Воздействие на атмосферу при использовании различных видов топлив

Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, в области образования «быстрых» NO и до образование «термических» NO.

 

 

3.4 Влияние температуры дутьевого воздуха на образование NOx.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 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.

4.1 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.

4.2 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.

4.3 Рециркуляция продуктов сгорания.

Этот метод заключается в отборе части дымовых газов (5…30 %) из газохода при температуре 300…400 °С и подаче этих газов в зону активного горения (предпочтительно через горелочные устройства, с использованием отдельных сопел или в смеси с воздухом, поступающим для горения).

Уменьшение концентрации NOx объясняется не столько низкой температурой рециркулирующих газов, сколько снижением температуры горения из-за уменьшения скоростей цепных реакций вследствие присутствия инертных газов и снижения концентраций реагирующих веществ. Наибольший эффект снижения образования окислов азота достигается при попадании всего количества рециркулирующих газов в зону активного горения в случае полного их предварительного перемешивания с дутьевым воздухом. В этом смысле наибольшей эффективностью обладает ввод продуктов сгорания в воздухопроводы перед горелками или подача их в топку через отдельные каналы горелок.

В таблице представлены данные о снижении выбросов NOx в зависимости от способа организации процесса горения.

Тип горелки по механизму организации горения	Снижение выделения NOx по     сравнению с обычной горелкой без предварительного смешения, %
Ступенчатая подача воздуха	25-35
Ступенчатая подача топлива	40-50
Горелки с низким избытком воздуха	20-25
Горелки с внутренней рециркуляцией продуктов сгорания	40-50
Горелки с внешней рециркуляцией продуктов сгорания	50-60
Ступенчатая подача воздуха или топливного газа с внутренней рециркуляцией продуктов сгорания	55-75
Ступенчатая подача воздуха или топливного газа с внешней рециркуляцией продуктов сгорания	60-80

 

 

 

Инжекционные горелки отличаются повышенным образованием оксидов азота по сравнению с диффузионными горелками такой же тепловой мощности. Благодаря предварительному смешению топлива с воздухом в камеру сгорания инжекционных горелок поступает хорошо подготовленная горючая смесь. Процесс горения происходит более интенсивно, в результате формируется более короткий факел с зонами повышенных температур по сравнению с диффузионными горелками, что способствует повышенному образованию NOx.

Горелки на самотяге имеют более длинный факел и низкие выбросы NOx по сравнению с дутьевыми горелками такой же тепловой мощности. 

 

 

 

5. Продукты неполного сгорания топлива (СО и недогоревшие углеводороды)

Оксид углерода (СО), водород, ненасыщенные, насыщенные, ароматические углеводороды и сажистые частицы являются продуктами неполного сгорания углеводородов при сжигании всех видов топлива.

Наличие продуктов неполного сгорания в значительных концентрациях недопустимо, так как приводит к загрязнению атмосферы токсическими веществами и к снижению КПД установок, работающих на газовом топливе.

Основные причины неполного сгорания топлива:

• сжигание газов с недостаточным количеством воздуха;

• плохое смешение горючих газов и воздуха до и в процессе горения;

• чрезмерное охлаждение пламени до завершения реакций горения.

 
Для метана реакции горения (в зависимости от концентрации кислорода в реагирующей смеси) могут быть описаны следующими уравнениями:

при стехиометрическом соотношении или при избытке окислителя:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q                                     (1)

при недостатке окислителя:

СН4 + О2 = СО + Н2 + Н2О + Q                                  (2)

 

 

В процессе горения углерода имеют место вторичные реакции догорания СО в газовом объеме, которые описываются уравнением:

 

 2СО + О2 = 2СО2 + Q                                                 (3) 

В соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры и неизменном давлении равновесие экзотермической реакции (3) смещается в направлении диссоциации CO2 на оксид углерода и кислород.

Заметная диссоциации CO2 возможна только при температурах более 2000 – 2500К. При температурах до 2000К реакцию (3) можно считать практически не обратимой и протекающей при благоприятных кинетических условиях до полного исчезновения одного из исходных веществ.

Наиболее эффективный подход к сокращению выбросов оксида углерода - предотвращение его образования. С этой целью проектируются форсунки, обеспечивающие хорошее смешение с воздухом, внедряются системы контроля полноты сгорания топлива и другие мероприятия. К сожалению, меры, направленные на подавление образования оксида углерода, приводят к повышению концентрации оксидов азота и наоборот. Поэтому каждый тип устройств для сжигания следует оценивать по выбросам отдельных загрязняющих веществ. При выделении больших количеств оксида углерода (например, при выжиге кокса на регенераторных установках) его собирают и сжигают в котлах-утилизаторах. 

Снижение выбросов оксида углерода на установках каталитического крекинга достигается дожигом отходящих газов, осуществлением полного дожига непосредственно в регенераторе на базе применения промотирующих добавок к основному катализатору (благородный металл на оксиде алюминия). Концентрация СО в отходящих газах снижается при этом от 10 до 0,1%. 

Дожиг является также основным методом нейтрализации для других источников выбросов оксида углерода и других вредных углеводородов с применением новых, более эффективных катализаторов дожига.

Главная опасность теплоэнергетики для атмосферы заключается в том, что сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода CO2 , которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.

Наличие в сжигаемом угле добавок серы приводит к появлению окислов серы, они поступают в атмосферу и после реакции с парами воды в облаках создают серную кислоту, которая с осадками падает на землю. Так возникают кислотные осадки с серной кислотой.

Другим источником кислотных осадков являются окислы азота, которые возникают в топках ТЭС при высоких температурах (при обычных температурах азот не взаимодействует с кислородом атмосферы). Далее эти окислы поступают в атмосферу, вступают в реакцию с парами воды в облаках и создают азотную кислоту, которая вместе с осадками попадает на землю. Так возникают кислотные осадки с азотной кислотой.

В каменном угле и летучей золе содержатся значительные количества радиоактивных примесей. Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10-20 раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, защита атмосферы должна быть направлена на снижение объёмов газовых выбросов и их очистку и включать следующие мероприятия:

- контроль за состоянием окружающей  среды;

- применение методов, способов  и средств, ограничивающих объёмы  выбросов газа и подачи его  в промысловую газосборочную  сеть;

- использование в аварийных  случаях факельных устройств, обеспечивающих  полное сгорание сбрасываемого  газа;

- обеспечение соблюдения экологических  нормативов проектируемыми объектами  и сооружениями;

- максимально возможное изменение  топливных режимов тепловых энергетических  установок в пользу экологически  чистых видов топлива и режимов  его снижения;

- достижение основного объёма  снижения газовых выбросов в  нефтепереработке путём строительства  установок по подготовке попутного  и нефтяного газа и систем  газопроводов, обеспечивающих утилизацию.

Снижение объёмов вредных выбросов и нефтепереработке достигается в процессе реконструкции и модернизации нефтеперерабатывающего производства, сопровождаемых строительством природоохранных объектов.

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.1.- М.: Химия, 1971. 360 с. 2.http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/MONIT_SR_OBIT/METOD/USH_POSOB/frame/2.htm

 

 3. Ливчак И. Ф. , Воронов  Ю. Ф. "Охрана окружающей среды". -М.: Колос , 1995 .