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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В дипломной работе проанализированы условия образования оксидов азота в тепловых и металлургических агрегатах, выполнено обобщение теоретических данных по равновесному составу NO, оценена достоверность опытных данных по выбросам NO из тепловых и металлургических агрегатов. Разработаны две лабораторные установки и проведены работы по определению образования NO и NO2 при нагреве воздуха в электропечи и при сжигании бутана в газовой горелке. Сформулированы предложения по условиям минимизации образования NO.

Введение

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. По теоретическим расчетам выбросы NO имеют существенно более высокие значения концентраций.

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. В атмосфере практически весь оксид азота переходит в диоксид азота. Затем NO2 легко взаимодействует с каплями воды, образуя азотную кислоту. Таким образом, наряду с выбросами сернистого ангидрида оксиды NO2 так же способствуют образованию кислотных дождей. Естественно, что азотная кислота воздействует на окружающую среду более интенсивно. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя. Считается, что токсичность NO и NO2 больше в 10 раз, чем СО.

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. Это сдерживает разработку методов ограничения образования NO, разработку малотоксичных горелок, внедрение режимов минимизации образования NO.

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. 158], но считают, что это существенное поступление NO2 в атмосферу. При этом антропогенные выбросы NO2 сконцентрированы в промышленно развитых районах.

На НЛМК при производстве стали выбросы NO в атмосферу достигают 9650 т/год или 1,14 кг/т стали. Годовое производство стали во всем мире достигает порядка 700 млн.т/год, соответственно выбросы оксида азота составляют 798 тыс.т/год. Таким образом, при производстве стали образование NO2 в атмосфере составляет 0,11 % от всего количества образующихся NO2. На тепловых электростанциях РФ выбросы NO2 составляют 1,4 млн.т /год (1994 г. [29, с. 5].

Несмотря на ограниченный уровень выбросов NO2 в технологических процессах, актуальным является минимизация этих выбросов для промышленных районов, что позволит снизить кислотность выпадающих осадков.

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.

В разделе по охране жизнедеятельности проведен анализ условий труда при выполнении дипломной работы и предложены мероприятия по обеспечению безопасности труда.

В экономической части дипломной работы рассчитаны капитальные вложения на создание лабораторной установки и проведение лабораторной работы по исследованию образования NO, а так же выполнен расчет текущих затрат.

1. Анализ и обобщение теоретических и опытных дан - ных по образованию NO и NO2 в тепловых агрегатах

Образование NO происходит при нагреве воздуха, при сжигании топлив в различных тепловых агрегатах и устройствах, в сварочных и плазменных процессах. Условия образования оксидов азота NO в тепловых агрегатах и технологических процессов исследованы достаточно обширно. Но многочисленные опытные данные во многих случаях не коррелируются между собой и с теоретическими данными. Так же не выполнено обобщение факторов влияющих на образование оксидов NO и NO2.

1.1 Причины образования оксидов азота в тепловых агрегатах. Преобразования оксидов азота при выбросах в окружающую среду

Основное количество оксидов азота поступает в атмосферу в результате природных процессов (порядка 770 млн.т/год [3, с.32]). Природные загрязнения атмосферы оксидами азота связаны с электрическими разрядами, при которых образуется NO, переходящий впоследствии в NО2. В небольших количествах NО2 выделяется в процессе ферментации силоса. Антропогенное образование NO, а затем и NO2 значительно меньше, однако представляют наибольшую опасность. Считают, что антропогенное образование диоксида азота NO2 обусловлено первичным образованием NO при последующем реагировании его в атмосфере с озоном. Условия образования оксидов азота при горении до сих пор недостаточно ясны.

Существует два источника азота, который способствует образованию оксидов азота в реакциях горения. Неизбежным источником образования этих оксидов азота при горении топлива в воздухе является сам воздух, который содержит молекулярный азот и кислород. Заинтересованность в прогнозе выбросов оксида азота от различных источников привела к разработке различных моделей образования NO в процессах горения. Неотъемлемой чертой таких моделей является механизма реакций образования NO из атмосферного азота. Из азота воздуха оксиды азота образуются при высоких температурах (t ? 1500 єС) в некотором температурном интервале (механизм Я.Б. Зельдовича [25]). Соответствующая химическая реакция [25, с.65]:

N2 + O2 2NO - 180 кДж/моль. (1.1)

Как только атомы кислорода образуются в реакции О2 2О, основными представляющими интерес реакциями становится следующие:

N2 + O NO + N; (1.2)

N + O2 NO + О. (1.3)

Предполагается так же, что эти основные реакции горения становятся равновесными до начала образования NO в зоне дожигания.

Реакция (1.2) считается определяющей образование NO. Выведение NO происходит главным образом за счет обратной реакции (1.3).

При высоких температурах NO будет образовываться быстро, если присутствует достаточное количество атомарного кислорода. Фактически в наиболее горячей зоне пламени содержание атомов О превышает их равновесную концентрацию. Вследствие этого концентрация NO быстро возрастает по мере того, как горение углеводорода обеспечивает условия для окисления азота в воздухе.

Такой механизм определяет сильную зависимость образования NO от температуры и соотношения .

Кроме того, из азота воздуха во фронте факела при сравнительно низких температурах образуется небольшое количество "быстрых" оксидов азота (механизм Фенимора).

Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, при горении летучих, выделившихся из частиц угля или мазутных капель. Одновременно с образованием оксидов азота происходит восстановление NO до безвредного молекулярного N2.

Применительно к топочным устройствам энергетических (а тем более промышленных и отопительных котлов) можно утверждать, что количество образующихся оксидов азота определяется кинетикой процессов, так как время пребывания в высокотемпературной зоне значительно меньше времени, необходимого для достижения равновесных концентраций.

Однако для сокращения этих выбросов весьма важно знать, как образовались оксиды азота, поскольку количество NOх зависит от основных параметров топочного процесса. Среди различных форм оксидов азота практически существенное значение в экологическом аспекте имеют оксид азота NO и диоксид азота NO2, сумму которых (обычно в пересчете на NO2) принято обозначать как NOх. Оксид азота - прозрачный, бесцветный газ, превращающийся в жидкость при температуре - 151,7 єС и атмосферном давлении. Плотность NO при t = 20 єС равна 1,34 кг/м3. Это плохо растворимый в воде газ. Образующиеся при сжигании топлив и содержащиеся в дымовых газах оксиды азота на 97 - 99 % состоят из NO [24, с.152]. Монооксид азота относительно менее токсичен. Установленные в РФ величины максимально разовой и среднесуточной предельно допустимой концентрации для NO и NO2 соответственно равны:

ПДК РNO = 0,4 мг/м3 ПДК сNO = 0,06 мг/м3 ПДК РNO2 = 0,2 мг/м3 ПДК РNO2 = 0,04 мг/м3 Однако в шлейфе дымовых газов NO доокисляется до NO2. Считают, что при этом может происходить следующие реакции [24, с.153]:

