Очистка продуктов сгорания от оксидов азота

Очистка продуктов сгорания от оксидов азота

В процессе сжигания топлива образуются оксиды азота. Реакция образования оксидов азота имеет цепной механизм и протекает с поглощением теплоты, например: N₂+0₂=2N0-90 кДж/моль. Зависимость равновесной концентрации оксида азота (NO)_p и времени ее установлений от температуры показана на рис. 26.8.

Уменьшение температуры горения резко снижает равновесную концентрацию оксида азота и одновременно увеличивает время, необходимое для достижения этой концентрации. В котлах при температурах в топке 1400-1500°С время пребывания газов в факеле в 100 раз меньше необходимого для достижения равновесной концентрации, и концентрация образующейся оксида азота составляет центрация образующейся оксида азота составляет NО = - (0,05/0,15)р_NO, где p_NO - парциальное давление оксида азота. Избыток воздуха ускоряет реакцию, но одновременно его увеличение снижает температуру горения, что замедляет реакцию. При малых избытках воздуха более существенно влияние первого фактора, при больших- второго. Влияет на сохранение оксида азота скорость охлаждения газов (скорость закалки). Вследствие обратимости реакции оксиды азота в газах сохраняются при быстром их охлаждении. Например, при а=1,3 для сохранения NO в количестве 0,6 скорость закалки составляет примерно 6 К/с.

Охлажденный оксид азота вступает в реакцию с атмосферным кислородом, в результате чего образуется N0₂. Реакция зависит от концентрации реагентов и с уменьшением NO замедляется, при этом в атмосферном воздухе сохраняется N0. При дальнейшем охлаждении (ниже 140°С) часть N0₂ переходит в N₂O₄, доля которой увеличивается по мере охлаждения. При некоторых условиях образуется N₂0₂. Таким образом, в атмосферном воздухе могут образовываться и существовать одновременно различные оксиды азота при преобладающем содержании N0₂ и N₂0₄. Содержание оксидов азота в продуктах сгорания, уходящих из котлов, изменяется в широких пределах (в пересчете на N0 от 0,015 до 0,15%) и зависит от мощности котла, характеристики топлива и организации процесса горения.

Зависимость содержания оксидов азота от коэффициента избытка воздуха показана на рис. 26.9.

В котельных установках очистка продуктов сгорания от оксидов азота пока практически не применяется. Наиболее реальным путем снижения содержания оксидов азота и бенз(а)пирена в продуктах сгорания, удаляемых в атмосферу, является снижение температуры горения и коэффициента избытка воздуха в области ядра факела в топке. Организация процесса сжигания топлива, обеспечивающая такие условия, рассмотрена в гл. 8.

Сокращение выбросов в атмосферу оксидов азота дымовыми газами и очистка продуктов сгорания от оксидов азота принципиально может быть осуществлено по следующим основным направлениям:

1) применение технологии сжигания топлива, предотвращающей значительное окисление азота воздуха и топлива, в частности использование для горения в качестве окислителя кислорода;
2) применение жидких или твердых сорбентов, поглощающих из дымовых газов с последующей регенерацией и получением товарных форм связанного азота;
3) каталитическое разложение оксида азота на элементарный азот и кислород.

Второе и третье направления используются при производстве азотной кислоты и характеризуются большими капитальными и эксплуатационными затратами. Щелочая абсорбция включает химическое связывание азота по реакциям типа

При этом поглощению азота должно предшествовать окисление NO до NO₂, что при концентрациях N<0,05 % требует огромных объемов абсорбционных колонн. Принципиальная технологическая каталитически-абсорбционная очистка продуктов сгорания от оксидов азота дымовых газов от монооксида азота показана на рис. 26.10.

Внедрение адсорбционной очистка продуктов сгорания от оксидов азота дымовых газов сопряжено с большими трудностями. При температурах уходящих газов из котлов катастрофически падают поглотительные емкости сорбентов. Малые парциальные давления NO_x требуют огромных реакторных емкостей. Сложной задачей является также регенерация реагента, так как выделяющийся N0₂ должен иметь высокую концентрацию, иначе возникает проблема очистки используемого для регенерации сорбента воздуха. Практически уменьшения выбросов оксидов азота в атмосферу котлами наиболее реально в настоящее время достичь путем применения рациональной технологии сжигания топлива.