Методы подавления образования окислов азота в топках котлов

Окислы азота вредно действуют на органы дыхания живых организмов и вызывают ряд серьёзных заболеваний, а также разрушающе действуют на оборудование и материалы, способствуют образованию смогов и ухудшению видимости. Окислы азота чрезвычайно токсичны. Так, максимально-разовая предельно допустимая концентрация двуокиси азота почти в 6 раз ниже, чем ПДК для сернистого ангидрида, и в 30 раз меньше, чем для окиси углерода. (ПДК двуокиси азота: максимально-разовая и среднесуточная составляет 0,085 мг/м³).

Окислы азота образуются за счёт окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха и содержатся в продуктах сгорания всех топлив — углей, мазутов и природного газа. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур в топке (1900;2000 ^оС). В результате реакций в топочной камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота NO₂ за счёт доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе.

Образование оксидов азота при сжигании топлива уменьшается с уменьшением температуры горения, с уменьшением времени пребывания азота и кислорода в высокотемпературной части вспышки, а также с уменьшением количества свободного кислорода в факеле. Анализ основных факторов, влияющих на образование оксидов азота, позволяет изложить методы их подавления в печи.

Радикальным способом уменьшения образования оксидов азота является организация двухступенчатого сжигания топлива, т. е. применение двухступенчатых горелок. Согласно этому способу 50−70% воздуха, необходимого для сжигания, поступает в зону первичного сгорания, остальная часть воздуха (50−30%) поступает во вторую зону, где сжигаются продукты неполного сгорания. Удаление тепла из зоны первичного горения должно быть достаточно большим, чтобы конечная стадия процесса горения происходила при более низкой температуре. Примерно такой же эффект возникает, когда факел растягивается вдоль длины камеры сгорания, что должно обеспечить значительное снижение уровня температуры в печи и, соответственно, уменьшение образования оксидов азота.

Второй способ подавления образования оксидов азота в печи — это рециркуляция дымовых газов в камеру сгорания. В этом случае дымовые газы при температуре 300−400 ^оС берутся из конвективной шахты котла и подаются в камеру сгорания. Газы можно вводить в камеру сгорания через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок или путем смешивания газов в воздухе перед горелками.

Как показали исследования, наиболее эффективным был второй метод, при котором наибольшее снижение температуры происходит в ядре факела. Путем смешивания до 20−25% дымовых газов можно уменьшить содержание оксидов азота на 40−50%. Рециркуляция газа вместе с уменьшением температуры горения приводит к уменьшению концентрации кислорода, то есть снижению скорости горения, растяжению зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны путем нагрева экранов.

Подача воды и пара в зону горения также приводит к уменьшению образования оксидов азота.

Введение

воды или пара в количестве 5−10% от общего количества воздуха снижает уровень температуры в печи, а также при входе в рециркулирующий газ. Уменьшение температуры нагрева и уменьшение избытка воздуха в печи также несколько уменьшает образование оксидов азота как за счет снижения уровня температуры в печи, так и за счет снижения концентрации свободного кислорода.

Вышеуказанные способы в сочетании могут значительно снизить образование оксидов азота в печи.