2NO + О2 = 2NO2; (1.4)

NO + О3 = NO2 + О2. (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). Скорость этой реакции уменьшаются при снижении концентрации NO и быстро становится несущественной. Таким образом, степень трансформации NO в NO2 в основном зависит от концентрации озона в приземном слое атмосферы и от загрязнения воздуха оксидами азота. В отличие от монооксида азота NO2 более активный в химическом отношении газ красно - бурого цвета с удушливым и резким, раздражающим запахом. Диоксид азота хорошо растворим в воде, легко сжижается при атмосферном давлении и температуре 21,15 єС в красно - бурую жидкость, которая при t = - 10,2 єС твердеет, образуя бесцветные кристаллы. Плотность NO2 при t = 20 єС равна 2,05 мг/м3. Диоксид азота оказывает отрицательное влияние на здоровье людей. Обладая высокой поглощающей способностью в ультрафиолетовой области спектра, при наличии в воздухе других загрязняющих ингредиентов, диоксид азота вступает с ними в реакции с образованием фотохимических туманов (смогов). Так же необходимо упомянуть о кислотных дождях и парниковом эффекте.

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. 153], в которых говорится о том, что скорость образования термических оксидов азота зависит от содержания кислорода в степени 0,5 и от температуры - по экспоненте. Учитывая высокую энергию активации реакции образования термических NO, считают, что образование термических оксидов азота является существенным лишь в некотором температурном интервале. Для углеводородных топлив часто встречающееся утверждение о том, что количество образующихся NO зависит от трех факторов (избытка воздуха, температуры и времени пребывания в зоне горения), является не совсем точным: время пребывания не следует рассматривать как самостоятельный фактор. Важно отметить, что образуются термические оксиды азота при максимальной температуре, т.е. в той зоне факела, где уже сгорела основная масса топлива.

Уже в 1964 г. теоретические исследования по образованию и подавлению оксидов азота, образующихся при сжигании топлива были проведены в институте газа АН УССР. Результаты этих исследований обобщены в работе И.Я. Сигала [3, с. 46], где наиболее полно раскрываются все аспекты проблемы образования оксидов азота. Ниже на основании указанной работы И.Я. Сигала рассмотрены некоторые моменты механизма образования оксидов азота.

По мнению И.Я. Сигала оксиды азота образуются в основном в результате окисления азота кислородом, поступающего на горение по реакции (1.1).

Часть оксидов азота образуется в результате окисления азота, содержащегося в топливе. Наибольший выход оксидов азота в промышленных условиях наблюдается при коэффициенте избытка воздуха б = 1,2 (рис. 1.1), при котором развивается максимальная температура горения.



Рис. 1.1 Зависимость средних концентраций NO от коэффициента расхода воздуха б в выходном сечении опытной камеры [3].

Оксиды азота в большей части образуются на ограниченном участке длины факела горения по развертке факела, где происходит смешение холодного газовоздушного потока с рециркулирующими продуктами сгорания и выгорания основного количества топлива.

Ряд исследований позволяет определить влияние концентрации исходных веществ, температуры и давления на равновесную концентрацию, а так же на время установления равновесия реакций образования оксидов азота. По Я.Б. Зельдович [25, с. 42] скорость обратимой реакции образования - разложение оксида азота (реакция 1.4) может быть выражена:

, (1.6)

где k1 = 6 · 106 exp [- E1(RT)], (сек · мм.рт.ст)-1, k2 = 3 · 108 exp [- E2(RT)], (сек · мм.рт.ст)-1.

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. В результате получено уравнение для равновесного количества оксида азота:

[CNO] = 4,6 ·exp (- ). (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. Равновесные концентрации NO при нагреве атмосферного воздуха для диапазона 0 ч 2600 єС



Рис. 1.3. Равновесные концентрации NO при нагреве атмосферного воздуха для диапазона 0 ч 1600 єС;

К.П. Фенимор в результате экспериментального исследования пламени метана, этилена и пропана подтвердил механизм образования оксида азота по реакциям:

N2 + O > NO + N - 75 кДж/моль; (1.8)

N + O2 > NO + О + 134 кДж/моль. (1.9)

В результате исследования было обращено внимание на тот факт, что в углеводородных пламенах в отличие от пламени водорода и оксида углерода при б = 0,65 ч 0,75 образуется некоторое добавочное количество NO. Есть предположение, что в реакционной зоне углеводородных пламен действует дополнительный механизм реакции углеводородного радикала с молекулой азота, обладающей слабой температурной зависимостью.

Таблица 1.2

		1127 єС	1327 єС	1527 єС	1727 єС
NO, мг/м3	б = 1,0	10	50	300	730
	б = 1,2	120	600	1420	2680
	б = 1,4	150	940	2200	3800
	б = 1,6	380	1150	2900	4600



Рис. 1.4. Равновесные концентрации NO в продуктах сгорания природного газа при различной температуре в зоне горения.



Из рассмотрения экспериментально измеренных и расчетных равновесных концентраций можно отметить, что возрастание выхода оксидов азота с увеличением коэффициента избытка воздуха наблюдается до значений б близких 1,2.

Положение точки перегиба кривой, соответствующий бкр мало зависит от вида топлива и при уменьшении нагрузки или температуры в зоне горения сдвигается в сторону меньших значений б. На рис. 1.5 так же приведены равновесные при максимальной температуре значения [СNO], которые значительно превышают полученные в опытах.

После выхода из дымовой трубы в атмосферу основная часть оксидов азота переходит в оксид азота по двум основным реакциям:

а) при высоких концентрациях в корне факела за счет окисления кислородом в результате экзотермических реакций:

2NO + О2 > 2NO2 + 188 кДж/моль; (1.10)

б) при низких концентрациях в результате окисления атмосферным озоном:

NO + О3 > NO2 + 205 кДж/моль. (1.11)

1.2 Теоретические данные по образованию NO при нагреве атмосферного воздуха и в продуктах

сгорания природного газа Теоретические данные по образованию NO имеются в ограниченном объеме. Результаты расчета равновесного состава при нагреве воздуха по механизму Я.Б. Зельдовича приведены на рис. 1.6.

Рис. 1.6 Теоретические данные по образованию равновесного сос - тава NO при нагреве воздуха и при сжигании СН4 (результаты расчетов И.Н. Карпа и др. [10, с. 112])

Обширные теоретические данные по равновесному содержанию в продуктах сгорания метана приведены в работе И.Н. Карпа [10]. Результаты расчета проводились в двух направлениях:

1) для заданного состава метано - кислородной смеси и условий проведения процесса, рассчитаны равновесные составы продуктов горения и их термодинамические свойства; по составу метано - окислительной смеси в зависимости от давления и температуры подогрева окислителя, рассчитаны теоретические температуры горения Т2 и соответствующие тепловые эффекты реакции НТ0.

