Образование топливного оксида азота

Источником образования топливного оксида азота являются азотсодержащие соединения, присутствующие в топливе. Рассмотрим основные физико-химические закономерности его образования.

По современным представлениям при образовании топливного NO при сжигании угля можно выделить две основные стадии:

1) термическое разложение угля, приводящее к образованию летучих веществ, в составе которых оказываются и N-содержащие соединения;

2) превращения в газовой фазе азотсодержащих веществ. При выгорании коксового остатка угольной пыли образования NO не наблюдается.

Содержание азота и кислорода в твердых и жидких топливах, применяемых на ТЭС России

Аналогично, при сжигании мазута первой стадией является испарение капли топлива, приводящее к появлению в газовой фазе соединений азота. Теоретически можно ожидать, что количество топливного оксида азота будет зависеть от условий реализации этих стадий. Влияние первой стадии на образование N0 обусловлено тем, что при понижении скорости выделения летучих веществ, последние оказываются в зоне факела с повышенным содержанием кислорода, концентрация которого оказывает существенное влияние на скорость последующих превращений соединений азота. Это предположение было проверено экспериментально при варьировании скорости выделения летучих веществ за счет изменения крупности помола угля. Опыты на стендовой установке при сжигании каменных (включая АШ) и бурых углей не позволили выявить влияние тонкости помола (5-90 мкм). Аналогичные результаты были получены также в опытах на пылеугольном котле мощностью 300 МВт.

Многоступенчаные цетробежные и самовсасывающие насосы тут.

В результате экспериментальных исследований было установлено:

• оксид азота появляется на начальном участке факела в период реакций превращений азотсодержащих летучих веществ при температуре более 900-1000 °К;
• при температуре более 1200 °К количество образующегося оксида азота очень мало зависит от температуры и сильно зависит от концентрации кислорода;
• конверсия азотсодержащих веществ в оксид азота, как правило, не превышает 50 % и снижается с ростом концентрации азота и уменьшением соотношения кислорода и азота в топливе;
• концентрация и химический состав золы не влияют на конверсию азота топлива в NO.

По современным представлениям топливный N0 образуется в результате превращений содержащихся в угле аминов, пентидов, аминокислот, производных мочевины и карбозольных структур. При этом в качестве промежуточных соединений называются аммиак, пиридины, хинолины и т.п..

При пиролизе угля в газовой среде при температуре 500-900 °С образуются значительные количества аммиака и HCN, причем с увеличением температуры содержание NH3 уменьшается при одновременном возрастании содержания цианистого водорода. Это позволяет предположить, что в качестве конечных продуктов превращения N-содержащих веществ следует рассматривать реакции превращения их в аммиак и HCN. Это допущение подтверждается данными по разработке технологии селективного некаталитического восстановления (СНКВ) с применением аммиака и широкого круга N-содержащих веществ: мочевины, меламина, уротропина, циануровой кислоты, которые вводятся в котел при температуре 900-1200 °С. Оказалось, что закономерности очистки от NO при применении всех этих веществ аналогичны и могут быть объяснены превращениями образующихся при термолизе и гидролизе аммиака и цианистого водорода. Однако в отличие от процесса СНКВ, реализуемого при 1000-1100 °С и сравнительно невысоких концентрациях кислорода в топке котла, при повышенных концентрациях О2 имеет место главным образом окисление NH3 и HCN. Хотя в этих условиях в топке трудно исключить возможность частичной нейтрализации образующегося NО по реакции с аммиаком и HCN.

Максимальное количество образующегося топливного NО сегодня не может быть корректно оценено теоретически, поскольку его количество определяется не только содержанием азотсодержащих веществ в топливе, но и концентрацией кислорода в топливе и избытком воздуха при горении.

Зависимость доли азота конвертированного в NO, от содержания азота в топливе

Доля образующегося топливного NO из азота при сжигании мазутов несколько больше, чем при сжигании углей. В целом при увеличении концентрации азота в топливе от 0,08 до 2 % эта доля уменьшается от 90 до 20 %.

При изменении соотношения кислорода к азоту, содержащихся в топливе от 0 до 30, при избытках воздуха 5-15 % конверсия азотсодержащих веществ в NO возрастает в 2 раза.

Согласно лабораторным исследованиям топливный N0 образуется, начиная с температуры 900 °К, и при 1500-1700 °К его концентрация достигает максимального значения. Теплота сгорания угля оказывает малое влияние на количество NО.