Условия образования оксидов азота в тепловых и металлургических агрегатах. Разработка лабораторных установок - Дипломная работа

При сжигании топлив в различных тепловых и металлургических агрегатах образуются оксиды азота NO вследствие реагирования молекулярных азота и кислорода при их нагреве. Концентрация NO в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, по опытным данным может достигать 500 - 2000 мг/м3, в зависимости от ряда влияющих факторов. Наблюдаемые фактические концентрации NO в выбрасываемых газах являются довольно обременительными для окружающей среды, так как после выхода из дымовых труб оксид азота превращается в двуокись азота NO2. Были проведены многочисленные теоретические и опытные исследования по ограничению образования оксида азота NO в тепловых агрегатах: при производстве электроэнергии, в котельных установках, в технологических агрегатах (при производстве стали, стекла, цемента и др.). Но до сих пор остаются неясными конкретный механизм и количественные данные по первоначальному образованию NO и последующему превращению NO в NO2. В настоящее время природное образование NO2 в атмосфере составляет 770 млн.т/год. Антропогенные выбросы NO2 достигают только 3 - 4 млн.т/год (~ 0,52 %) [5, с. В дипломной работе выполнено: - анализ теоретических и опытных данных по образованию NO при нагреве воздуха, при сжигании топлив в тепловых и технологических агрегатов; - предложена методика обобщения теоретических и опытных данных по образованию NO; - проведены лабораторные опыты по образованию оксидов азота при нагреве воздуха и при сжигании бутана; - выполнено обобщение количественных данных по закономерности образования и выброса NO, которое может быть основанием для разработки режимов минимизации образования NO2 в атмосфере. Условия образования оксидов азота при горении до сих пор недостаточно ясны. Из азота воздуха оксиды азота образуются при высоких температурах (t ? 1500 єС) в некотором температурном интервале (механизм Я.Б. Зельдовича [25]). Одновременно с образованием оксидов азота происходит восстановление NO до безвредного молекулярного N2. Однако для сокращения этих выбросов весьма важно знать, как образовались оксиды азота, поскольку количество NOх зависит от основных параметров топочного процесса. Плотность NO при t = 20 єС равна 1,34 кг/м3. (1.5) Из-за малой химической активности NO реакция (1.4) может протекать только при относительно высокой концентрации NO (на выходе из дымовой трубы, когда газы еще не разбавлены атмосферным воздухом). Рассматривая подробнее некоторые аспекты образования оксидов азота, связанные с особенностями факельного сжигания органического топлива в котельных установках тепловых электростанциях, можно сослаться на результаты исследований В.Я. Путилова [24, с. Результаты этих исследований обобщены в работе И.Я. Сигала [3, с. В работе показано, что несмотря на цепной механизм реакции образования оксидов азота, ее формальная кинетика достаточно хорошо описывается уравнением обратной реакции (1.1) с энергией активации для прямой реакции Е1 = 540 кДж/моль, для обратной реакции Е2 = 360 кДж/моль. (1.7) Температура в зоне реакции оказывает решающее влияние на равновесную концентрацию оксидов азота: Таблица 1.1 Температура, єС Равновесная концентрация NO, мг/м3 27 427 527 1527 2227 0,00127 0,38 2,54 4700 31 700 Рис. 1.2. 158]. ? = 1,0; t = 1327 єС Таблица 1.4 Параметры Содержание О2 в окислителе, А % 20 40 60 80 98 N2, % 72,71 49,98 30,76 14,28 1,341 O2, % 0,011 0,017 0,022 0,026 0,029 , объем.661029401398,18549,2346,24 , объем.0,000510,000340,000720,001820,02162 N2, кг 0,9089 0,6248 0,3845 0,1785 0,0168 NO, % 0,005 0,005 0,004 0,003 - NO, мг/м3 67 67 53,6 40,2 - , доля0,000070,000100,000130,00021- , мг/м333,533,526,820,1- N2 N2 = N2, кг 0,9089 0,6248 0,3845 0,1785 0,0168 , мг/кг73,715107,237139,392225,185- ? = 1,2; t = 1327 єС Таблица 1.5 Параметры Содержание О2 в окислителе, А % 20 40 60 80 98 N2, % 73,81 51,38 31,96 14,97 1,410 O2, % 3,036 5,666 7,953 9,961 11,58 , объем.24,3129,0684,0191,5030,122 , объем.0,0410,1100,2490,6658,213 N2, кг 0,9226 0,6423 0,3995 0,1871 0,0176 NO, % 0,076 0,086 0,081 0,062 0,020 NO, мг/м3 1018,4 1152,4 1085,4 830,8 268 , доля0,001030,001670,002530,004140,01418 , мг/м3509,2576,2542,7415,4134 N2 N2 = N2, кг 0,9231 0,6428 0,4001 0,1875 0,0178 , мг/кг1103,201792,712713,214429,9815090,94 ? = 1,4; t = 1327 єС Таблица 1.6 Параметры Содержание О2 в окислителе, А % 20 40 60 80 98 N2, % 74,61 52,44 32,88 15,51 1,467 O2, % 5,28 9,94 14,05 17,73 20,71 , объем.14,1315,2782,3400,8750,071 , объем.0,0710,1890,4271,14314,117 N2, кг 0,932 0,656 0,411 0,194 0,0183 NO, % 0,100 0,115 0,109 0,084 0,028 NO, мг/м3 1340 1541 1461 1126 375 , доля0,001340,002190,003320,005420,01909 , мг/м3670770,5730563188 N2 N2 = N2, кг 0,9333 0,6563 0,4117 0,1944 0,0185 , мг/кг1435,782348,123547,47578920253,6 ? = 1,0; t = 1527 єС Таблица 1.7 Параметры Содержание О2 в окислителе, А % 20 40 60 80 98 N2, % 72,67 49,94 30,72 14,26 1,338 O2, % 0,048 0,075 0,096 0,113 0,127 , объем.1513,96665,87320126,1910,54 , объем.0,00060,00150,00310,00790,0949 N2, кг 0,9084 0,6243 0,3840 0,1783 0,0167 NO, % 0,02 0,021 0,018