Результаты этих расчетов (таблицы 1.4 - 1.12) показывают, что различное содержание О2 и N2 в исходном окислителе и в продуктах сгорания существенно влияет на образование NO.

Представлены данные о составе продуктов горения метана СН4 при температурах 1300 - 1800 єС и различных исходных соотношениях газа и окислителя (б = 1-1,4), от содержания кислорода в окислителе (А = 20-98%).

Рассмотрим некоторые наиболее характерные результаты.

В области б > 1 особенно интересны данные по выходу оксида азота NO. Следует отметить значительное содержание NO уже при б = 1,0 и высоких температурах.

Выход NO постепенно возрастает с увеличением б и Ра = 0,98 бар и увеличения температуры значение проходит через максимум, после которого NO начинает распадаться. Рост давления понижает диссоциацию в указанных пределах температур и давлений. Однако здесь надо обратить внимание на то, что степень обогащения окислителя кислород А в области бедных смесей резко понижает теоретическую температуру горения. Обогащение воздуха кислородом до определенных пределов увеличивает выход NO. При всех б и неизменных температурах с увеличением А от 20 до 40 % возрастает в продуктах горения. При дальнейшем увеличении А и неизменных температурах выход NO уменьшается (рис. 1.7). При А в диапазоне 20 - 70 % превалирующее влияние на образование NO оказывает температура.

Очевидно, что теоретически максимальное количество NO образуется при нагреве воздуха при сравнимо низких температурах (рис. 1.6). При сжигании метана по мере уменьшения избытка воздуха концентрация образующегося NO существенно уменьшается.

Для правильной интерпретации данных рассмотрим данные Уорка [21]. Наибольший интерес представляют те две суммарные реакции, которые дают оксид азота и диоксид азота. Эти равновесные реакции следующие [21, с. 403]:

N2 + O2 2NO; (1.12)

NO + Ѕ О2 NO2. (1.13)

При температурах ниже 900 єС парциальное давление NO и следовательно, равновесное количество NO очень малы. Выше 900 єС могут образовываться значительные количества NO. В таблице 1.1 приведены расчетные количества NO в состоянии равновесия для двух случаев [21, с.387, табл. 8,6]. В одном столбце данные относятся к случаю, когда начальное соотношение азота и кислорода в отсутствие других газов составляют 4:1. В другом столбце характеризуется соотношением 40:1, но уже в газовой смеси, приблизительно репрезентативной для сжигания углеводородов при 10 % избытке воздуха.

Типичные концентрации NO в равновесной реакции N2 + O2 2NO для различных температур в зависимости от начального соотношения N2/О2

Таблица 1.3

	t, єС	927	1227	1527	1727	1927	2127
4	ppm	210	1300	4400	8000	13100	19800
	мг/м3	281,4	1742	5896	10720	17554	26532
	NO мг кг N2	285	1761	5954	10800	17630	26535
40	ppm	80	500	1650	2950	4800	7000
	мг/м3	107,2	670	2111	3953	6432	9380
	NO мг кг N2	124,4	777	2447	4585	7461	10880

Полученные результаты указывают на то, что равновесное образование NO быстро увеличивается с ростом температуры. На рис. 1.7 видно, что влияние сопоставимо с влиянием температуры, особенно в области температур менее 1400 єС.

Рис. 1.7 Влияние температуры на равновесное образование NO.

Обработка результатов расчета равновесного состава продуктов сгорания метана при атмосферном давлении Р=0,98 бар [10, с. 158]. б = 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.	6610	2940	1398,18	549,23	46,24
, объем.	0,00051	0,00034	0,00072	0,00182	0,02162
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	-
, доля	0,00007	0,00010	0,00013	0,00021	-
, мг/м3	33,5	33,5	26,8	20,1	-
N2+N2" = N2', кг	0,9089	0,6248	0,3845	0,1785	0,0168
, мг/кг	73,715	107,237	139,392	225,185	-

б = 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.	24,312	9,068	4,019	1,503	0,122
, объем.	0,041	0,110	0,249	0,665	8,213
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
, доля	0,00103	0,00167	0,00253	0,00414	0,01418
, мг/м3	509,2	576,2	542,7	415,4	134
N2+N2" = N2', кг	0,9231	0,6428	0,4001	0,1875	0,0178
, мг/кг	1103,20	1792,71	2713,21	4429,98	15090,94

б = 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.	14,131	5,278	2,340	0,875	0,071
, объем.	0,071	0,189	0,427	1,143	14,117
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
, доля	0,00134	0,00219	0,00332	0,00542	0,01909
, мг/м3	670	770,5	730	563	188
N2+N2" = N2', кг	0,9333	0,6563	0,4117	0,1944	0,0185
, мг/кг	1435,78	2348,12	3547,47	5789	20253,6

б = 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.	1513,96	665,87	320	126,19	10,54
, объем.	0,0006	0,0015	0,0031	0,0079	0,0949
N2, кг	0,9084	0,6243	0,3840	0,1783	0,0167
NO, %	0,02	0,021	0,018	0,014	0,004
NO, мг/м3	268	281,4	241,2	187,6	53,6
, доля	0,00028	0,00042	0,00059	0,00098	0,00299
, мг/м3	134	140,7	120,6	93,8	26,8
N2+N2" = N2', кг	0,9085	0,6244	0,3841	0,1783	0,0168
, мг/кг	294,99	450,68	627,93	1051,9	3199,66

б = 1,2; t = 1527 єС

Таблица 1.8

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	73,75	51,32	31,90	14,93	1,398
O2, %	2,989	5,608	7,893	9,907	11,54
, объем.	24,674	9,151	4,042	1,507	0,121
, объем.	0,041	0,109	0,247	0,664	8,255
N2, кг	0,9219	0,6415	0,3986	0,1866	0,0175
NO, %	0,160	0,183	0,171	0,131	0,043
NO, мг/м3	2144	2450	2290	1755	576
, доля	0,0022	0,0036	0,0054	0,0088	0,0308
, мг/м3	1072	1225	1145	877,5	288
N2+N2" = N2', кг	0,9229	0,6426	0,3996	0,1873	0,0177
, мг/кг	2323,11	3815,82	5733,66	9373,13	32572,08

б = 1,4; t = 1527 єС

Таблица 1.9

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	74,55	52,36	32,81	15,46	1,451
O2, %	5,215	9,856	13,97	17,65	20,67
, объем.	14,295	5,313	2,349	0,876	0,0702
, объем.	0,0699	0,188	0,426	1,142	14,245
N2, кг	0,9319	0,6545	0,4101	0,1933	0,0181
NO, %	0,212	0,245	0,231	0,178	0,059
NO, мг/м3	2840,8	3283	3095,4	2385,2	790,6
, доля	0,0028	0,0047	0,0070	0,0115	0,0410
, мг/м3	1420	1642	1548	1193	395
N2+N2" = N2', кг	0,9333	0,6561	0,4117	0,1944	0,0185
, мг/кг	3043,82	5003,5	7519,13	12267,02	42735,14

