Разработка экологически чистого высокоэкономичного котельного агрегата для ТЭС и ГРЭС, страница 12

                                  NO_x » V^daf/C_связ,  %.                                              (10)                              

В опытах КГТУ с увеличением глубины термической подготовки бурого угля получаются термоугли с малым содержанием летучих веществ и с большим количеством связанного углерода. Таким образом, чем выше температурный режим предварительной термической подготовки углей, тем меньше будет величина отношения V^daf/C_связ . Это является одним из факторов, приводящих к снижению оксидов азота при сжигании термоуглей.

Для окисленного угля характерными являются более высокие значения V^daf/C^daf (таблица 2) по сравнению с рядовым углем. В связи с этим можно было прогнозировать более высокий выход оксидов азота NO_x при сжигании термоуглей окисленного угля. Это и было подтверждено при экспериментальном сжигании термоуглей окисленного и рядового березовских углей. Из рисунка 10 четко видно, что кривая изменения оксидов азота при сжигании термоуглей рядового березовского угля располагается значительно ниже кривой окисленного угля.

Для разработки технологии эффективного подавления NO_x при термической подготовке КАУ необходимо рассмотреть механизм их образования.

Гемиоксид азота (N₂O) может играть значительную роль в снижении топливных оксидов азота при организации предварительной термической подготовки.

Гемиоксид азота, как известно, образуется на самой ранней, по существу пред пламенной, стадии факела за счет следующих реакций:

N₂+HO₂®N₂O+OH,                                            (11)

NCO+NO®N₂O+CO,                                         (12)

NH+NO®N₂O+H.                                           (13)

Радикал HO₂ появляется в факеле значительно раньше других промежуточных соединений. Соединения (NCO, NH) образуются из цианида азота и аммиака, выделение которых, как известно, происходит при пиролизе угольных частиц до их воспламенения. Быстрые оксиды азота (в реакциях 12, 13) образуются в начальной зоне факела за очень короткий промежуток времени, как и N₂O, но в условиях с избытком топлива.

Механизм образования «быстрых» оксидов азота был предложен и экспериментально подтвержден C.P. Fenimore /6/. Согласно его исследованиям эмиссия быстрых оксидов азота происходит за счет протекания аномально быстрых химических реакций молекулярного азота воздуха и углеводородов CH_i с образованием радикалов HCN, NH, N. Последние окисляются кислородосодержащими радикалами (O, OH) до NO. Образование быстрых оксидов азота происходит по следующим химическим реакциям:

CH+N₂®HCN+N,                                               (14)

CH₂+N₂®HCN+NH,                                                       (15)

RN+RO®…®NO,                                               (16)

где    RN – азотсодержащие радикалы (HCN, NH, N);

RO – кислородсодержащие радикалы (O, OH).

Максимальный выход быстрых оксидов азота NO наблюдается при коэффициентах избытка воздуха a=0,65¸0,8 в зависимости от условий сжигания и состава топлива |7|.

Когда начинается выход из топливных частиц радикалов O, OH, H скорость протекания реакций (11-13) существенно уменьшается и N₂O восстанавливается до молекулярного азота по реакциям:

N₂O+H®N₂+OH,                                          (17)

N₂O+OH®N₂+OH_2.                                      (18)

Одновременно протекают реакции окисления N₂O с образованием NO:

N₂O+O®NO+NO,                                         (19)

N₂O+H®NO+NH.                                         (20)

В работе |8| показано, что скорости протекания реакций (19) и (20) очень небольшие по сравнению с реакциями (17), (18). В связи с этим практически весь N₂O, образовавшийся в результате реакций (11 – 13) переходит в молекулярный азот N₂. Авторы работы |8| отмечают, что чем больше материнского азота топлива и быстрых оксидов азота NO на начальной пред пламенной стадии горения перейдет в закись азота N₂O, тем меньше будет конечная концентрация оксидов азота NO_x в дымовых газах.