Метод трехступенчатого сжигания угольной пыли, страница 9

Наибольшее влияние на выход NO_Б оказывают локальные избытки воздуха в зоне реакции. Выполненные в рамках  работы МЭИ расчеты и эксперименты (рис. 8) при сжигании природного газа подтвердили наличие известной экстремальной зависимости NO(a). Очевидно, что существуют две области избытков воздуха, характеризующиеся заметной эмиссией оксидов азота. В одной при a_{лок >}>1,0 выход NО определяется в основном термическими оксидами азота (если Т>1800 К). Во второй области выход NО полностью определяется эмиссией NO_Б при условии, что нет топливных оксидов азота, причем максимальный выход быстрых NО наблюдается при a_max=0,65 - 0,8 в зависимости от условий сжигания и состава топлива. Это объясняется тем, что для образования NO_Б необходимы в достаточных количествах как углеводородные (СН_i), так и кислородсодержащие (RO) радикалы, окисляющие образующийся цианид водорода до NО. Анализ результатов расчетов показал, что при a_лок < a_max достаточно много непрореагировавших в окислительных реакциях углеводородов, но мало радикалов типа RO. Наоборот, при a_лок >a_max ввиду значительного количества кислородсодержащих радикалов образующиеся в цепных реакциях горения радикалы СН, реагируют в основном с RO с образованием СО и СО₂ и в меньшей степени с азотом воздуха N₂ по реакциям (1) и (2). Между указанными областями находится область избытков воздуха, в которой суммарная эмиссия N0х имеет минимум (рис.8). Конкретное значение a_min, как и a_max, зависит от условий сжигания и состава топлива. В связи с этим при двухступенчатом сжигании топлив для максимального снижения выбросов NОх в первой ступени сжигания следует рекомендовать локальные избытки воздуха a_I »a_min.

Рис. 8. Зависимость выхода оксидов азота от коэффициента избытка воздуха: а- расчет,

эксперимент на природном газе; б - котел БКЗ-210-140;  в - котел БКЗ-75-39ГМА; 1 - опыт, 2 –

расчет.

Этими же соображениями объясняется и неоднозначное влияние избытков воздуха на динамику выхода быстрых оксидов азота по длине факела. Расчетные исследования показали, что в зависимости от коэффициента избытка воздуха существуют две различные области эмиссии быстрых оксидов азота, одна из которых до этого не была обнаружена экспериментально. При избытках воздуха, больших или равных некоторому критическому значению a_КР, несколько превышающему a_max образование NO_Б происходит до определенных конечных значений, которые далее по факелу не изменяются (если исключена эмиссия топливных и термических NОх). При этом конечная концентрация быстрых оксидов азота тем больше, чем меньше избытки воздуха. При a< a_КР (особенно a< a_max) наблюдался сначала интенсивный рост быстрых оксидов азота до максимального значения NO_{Б max}, а затем их разложение до некоторого конечного значения NO_{Б кон}, которое определяется значениями температуры и a_лок. Анализ интегралов реакций указывает, что отмеченное частичное восстановление NО_Б происходит в результате реагирования последнего с присутствующими в большом количестве (при a< a_max) радикалами типа СН_i и RN. При этом конечная концентрация NO_Б стремится к равновесному значению [NO]р. Очевидно, что восстановление NO_Б будет больше при a< a_max. Так, если a_лок <0,5, то степень восстановления NО может достигать 90 % и выше. Обнаруженный эффект восстановления NO_Б при a< a_КР имеет весьма важное значение, поскольку его практическая реализация позволит существенно повысить эффективность ступенчатого сжигания с точки зрения снижения конечного выброса оксидов азота. Наоборот, при a≥ a_КР зависимости NO_{Б max}(a) и NO_{Б кон} (a) сливаются в одну, т.е. эффект восстановления NО не обнаруживается. Данное явление объясняется тем, что в этом случае (при a >a_КР) продукты неполного сгорания в основном успевают окислиться до СО. Монооксид углерода, как показали расчетные исследования, в силу своих химических свойств не может восстанавливать NО до N₂.