б = 1,0; t = 1727 єС

Таблица 1.10

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	72,52	49,79	30,61	14,19	1,328
O2, %	0,157	0,244	0,311	0,367	0,414
, объем.	461,91	204,06	98,42	38,66	3,21
, объем.	0,0022	0,0049	0,0102	0,0259	0,3117
N2, кг	0,9065	0,6224	0,3826	0,1774	0,0166
NO, %	0,067	0,069	0,061	0,045	0,015
NO, мг/м3	897,8	924,6	817,4	603	201
, доля	0,0009	0,0014	0,0020	0,0032	0,0113
, мг/м3	448,9	462,3	408,7	301,5	100,5
N2+N2" = N2', кг	0,9069	0,6228	0,3830	0,1777	0,0167
, мг/кг	989,91	1484,497	2134,02	3393,81	12035,57

б = 1,2; t = 1727 єС

Таблица 1.11

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	73,64	51,20	31,79	14,85	1,378
O2, %	2,927	5,528	7,809	9,831	11,50
, объем.	25,159	9,262	4,071	1,511	0,1198
, объем.	0,039	0,108	0,246	0,662	8,345
N2, кг	0,9205	0,64	0,397	0,186	0,017
NO, %	0,290	0,332	0,311	0,239	0,079
NO, мг/м3	3886	4448,8	4167,4	3202,6	1058,6
, доля	0,0039	0,0065	0,0098	0,0161	0,0573
, мг/м3	1943	2224,4	2083,7	1601,3	529,3
N2+N2" = N2', кг	0,9224	0,6422	0,3995	0,1872	0,0178
, мг/кг	4212,73	6927,17	10432,62	17105,50	59624,99

б = 1,4; t = 1727 єС

Таблица 1.12

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	74,42	52,22	32,68	15,37	1,425
O2, %	5,12	9,73	13,83	17,52	20,57
, объем.	14,549	5,369	2,363	0,877	0,069
, объем.	0,069	0,186	0,423	1,1399	14,435
N2, кг	0,9303	0,6528	0,4085	0,1921	0,0178
NO, %	0,385	0,445	0,420	0,324	0,107
NO, мг/м3	5159	5963	5628	4341,6	1433,8
, доля	0,00517	0,00852	0,01285	0,02108	0,07509
, мг/м3	2579,5	2981,5	2814	2170,8	716,9
N2+N2" = N2', кг	0,93283	0,65573	0,41131	0,19430	0,01853
, мг/кг	5530,49	9093,67	13682,98	22345,31	77379,73

Исследования проводимые с целью изучения образования NO отражены в работах Сигала [3]. Во время исследований было сделано предположение, что измеряемые в начальной области пламени оксиды азота имеют не термическую природу, а непосредственно связаны с процессом горения. Проверка этого предположения осуществлена в работе Сигала [3, с.80] при сравнении выхода NO в пламенах и при внешнем нагреве воздуха. Были проведены исследования образования, как оксида, так и диоксида азота в потоке нагреваемого воздуха.

Исследования проводились с использованием природных печей СУОЛ-2 (Т? 1200 єС) и СДО - 125/2А (Т ? 1550 єС). Для охлаждения нагревательных элементов использовался инертный газ (аргон), поступающий под избыточным давлением в 2 кПа. Скорость воздушного потока составляла 1 м/с, время пребывания нагреваемого воздуха при максимальной температуре фпр = (4 ч 6,5)·10-3 с., что сравнимо с временем пребывания в реальных пламенах природного газа.

Из сравнения результатов, приведенных в таблице 1.13, можно сделать вывод, что в зоне температур, не превышающих 1000 єС, содержание термических NO в сумме оксидов азота не превышает 1,5 мг/м3. С увеличением температуры до 1400 - 1600 єС содержание термических NO повышаются до 4 - 9 мг/м3.

Образование оксидов азота при нагреве воздуха.

Таблица 1.13

Печь	Т, єС	NO, мг/м3	NO2, мг/м3
СУОЛ - 2 СДО - 125/2А	900 1000 1150 1200 1250 1300 1400 1450 1500 1550	0,5 1,5 2 2,5 3,2 3,5 4,6 4,7 5,2 5,6	- - - 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,1 3,5

Экспериментальные исследования [26, с. 121] продуктов сгорания ЭГГ переменного тока полной мощностью 100 л и 1000 кВт на содержание оксидов азота показало, что как локальные, так и среднемассовые содержания NO не ниже равновесных. Максимальные значения содержания NO составили 3 - 3,5 об.% при работе на газовоздушной смеси с б = 1,8 и температурах равных 2800єС. Эксперимент подтвердил возможность получения NO с помощью ЭГГ и позволил проанализировать энерготехнологические циклы с их использованием. Объектом анализа является цикл с принятой производительностью 10т NO. Продукт сгорания ЭГГ поступают в смеситель, где оксид азота закаливается холодными нитрозными газами с температурой 177 єС. Их температура снижается от температуры на выходе из горелки до 1500 єС. Из смесителя продукты горения направляются в тепломассообменник, где отдают часть своего тепла окислителю. Температура подогрева кислородно - азотной смеси в теплообменнике принята 1300 єС. За тем продукты идут в парогенератор, откуда одна часть их поступает на разделение, а другая - возвращается в смеситель.

Далее приведены результаты сжигания угольной пыли в экспериментальной установке [21, с. 402].

По существу, присутствие избытка воздуха влияет как на температуру , так и на концентрацию кислорода в газах в зоне дожигания. В данном эксперименте концентрация оксидов азота упала с 550 - 575 млн-1 при 25%-ном избытке воздуха до 175 млн-1 при 1,4%-ном избытке воздуха. Общая тенденция будет та же самая и при использовании в качестве топлива нефти или природного газа. Следует отметить, что наиболее выраженное снижение концентрации отмечалось при малом (< 10 %) избытке воздуха. Это происходит, не смотря на тот факт, что температура пламени увеличивается по мере того, как концентрация подаваемого воздуха приближается к стехиометрической. Быстрое падение концентрации кислорода здесь превалирует над температурным эффектом.

Теоретические данные по равновесному составу NO (Б.Я. Зельдович, К. Уорк, И.Я. Сигал) заметно отличаются (рис. 1.13). Но это различие не так важно, так как NO впоследствии восстанавливается до N2. Видно, что влияние сопоставимо с влиянием температуры в области температур менее 1400 єС.

Многочисленные опытные данные по фактическому выбросу NO при сжигании топлив и из технологических агрегатов так же существенно не коррелируются друг с другом и существенно ниже теоретических значений.

В дипломной работе предложено сопоставлять результаты теоретических и опытных данных по образованию NO в виде зависимости доли N2 перешедшей в NO по отношению к содержанию исходного N2. Эту долю предложено подсчитывать, учитывая первоначальные учеты N2 с размерностью мг/м3. Результаты такого пересчета представлены на рис. 1.14 - 1.16.

