Оксиды азота

Источником образования оксидов азота служит молекулярный азот воздуха и азотосодержащие компоненты топлива. При горении топлива выделяют три принципиально разных источника образования оксидов азота:

из молекулярного азота воздуха в зоне активного горения при температуре выше 1300 °С (термические оксиды азота);

из азота, содержащегося в топливе, при относительно низких значениях температуры (³ 1000 °С) в основной зоне горения (топливные оксиды азота);

путем реакции молекулярного азота воздуха с углеводородными радикалами при температуре около 1300 °С в зоне фронта пламени углеводородного топлива («быстрые» оксиды азота).

Среди оксидов азота (N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅) выделяют монооксид NO и диоксид азота NO₂, оказывающие вредное воздействие на окружающую среду, суммарное содержание данных оксидов принято обозначать как NO_x.

В топках при горении топлива образуется 95 - 99 % монооксида азота NO и 1 - 5 % более токсичного диоксида азота NO₂. В атмосфере происходит неконтролируемое превращение NО в NO₂, в связи с этим расчет объема выброса оксидов азота производится условно на NO₂. Для расчета доли диоксида азота в суммарном содержании NO_x в атмосферном воздухе при расчете загазованности и нормировании выброса тепловых электростанций и котельных условно используется коэффициент трансформации оксида азота в диоксид, равный 0,8 [11].

В связис установленными раздельными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарный выброс оксидов азота разделяется на составляющие:

 

	;	(2.1)
	,	(2.2)

 

где и – молекулярный вес NO и NO₂, равный 30 и 46 соответственно.

Для снижения выбросов оксидов азота проводят первичные (режимно-технологические) и вторичные мероприятия [8].

Из анализа механизмов образования оксидов азота при сжигании топлива следует, что уменьшения образования оксидов азота можно достичь, реализовав мероприятия, направленные

на снижение температуры горения;

уменьшение времени пребывания продуктов сгорания в области высоких температур;

создание зон реакции с восстановительной атмосферой (коэффициент избытка воздуха меньше единицы), где образование оксидов азота из азота топлива затруднено и идет восстановление оксидов азота до молекулярного азота.

 

 

К первичным мероприятиям относятся следующие:

использование горелок с низким выбросом NO_x (снижение выбросов до 60 %);

ступенчатое сжигание топлива (снижение на 35 – 45 %);

ступенчатая подача воздуха (снижение до 50 %);

рециркуляция дымовых газов (снижение до 33 %);

впрыск воды (водомазутной эмульсии) в ядро факела (снижение на 25 – 44 %);

комбинация первичных мероприятий: сочетание ступенчатого сжигания топлива с рециркуляцией дымовых газов, установка полуподовых горелок в сочетании со ступенчатым сжиганием и рециркуляцией дымовых газов и т. д. (снижение до 90 %).

При использовании низкотемпературных методов подавления оксидов азота могут образовываться канцерогенные вещества, такие как диоксины и полициклические ароматические углеводороды, наиболее активным из которых является бенз(а)пирен. Максимальное количество бенз(а)пирена образуется в топках при температуре 700 – 800 °С в условиях нехватки воздуха для сгорания топлива.

К вторичным мероприятиям относится очистка дымовых газов от оксидов азота селективным некаталитическим (СНКВ) и каталитическим (СКВ) методами восстановления NO_x до молекулярного азота с применением аммиака в качестве восстановителя.