4. Уменьшение общего избытка окислителя а в пределах, допустимых по условиям начала быстрого увеличения выхода продуктов неполного горения (С, СО, С20Н12).
Третьей разновидностью оксидов азота являются так называемые «быстрые» оксиды. Образование «быстрых» оксидов было установлено С. Фенимором при исследовании, горения метановоздушной смеси. Достижение равновесных концентраций N0 при горении стехиометрической смеси метам а и воздуха происходит за время 10-2—10-3 с, в то время как длительность горения смеси составляет 10-4 с. При этом фактический выход N0 оказывается в этих условиях значительно большим, чем расчетный. На основании анализа ряда реакций Фенимор высказал предположение, экспериментально подтвержденное И. Я. Сигалом, что быстрое образование N0 объясняется связыванием молекул азота радикалами СН и С2 в реакциях с очень малыми энергетическими затратами:
СН + N2 ↔ НСN + N — 8,38 кДж/моль;
2С + N2 ↔ 2СN — 16,72 кДж/моль;
СН2 + N2 ↔ СН + NH — 37,6 кДж/моль.
В присутствии радикала ОН протекает реакция
NH + OH → NO + H2
Радикал ОН наряду с радикалами Н и О может находиться в пламени в сверхравновесных концентрациях.
Установлено, что быстрое образование оксида азота происходит во фронте пламени главным образом при горении углеводородов и углеродсодержащих топлив. В пламени водорода оксида азота образуется на порядок меньше, чем в пламенах метана и оксида углерода. Наиболее характерными признаками быстрого окисления азота в пламенах являются кратковременность процесса и слабая зависимость выхода N0 от температуры горения и сильная — от соотношения топливо—воздух. При этом пик концентрации N0 смещается в область богатых горючих смесей. «Быстрые» оксиды азота образуются непосредственно во фронте ламинарного пламени на участке, составляющем около 10% ширины фронта пламени в области температур около 700°С. Выход «быстрых» N0 при горении природного газа составляет 100—120 мг/м3 и не может быть снижен ступенчатым горением.
2.4. Схема образования оксидов азота в топочных процессах
Оксид азота может образовываться в зоне горения всех топлив. При сжигании твердого и жидкого топлива, содержащего азот в структуре органической массы, оксиды азота образуются по трем механизмам:
1) «термическому», в результате диссоциации молекул на атомы и радикалы и последующего окисления молекул азота;
2) «быстрому», действующему в начале зоны горения, в основу которого положены реакции с участием радикалов СН, СН2; он определяет минимальный выход N0 при горении газового топлива, слабо зависит от температуры и сильно— от структуры молекулы топлива;
3) «топливному», зависящему от содержания азота в топливе и избытка воздуха.
При отсутствии азота в топливе образование оксидов азота происходит из молекулярного азота воздуха, участвующего в горении и протекает по двум механизмам «термическому» и «быстрому». Схема образования N0х показана на диаграмме. Уже при низких температурах (Тмах< < 1200°С) при сжиганий азотсодержащих топлив наблюдаются высокие концентрации оксидов азота в продуктах сгорания вследствие окисления азота топлива. При температурах Тмах >1900—2000°С выход N0 приближается к равновесному и увеличение содержания связанного азота в топливе не оказывает существенного влияния.
В области температур Тмах = 1200—1700°С, характерных для процессов, протекающих в топочных камерах, выход N0х, определяется суммой оксидов азота, образующихся как по термическому механизму, так и из азота топлива и «быстрых» N0х. Влияние топливных N0х на участке с Тмах > >1600°С ослабевает, а при Тмах >1700сС становится несущественным в суммарном выходе N0х . Концентрация оксидов азота в топке зависит от Тмах, времени пребывания реакционной смеси в зоне максимальных температур и от содержания азота в топливе. При этом выход N0х в продуктах сгорания изменяется от 0,1 до 1,5 г/м3. При температурах Тмах >1900°С образуются «термические» NOХ в равновесных концентрациях. В области температур 2500—2900°С следует ожидать выхода «термических» оксидов азота порядка 14— 18 г/м3, т. е. увеличения выхода N0х более, чем в 10 раз по сравнению с современными энергоблоками.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.