Предлагаемый пересчет позволяет выяснить долю NO (в процентах). Видно, что доля N2 переходящего в NO при сжигании метана СН4 при б = 1,2, t = 1327 єС и содержании кислорода 20 % не превышает 0,12%, а при t = 1527 єС не превышает 0,22 %. Эти значения в общем незначительные. Естественно такие низкие доли NO не должны ограничивать протекание обратной реакции восстановления NO в N2:

2NO N2 + O2. (1.14)

Практической ценностью предложенного обобщения теоретических данных является оценка уровня выхода оксида азота по мере уменьшеня температуры от максимальной к 1000єС, когда восстанавливается оксид азота до N2.

Таким образом предложенный метод обобщения по образованию NO является достоверным и очевидно, что таким методом можно обобщать результаты и других исследований.

2. Анализ опытных данных по образованию NO, NO2 в высокотемпературных технологических агрегатах (при производстве стали, стекла, огнеупорных материалов, извести)

На металлургических заводах источники образования оксидов азота имеются в каждом производстве. Основное количество промышленных выбросов NO и NO2 обусловлено проведением технологических процессов при высоких температурах. Высокий уровень температур обеспечивает сжигание различных топлив. Так, в г. Липецке значительное количество NO выбрасывается в атмосферу при производстве стали, цемента, извести, огнеупорных материалов. В последнее время количество выбросов NO существенно выросло в связи с работой завода по производству стеклотары (2 стекловаренных печи).

Целесообразно оценить реальные количества выбросов оксидов азота (NO и NO2) на этих производствах.

2.1 Особенности образования NO в процессах производства стали. Количественные данные

В сталеплавильных цехах основным источником загрязнения воздушного бассейна оксидами азота являются мартеновские печи. По данным ВНИПИчерметэнергоочистки, средняя концентрация оксидов азота в дымовых газах от мартеновских печей, работающих без продувки кислородом, - около 500 мг/м3; в период доводки она увеличивается до 800 мг/м3. При этом удельный выход оксидов азота составляет 0,3 - 1,5 кг/т стали. При работе мартеновских печей с продувкой кислородом содержание оксидов азота в дымовых газах колеблется от 500 до 12000 мг/м3; в период доводки оно возрастает до 2200 мг/м3. удельный выход оксидов азота 0,6 - 1,8 кг/т стали. В дымовых газах от двухванных агрегатов содержание оксидов азота достигает 120 - 320 мг/м3, а удельный выход их составляет от 0,06 - 0,23 кг/т стали.

От конвертеров, работающих по схеме с дожиганием оксида углерода, основное количество оксидов азота образуется в межпродувочный период. При использовании для подтопки смеси коксового и доменного газа калорийностью 11300 - 12500 кДж/м3 содержание оксидов азота составляет 160 - 220 мг/м3. Выбросы оксидов азота из конвертеров, работающих по схеме без дожигания оксида углерода, обусловлены горением газа на свече. Содержание оксидов азота в конвертерном газе, поступающем в атмосферу без дожигания, в ходе плавки не превышает 10 - 35 мг/м3 [4, с. 42].

В период горения свечи при теплотворной способности конвертерного газа 8370 кДж/м3 концентрация оксидов азота в продуктах сгорания достигает 50 мг/м3. При этом расход дымовых газов после свечи составляет 165 м3/с для 350-т конвертера, выплавляющего в сутки 7000 т стали. Это дает удельный выход оксидов азота 30 г/т конвертерной стали. Кроме того, выделения оксидов азота в конвертерном производстве происходят при процессах горения во время завалки скрапа и заливки чугуна, а так же сушки конвертеров и ковшей после ремонта.

В электросталеплавильном производстве оксиды азота, кроме процессов сушки ковшей, образуются при дожигании газов, отсасываемых через отверстие в своде печей. Учитывая, что ориентировочный объем указанных газов составляет до 450 м3/ч на 1 т емкости, и приняв среднюю продолжительность плавки 3,5 ч, можно определить, что выход оксидов азота при средней концентрации их в продуктах сгорания около 150 мг/м3 составляет: 45·150·3,85:106=0,24 кг/т стали.

В доменных печах оксиды азота не образуются, потому что доменный газ содержит восстановленные газы СО и Н2. Но оксиды азота образуются в системе отопления воздухонагревателей. Приведенная концентрация оксидов азота в продуктах сгорания доменного газа согласно Приложению 3 [4, с. 45] составляет 90 мг/м3, а в дымовых газах при их температуре 300 єС она равна 43 мг/м3.

Значительного увеличения оксида азота можно ожидать выше 1400 єС. Эти данные подтвердились промышленными исследованиями. Было выявлено, что максимальное количество оксида азота (до 0,05 % или 1000 мг/м3) образуется при наполнении воздухонагревателя дутьем после газового периода, когда велика температура купола, максимальны концентрации азота и кислорода и достаточно времени их пребывания в воздухонагревателе.

В период дутья и в газовый период в связи с уменьшением времени пребывания содержания оксидов азота было значительно меньше и составляло около 40 - 70 мг/м3 при температуре купола до 1440 єС, при чем в дутьевой период оно было выше, чем в газовый. Концентрация оксидов азота непосредственно у кожуха достигла 0,06 - 0,08 % (1200 - 1800 мг/м3) и увеличилась при пульсациях горения. По данным измерений на НТМК при температуре купола 1300 єС содержания оксидов азота в газовый период под куполом составляет 15 мг/м3, на заводе «Азовсталь» 60 мг/м3 при температуре купола 1420 єС. Общий выход оксидов азота от воздухонагревателей шести доменных печей производительностью 6,7 млн. т. чугуна в год составляет 20,7 г/с или 0,1 кг/т чугуна. Объем дымовых газов, содержащий оксиды азота, соответственно равен 2500 м3/т чугуна.

Оксиды азота в доменном производстве выделяются так же через фонарь литейного двора, где они образуются при сжигании топлива для сушки желобов 80 мг/м3. выбросы в результате процессов горения над расплавленными поверхностями чугуна и шлака составляют небольшую величину.

В агломерационном производстве 99 % оксидов азота выделяются с дымовыми газами, отсасываемыми от зон спекания агломерата и зон охлаждения. В этих газах по замерам Донецкого филиала ВНИПИчерметэнергоочистки, содержание оксидов азота составляет соответственно 160-240 мг/м3 (при нормальных условиях) и 20 мг/м3. Кроме того, оксиды азота выделяются от гаражей для размораживания руды. Количественно оксидов азота в дымовых газах от гаражей зависит от вида используемого топлива.

С учетом того, что на заводе, полностью работающим на агломерате, на 1 млн. т. стали расходуется 1,5 млн. т. агломерата, удельный выход оксидов азота равен 0,62 кг/т стали.

