Снижение содержания токсичных веществ в уходящих газах

    При сжигании различных видов топлива могут образовываться вещества, загрязняющие воздушный бассейн: зола, сажа, окислы серы, окись углерода, окислы азота, ароматические и канцерогенные вещества (бенз(а)пирен). С ростом промышленности увеличивается потребление топлива, а также количество выбрасываемых в атмосферу твердых взвесей, токсичных и канцерогенных веществ. Поэтому проблема защиты воздушного бассейна от загрязнений является одной из наиболее острых проблем современности.

    Окись углерода очень токсична; попадая в легкие, она соединяется с гемоглобином крови и кровь теряет способность усваивать кислород. В связи с тем что способность крови воспринимать окись углерода в 200 раз больше, чем способность воспринимать кислород, то даже малые концентрации СО опасны. По санитарным нормам, предельно допустимая концентрация СО в воздухе при использовании газа для коммунально-бытового потребления составляет 2 мг/м³. Окись углерода образуется при неполном сгорании газа.

    В пламени, в зоне высоких температур, при наличии кислорода азот воздуха соединяется с ним, образуя окись NO, представляющую собой токсичное вещество. При температурах 1500 — 1800°С концентрации NO могут быть значительными. Горячие газы, выбрасываемые в атмосферу, охлаждаются, и значительная часть NO превращается в двуокись азота NO₂. Окислы азота оказывают вредное действие на органы дыхания человека. Попадая в легкие, окислы азота поглощаются кровью и оказывают действие, аналогичное действию окиси углерода. Однако при одинаковой концентрации окислы азота более вредны, чем окись углерода. Предельно допустимая концентрация окислов азота (в пересчете на NO₂) в атмосфере населенных пунктов составляет 0,085 мг/м³. Концентрация же их в дымовых газах изменяется от 0,2 до 2 г/м³. Таким образом, окислы азота, содержащиеся в продуктах горения, являются опасными загрязнителями воздушного бассейна.

    Канцерогенные вещества относятся к ароматическим полициклическим углеводородам, наиболее распространенным и сильно действующим из которых является бенз(а)пирен (С₂₀Н₁₂). Канцерогенные вещества способствуют раковым заболеваниям. Они образуются при сжигании твердого и жидкого топлива.

    Одним из наиболее эффективных средств борьбы с загрязнением воздушного бассейна городов является замена твердого и жидкого топлива природным газом. При сжигании газа не образуются твердые частицы. Если природный газ содержит сероводород, то его обязательно очищают от сероводорода, исключая возможность образования окислов серы при сжигании. В настоящее время созданы и внедрены такие конструкции газогорелочных устройств, которые дают возможность полностью сжигать газовое топливо и уменьшать содержание СО в уходящих газах до допустимой нормы. Основными загрязнителями воздушного бассейна, которые сохраняются, и при сжигании газа, служат окислы азота. Однако при соответствующей организации процесса сжигания газообразного топлива можно существенно снизить количество образующихся окислов азота.

    Рассмотрим условия образования окислов азота и способы снижения их концентрации в продуктах сгорания. Окись азота NO образуется в зоне высоких температур при наличии свободного кислорода. При низкой температуре до 1000 — 1300°С наблюдается небольшое образование окиси азота. Более высокие температуры характерны для топочных камер котлов и промышленных печей. Таким образом, газы, уходящие из высокотемпературных топок, являются основными загрязнителями окружающего воздуха окислами азота.

Температурный уровень процесса определяется в значительной мере тепловым напряжением объема камеры сгорания. С увеличением тепловых нагрузок температура в топке растет и при прочих равных условиях увеличивается количество окислов азота в продуктах сгорания. Количество NO зависит также от избытка воздуха а. Максимальный выход NO соответствует области избытка воздуха α ≈ 1,2. Наличие максимума объясняется тем, что увеличение концентрации кислорода способствует более активному протеканию процесса окисления азота, но вместе с тем при увеличении значения а температура в зоне горения понижается, в результате чего интенсивность образования NO уменьшается. При величине α > 1,2 последний фактор оказывает большее влияние, что приводит к уменьшению выхода NO.

    Окись азота NO образуется на сравнительно коротком участке факела в зоне максимальных температур. Действительная концентрация окислов азота меньше равновесной, так как время пребывания реагентов в зоне высоких температур меньше необходимого для установления равновесия реакции образования NO.

    Для уменьшения выхода NO необходимо снизить максимальные локальные температуры в факеле и концентрации кислорода в зоне максимальных температур, причем этого можно добиться без снижения тепловой эффективности агрегатов. Снизить температурный уровень в туннеле или амбразуре можно путем сокращения длины туннеля и увеличения угла раскрытия амбразуры. В результате концентрацию окислов азота можно уменьшить на 35—40%. Значительного сокращения количества NO в продуктах сгорания можно добиться путем интенсификации внешнего теплообмена из области максимальных температур.

    Эффективным методом уменьшения концентрации NO является создание горелочных устройств с пониженными удельными тепловыми напряжениями огневого сечения и равномерным распределением теплового потока по сечению топочной камеры. Снизить концентрацию окислов азота можно также путем организации двухстадийного горения, применением рециркуляции продуктов горения и регулированием интенсивности закрутки воздушного потока. Снижение концентрации окислов азота в выбросных газах является сложной научной и инженерной проблемой, решение которой будет большим вкладом в дело защиты воздушного бассейна от загрязнений.

 

Лекция 14

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: