дистиллят | 160,6 (395) | 66,7 (164) | 227,3 (559) |
| мазут | 160,6 (395) | 311,4 (766) | 472 (1161) | |
| самотяга | Пиролиз, природный газ | 56,8 (134) | – | 56,8 (134) |
| Пиролиз, водородный газв | 81,9 (193) | – | 81,9 (193) |
Примечание:
а) общий NOx = термический NOx+топливный NOx;
б) в подогревателях на заводском газе с содержанием водорода до 50% об. образование NOx могут быть до 20% выше, чем при сжигании обычного природного газа;
в) водородный газ – газ с содержанием водорода 50% об. и выше.
Факторы, влияющие на образование оксидов азота
Учитывая условия образования оксидов азота при горении топлив по вышеприведенным схемам, можно выделить следующие факторы, влияющие на образование NOx:
§ локальные температуры газа в камере сгорания;
§ время пребывания газа в зоне высоких температур;
§ уровни концентрации кислорода и азота в зоне горения;
§ температура воздуха на входе в камеру сгорания.
При оценке реальных выбросов NOx следует вносить корректировки в виде поправочных коэффициентов, учитывающих влияние отдельных факторов на образование NOx.
Можно оценить реальное (ожидаемое) образование NOx в реальной топке печи по следующей формуле:
N0x=(NOx)базвых× k 1× k 2× k 3× k 4× k 5× k 6, где
k 1 – коэффициент, учитывающий влияние температуры камеры сгорания на образование NOx;
k 2 – коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на выбросы NOx;
k 3 – коэффициент, учитывающий влияние содержания водорода в топливном газе на выбросы NOx;
k 4 – коэффициент, учитывающий содержание С3Н8 в топливе на образование NOx;
k 5 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха на образование NOx;
k 6 – коэффициент, учитывающий содержание азота в жидком топливе на образование NOx.
В качестве (NOx)баз. берется значение NOx в уходящих газах, полученное при стендовых испытаниях. Как правило стендовые испытания горелок проводятся на природном газе (СН4) при номинальном избытке воздуха (1,05-1,15), температура воздуха для горения равна температуре окружающей среды, в камере горения установлена одна горелка, стенды оснащены системами охлаждения стенок.
Методы снижения содержания оксидов азота в продуктах сгорания.
Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна. Наиболее целесообразным является внедрение технологий подавления оксидов азота на стадии сжигания топлива, которые предусматривают организацию топочного процесса при возможно более низкой температуре в зоне горения и малом избытке воздуха.
Основными режимно-технологическими методами снижения эмиссии оксидов азота являются:
1. Сжигание топлива с низким коэффициентом избытка воздуха.
2. Двухступенчатое сжигание топлива.
3. Рециркуляция части дымовых газов в зону горения;
4. Снижение температуры подогрева воздуха.
Сжигание топлив с низким коэффициентом избытка воздуха.
Одним из наиболее легко реализуемых режимных мероприятий является снижение избытка воздуха в топке. В результате уменьшения содержания кислорода в зоне горения происходит подавление образования как «термических», так и «топливных» NOx. Поэтому данное мероприятие может быть применено при сжигании любых видов органического топлива.
Наибольшая эффективность достигается при сжигании с избытками воздуха
α= 1,03÷1,05. Зависимость концентрации NOx от коэффициента избытка воздуха имеет вид экстремальной кривой с максимумом в интервале α = 1,1÷1,3. Причем максимум NOx соответствует, как правило, такому значению коэффициента избытка воздуха, при котором в данных условиях достигается наиболее полное сгорание топлива.
Двухступенчатое сжигание топлива.
При этом процесс горения организован следующим образом: через горелки с топливом подается воздух в количестве, меньшем стехиометрического (обычно α=0,8÷0,95), а остальное необходимое по балансу количество воздуха вводится в топочную камеру далее по длине факела. Таким образом, на первом этапе горения осуществляется сжигание топлива при недостатке окислителя, а на втором – дожигание продуктов газификации при пониженных температурах. Благодаря этому в начале факела из-за пониженной концентрации кислорода уменьшается образование топливных окислов азота, а снижение температурного уровня на второй стадии уменьшает образование термических NOx.