2.2 Особенности образования NO при производстве извести и огнеупорных материалов. Количественные данные

В известковом и огнеупорном производствах оксидов азота в основном образуются в результате сжигания газового топлива во вращающихся и шахтных печах (б = 1,2ч1,15) и в небольшом количестве во время обогрева бункеров (б=1,5). На долю известкового и огнеупорного производств приходится около 5,5 % газового топлива (по теплу), однако удельный выход оксидов азота от рассматриваемых производств значительно выше. Так, для завода, где общий расход газового топлива по теплу в известковом и огнеупорном производствах в 2,6 раз меньше, чем в прокатном производстве, выход оксидов азота меньше лишь в 1,1 раза и составляет 1286 т/год.

2.3 Особенности образования NO при производстве стекла. Количественные данные

Стеклоделие это одна из неблагополучных в экологическом отношении отраслей промышленности. Выбросы загрязняющих веществ содержат, в основном, пыль и взвешенные вещества, диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота. Во время загрузки шихты происходит активное выделение пыли, содержащей мелкодисперсную фракцию практически всех сырьевых материалов. В печи этот процесс усложняется плавлением и разложением компонентов с выделением газообразных оксидов азота, серы, углерода, паров воды и т.д

Более 90% производимого в мире стекла варится в газопламенных печах, сжигающих топливную смесь газ-воздух. Собственно на горение газа расходуется кислород, содержание которого в воздухе 20 %, а балластный азот в количестве 60-70 % при высокой температуре окисляется до NO2 и выбрасывается атмосферу. Расчет показал, что при среднем расходе газа 800 м3/час и соотношении газ/воздух =1/10 печь выбрасывает около 280·103 м3/сутки оксидов азота в пересчете на NO2.

По данным, предоставленным ООО "ЧЗС Липецк" валовые выбросы оксида азота и диоксида азота за декабрь 2007 г. соответственно составляют 1204,84 мг/нм3 и 7414,4 мг/нм3.

Данные полученные кафедрой 25.05.09 показали, что при производстве стеклотары (работают 2 стекловаренных печи) валовые выбросы составляют:

печь №1 - выбросы NO составляют 1701 мг/нм3 и NO2 62,7 мг/нм3;

печь №2 - выбросы NO составляют 463 мг/нм3 и NO2 0 мг/нм3.

3. Разработка лабораторных установок для исследования закономерности образования NO и NO2

3.1 Лабораторные опыты по образованию NO с электропечью

Для проверки прохождения реакции восстановления оксида NO в N2 провели опыты на лабораторной установке с нагревом атмосферного воздуха до температуры 1500єС.

Эта лабораторная установка состоит из камерной электропечи мощностью 8 кВт.

Комплект этой лабораторной установки показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Схема установки для измерения образования NO и NO2:

1 - камерная электропечь сопротивления;

2 - стеклянная трубка;

3 - узел герметизации;

4 - медная трубка;

5 - ротаметр;

6 - газоанализатор.

Отвод нагретого воздуха из рабочего пространства печи реализовали через стеклянную трубку Ш 5,5 мм и длинно 800 мм при расходе воздуха 0,12м3/ч. Скорость газа в трубе 1,67 м/с, длительность прохождения длины трубки 0,48 с. Часть трубки находилась внутри печи и имела температуру 1500єС, а затем температура постепенно снижалась из-за теплоотдачи в окружающую среду. Контроль состава воздуха после выхода из трубы показал наличие оксида азота только при высоких температурах.

Сначала газоанализатор соединяем с ротаметром, который уже подсоединен к медной трубке. Берем стеклянную трубку, один конец вводим в печь, другой конец соединяем с медной трубкой. Были приняты меры, чтобы предотвратить подсос воздуха. Место соединения уплотняем - уплотнитель асбестовая вата (рис. 3.2)

Рис. 3.2 Узел герметизации стеклянной и медной трубы

Проверка на герметичность показала, что подсосов воздуха нет.

До того как включить печь в сеть необходимо на холодной печи подключить газоанализатор к газовой схеме. Включить газоанализатор и посмотреть показания ротаметра, затем проверить на герметичность тракта кварцевой трубы (закрыть пальцем отверстие в медной трубе и посмотреть на ротаметр. Если поплавок стоит на месте значит все герметично). Так как при нагреве печи температура высокая, то требуется охлаждение медной трубки. Для этого кладем влажную тряпку на медную трубу.

Когда все готово включаем печь в сеть. Печь находится в режиме непрерывного повышения температуры. Одновременно включаются вентиляторы печи. Пуск прибора (печи) сразу после включения его в сеть нельзя осуществить в течении нескольких секунд. В это время устанавливается аналога - цифровой преобразователь. При помощи регулятора программируем режим за 2,5 часа выйти на температуру 1500 єС. Максимально возможный разогрев печи 1650 єС. Разогрев печи до 1500 єС достигаем за 5 часов, т.к. во время нагрева печи осуществлялось перепрограммирование (результаты опытов представлены в пункте 4.1).

По окончании программирования можно осуществить пуск прибора.

Начинаем контролировать выход оксида азота когда печь нагревается до 800єС и через каждые 100 єС фиксировать показания, распечатывая показания газоанализатора.

Рис. 3.3 Кривая нагрева

3.2 Лабораторная работа с газовой горелкой

В данной лабораторной работе при помощи газовой горелки нагревается кварцевая трубка, которая подсоединена к газоанализатору. Схема данной лабораторной работы представлена на рис. 3.3.Лабораторная установка включала:

- кварцевая трубка Ш 12 мм и длиной 280 мм, являющейся рабочим пространством для формирования газовой среды, включая продукты сгорания бутана и подсасывающего избыточного воздуха;

- холодильник из стальной трубы;

- ротаметр;

- газоанализатор.

Все детали лабораторной установки закрепляем зажимами, отверстия кварцевой трубы устанавливаем напротив сопла газовой горелки. Измерения проводились для разных расстояний от сопла горелки до входного сечения кварцевой трубки (д = 5, 10, 20 и 27 мм).

Проверяем все ли готово к работе. После этого зажигаем горелку и включаем насос газоанализатора. Для первого опыта устанавливаем д = 5 мм. Получаем первые данные, фиксируем их. По данным видно, что содержание О2 снизилось с 20,9 % до 0,4 %. Концентрация NO колеблется от 45 ppm до 49 ppm. Снижение О2 объясняется тем, что во время горения горелки происходит подсос воздуха. Когда данные зафиксированы отключаем горелку. При этом наблюдается инерционность трассы (когда газ горелки отключен и О2 повышается до 20,9 %). Все другие опыты делаются аналогично.

Образование NO при горении газа может описываться двумя уравнениями:

О + N2 NO + N (3.1)

N + О 2 NO + О (3.2)

Из них реакция (3.1) считается определяющей образования NO. Выведение NO происходит главным образом за счет обратной реакции (3.2).



Рис. 3.3 Лабораторная установка для исследования образования NO при сжигании бутана С4Н10

3.3 Конструкция газоанализатора

3.3.1 Компоненты анализатора

Газоанализатор "QUINTOX" - электронный газоанализатор с автономным питанием, предназначенный для проверки, оперативной настройки и обслуживания котлов, газовых турбин, горелок, дизельных установок, а также для контроля выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы. Измеряет:

· содержание O2, СО, CO2, NО, NО2, SO2, CxHy в дымовых газах

· температуру дымовых газов, наружного воздуха, воздуха для горения

Рассчитывает:

· содержание NО, NО2

· соотношение СО/СО2

· коэффициент эффективности сгорания топлива

· потери тепла с уходящими газами и химическим недожогом

· коэффициент избытка воздуха

Параметры газоанализатор "QUINTOX"

Таблица 3.1

Обозначение	СхНу	O2	CO	NO	NO2	SO2
Диапозон измерений	0...5 (по метану)	0...25%	0...10000 ppm	0...5000 ppm	0...800 ppm	0...2000 ppm
Давление/ разряжение	150 мбар
Погрешность	+ 5%
Рабочая температура	0±40 °С
Максимальная температура для зонда	1 200 °С
Виды топлива	Природный газ, коксовый газ, мазут, уголь
Питание	От встроенной аккумуляторной батареи
Габариты/масса	450x230x300 мм/ 9 кг

3.3.2 Необходимые меры предосторожности

Данный анализатор выделяет газы, являющиеся продуктами горения. Они могут быть токсичны в относительно низких концентрациях. Эти газы выбрасываются из нижней части прибора. Прибор должен использоваться только в хорошо вентилируемых помещениях и только хорошо обученными и компетентными лицами после должного учета всех потенциальных опасностей.

3.3.3 Последовательность действий при обычном включении

Автоматическая калибровка

Во время выполнения этой последовательности 'анализатор нагнетает чистый воздух в датчики, что позволяет выставить на электрохимических датчиках ноль, а на датчике кислорода - 20.9%.

После включения анализатор на короткое время покажет на дисплее логотип Капе и номера телефонов, а затем появится экран с меню регистратора:

* * SELECT FUNCTION * *

1.. LOGGER CONTROL

2 . . QUINTOX CONTROL

Используя клавиши и устананвливаем курсор на 2. Quintox

Нажмаем ENTER для вызова функции управления Quintox.

Появляется экран с обратным отсчетом:

На дисплее ведется обратный отсчет времени от 300 до 0 с шагом 1 секунда. Если анализатор использовался недавно, то он может завершить автоматическую калибровку менее, чем за 300 секунд, в противном случае он будет считать до нуля.

Как только процесс калибровки завершен, подается звуковой сигнал, а на дисплее появляется экран с выбранным типом топлива :

Нажимаем ENTER.

Тем самым обнуляется датчик токсичности, а датчик кислорода устанавливается в 20.9%.

Отбор проб отходящих газов

Сразу после завершения процедуры автоматической калибровки и выбора типа топлива вводим зонд в нужную точку для отбора пробы.

Рекомендуется использовать точку отбора пробы, расположенную по крайней мере в двух диаметрах дымохода от любого изгиба, и опускать щуп зонда в центр дымохода (обычно в этой точке наивысшая температура).

Вывод информации на печать

Вывод на печать можно запустить вручную, когда на экране находится любое изображение. Сделать это можно, нажав клавишу PRINT

Технические характеристики изделий

Основные метрологические характеристики анализатора

Таблица 3.2

Основной параметр	Диапазон измерений	Предел допускаемой основной полгрешности, %
		приведенной	относительной
О2	0 ч 5 % об.д. 5 ч 25 % об.д.	± 5	± 5
СО	0 ч 500 ppm 500 ч 10000 ppm	± 10	± 10
NO	0 ч 500 ppm 500 ч 5000 ppm	± 10	± 10
NO2	0 ч 500 ppm 500 ч 800 ppm	± 10	± 10
SO	0 ч 500 ppm 500 ч 2000 ppm	± 10	± 10
CxHy	0 ч 500 ppm 500 ч 2000 ppm	± 10	± 10
Температура отходящих газов	0 ч 50 єС 50 ч 1100 єС	± 1 єС ± 2 єС
Температура воздуха	0 ч 50 єС 50 ч 600 єС	± 1 єС ± 2 єС
Давление	± 150 гПа	± 5 єС

4. Результаты исследований образования оксидов азота в лабораторных условиях

4.1 Результаты исследований образования NO и NO2 в лабораторной работе с электропечью

Включение печи произошло в 10:30. Затем данные фиксировались и они отображены в таблице 4.1.

Данные лабораторных исследований.

Таблица 4.1

Время	t, єС	О2, %	NO, ppm	NO2, ppm
11:00	191	-	-	-
11:30	360	-	-	-
12:00	569	20,8	4	3
12:30	767	20,9	7	1
Перепрограммирование
13:00	663	20,8	3	3
13:30	815	20,8	5	0
14:00	980	20,8	6	0
14:30	1118	20,8	6	1
15:00	1270	20,8	8	1
15:20	1380	20,8	35	1
15:30	1445	20,8	118	4
15:45	1500	20,8	387	26

Видно, что при низких температурах NO практически не образуется. При температуре порядка 800 єС количество образующихся NO и NO2 все еще малы, хотя количество NO уже превалирует над NO2. До температуры 1500 єС происходит процесс восстановления NO, а при 1500 єС образуется больше количества NO, которое не успевает восстанавливаться.

Переведем полученные данные измерений из ppm в мг/м3.

;

;

;

;

;

;

.

Построим график зависимости температуры от времени.

Таблица 4.2

єC	NO	NO2	NO2 NOЅ	NONO2 NOфикс
	ppm	мг/м3	ppm	мг/м3
1118	6	8,04	1	2,05	0,2549	0,166
1270	8	10,72	1	2,05	0,1912	0,124
1380	35	46,9	1	2,05	0,0437	0,028
1445	118	158,12	4	8,2	0,0519	0,034
1500	387	518,58	26	53,3	0,1876	0,067

Таблица 4.3

єC	NOост, мг/м3	NOвозд, мг/м3	NOост NOвозд
1118	8,04	1050	0,7
1270	10,72	1650	0,65
1380	46,9	2900	1,6
1445	158,12	3400	4,6
1500	518,58	4700	11,0

Проведенные опыты показали малые количества NO, т.е. идет процесс восстановления. Именно из-за восстановления фиксированные значения NO не коррелируются с теоретическими данными.

При высоких температурах зафиксировано появление NO2. При температуре 1500 єС концентрация NO2 достигает 54 мг/м3. Это соответствовало переходу NO в NO2 в количестве

,

т.е. в NO2 при температуре 1500 єС перешло 6,79 % NO. Появление NO2 остается не ясным. Но все-таки это не существенное количество NO2 по сравнению с оксидом NO.

4.2 Результаты исследований образования NO и NO2 в лабораторной работе с газовой горелкой

Результаты опытов представлены в таблице.

Таблица 4.4

	д, мм
	5	5	5	10	10	20	27
О2, %	0,8	0,5	0,4	0,3	0,5	1,6	1,5
СО ppm	25956	25930	25853	25827	25827	2081	228
NO ppm	48	45	49	57	53	50	57
NO2 ppm	1	1	1	1	0	4	7
SO2 ppm	223	123	203	171	176	15	0
СО %	2,5956	2,593	2,5853	2,5853	2,5827	0,2081	0,0228
NO мг/м3	64,32	60,3	65,66	76,38	71,02	67	76,38
NO2 мг/м3	2,05	2,05	2,05	2,05	0	8,2	14,35
SO2 %	0,0223	0,0123	0,0203	0,0171	0,0176	0,0015	0

5. Анализ нормативных актов по учету выбросов NO, NO2

Основной пакет нормативно-методической документации, сформулированный в конце 80-х и начале 90-х годов, действуют и сегодня. Среди этих документов основополагающую роль играют:

- ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями;

- ОНД - 86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

В настоящее время нормативно-методическая база нормирования продолжает развиваться в значительной мере благодаря научно-исследовательской и методической деятельности НИИ Атмосфера по обоснованию и развитию методических аспектов охраны атмосферного воздуха.

В соответствии с п. 1.5 ОНД-86 [27] при расчете концентраций следует учитывать полную или частичную трансформацию поступающих в атмосферу вредных веществ в более токсичные. При определении выбросов оксидов азота в пересчете на NO2 обусловленных производственными процессами, связанными сжиганием различных видов топлив (от котлоагрегатов различной мощности, различных печей, плавильных и факельных установок, горнов, дизельных установок, автотранспорта и т.п.), необходимо разделять их на составляющие: оксид азота и диоксид азота.

Для контроля NO на предприятиях можно использовать измерительные средства на основе химических или физических методов. В настоящее время на промышленных предприятиях, НЛМК для контроля NO используются переносные приборы с датчиками на NO. При выходе в атмосферу NO легко переходит в NO2 при реагировании с озоном.

NO + О3 NO2 + О2. Имеются так же рекомендации НИИ Атмосферы по пересчету измеренных выбросов NO в расчетные значения NO2 (по трансформации оксидов азота). Например, на агломерационном производстве пересчет NO в NO2 производится с коэффициентом трансформации по массе 2,18 (таблица 5.1). То же самое по системе отопления коксовых батарей.

Таблица 5.1

	NO2, тонн	NO, тонн	NO2, г/с	NO, г/с	Коэф. транс.
Цех АГП Агломашина №1	2,26	1,03	26,43	12,10	2,184

Таблица 5.2

	NO2, мг/м3	NO2, мг/м3	Коэф.транс.
Система отопления коксовых батарей	410,641	187,92	2,184

Для стекловаренных печей отчетные данные по выбросам оксидов азота предприятия ООО "ЧСЗ Липецк" представлены в таблице 5.3. На стекловаренных печах учитываемый коэффициент пересчета равен 6,15 (по рекомендации НИИ Атмосфера ). Имеются так же данные по стекловаренной печи, измеренные кафедрой 25.05.09 (таблица 5.4). Данные полученные раннее и данные кафедры не коррелируются.

Таблица 5.4

t, єС	Скорость отходящих газов, м/с	Объемный расход, нм3/с	Компонент	Концентрация, мг/нм3	Кол-во, г/с
Печь № 1
235

Подобные документы

• Определение содержания азота в стали

  Обзор развития методики определения азота в стали. Характеристика системы анализатора азота в жидком металле multi-lab nitris system. Особенности погружаемого в жидкую сталь наконечника зонда Nitris. Анализ стадий измерительного цикла содержания азота.
  
  контрольная работа [2,6 M], добавлен 03.05.2015
  

• Характеристика азота

  Характеристика азота – элемента 15-й группы второго периода периодической системы химических элементов Д. Менделеева. Особенности получения и применения азота. Физические и химические свойства элемента. Применение азота, его значение в жизни человека.
  
  презентация [544,3 K], добавлен 26.12.2011
  

• Соединения азота

  Порядок получения азота взаимодействием хлорида аммония с нитритом натрия, правила проведения данного опыта в лабораторных условиях и техника безопасности. Растворение аммиака в воде и его синтез. Варианты получения хлорида аммония. Окисление аммиака.
  
  лабораторная работа [15,1 K], добавлен 02.11.2009
  

• Биологическая роль азота

  Биологическая роль азота и его соединений для живой материи; распространенность, свойства. Факторы, влияющие на круговорот азота в антропогенных биоценозах. Токсикология и "физиологическая необходимость" азота для организма человека, животных и растений.
  
  курсовая работа [82,8 K], добавлен 22.11.2012
  

• Свойства азота

  История открытия азота, его формула и свойства, нахождение в природе и химические реакции, которые происходят непосредственно в природе при участии азота. Методы связывания, получение и свойства нескольких важнейших соединений, области применения азота.
  
  курсовая работа [896,1 K], добавлен 22.05.2010
  

• Элемент азот

  Открытие, физические и химические свойства азота. Круговорот азота в природе. Промышленный и лабораторный способы получения чистого азота. Химические реакции азота в нормальных условиях. Образование природных залежей полезных ископаемых, содержащих азот.
  
  презентация [226,7 K], добавлен 08.12.2013
  

• Способы восстановления оксидов азота

  Оксиды азота, их некоторые свойства и источники. Способы очистки промышленных газов. Термокаталитические методы восстановления, высокотемпературная каталитическая очистка, селективное каталитическое восстановление и разложение гетерогенными веществами.
  
  курсовая работа [41,8 K], добавлен 11.03.2011
  

• Расчет состава извести и карбонатной породы для производства извести

  Ознакомление с требованиями Государственного стандарта к строительной извести. Расчет гидравлического модуля извести и степени декарбонизации. Определение сырьевых материалов для производства строительной извести. Исследование процесса ее обжига.
  
  курсовая работа [568,2 K], добавлен 02.06.2019
  

• Веселящий газ - оксид азота

  Бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом. Смеси оксида азота с эфиром, циклопропаном, хлорэтилом. Химические свойства и получение оксида азота. Симптомы отравления веселящим газом и оказание первой медицинской помощи.
  
  презентация [1,5 M], добавлен 10.09.2013
  

• Азот и его соединения. Влияние подкормки азотными удобрениями на рост рассады томатов

  Элемент азот - первый представитель главной подгруппы таблицы Менделеева. Степени окисления азота в соединениях. Образование оксидов азота и азотной кислоты. Ускорение роста рассады томатов посредством внесения калиевой селитры, доза внесения удобрения.
  
  реферат [681,1 K], добавлен 10.01.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам