Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 4.31 приведены величины равновесных концентраций [NO] в продуктах сгорания метано-воздуш-ной смеси при различных температурах продуктов сгорания и коэффициентах расхода воздуха.
Из рис. 4.31 видно, что повышение энтальпии исходной смеси увеличивает температуру продуктов сгорания и, соответственно, выход оксида азота. Сжигание горючей смеси с коэффициентом расхода воздуха значительно большим единицы, а также понижение температуры горения другими способами приводит к уменьшению выхода окислов азота.
Однако в реальных теплотехнических агрегатах время пребывания газов, как правило, в несколько десятков раз меньше времени, необходимого для достижения равновесной концентрации. Поэтому многие исследователи идут по пути дальнейшего углубления механизма образования оксида азота, предложенного Я. Б. Зельдовичем, пытаясь уточнить и исследовать сам механизм реакций и значения констант, входящих в расчетные формулы, применительно к конкретным условиям развития факелов.
Если пренебречь расширением механизма Я. Б. Зельдовича (реакция (4.130)), то скорость образования N0 в пламени может быть определена как
4N0] 2[0]{лг1^2 [02 ][N2 ] - АГ_,Л:_2 [NO]2}
dx tf2[02] + tf_,[N0]
где Ki и К х — константы, соответственно, прямой и обратной реакции (4.128); К2 и К 2 — то же, но для уравнения (4.129).
Величина [О] может быть получена из соотношения
[0] = [0/\, (4.135)
где К0 — константа диссоциации молекулы кислорода.
Дальнейшая аппроксимация (в пренебрежении обратной реакцией (4.128)) приводит к упрощенному выражению для скорости образования NO:
= 2[0}К] [NJ. (4.136)
[NO], %
1___________1_____________1____________I------------1
1900 2000 2100 2200 Г, К
94
Многие исследователя оценивали модельные и экспериментальные данные по N0^ в турбулентных диффузионных пламенах. При этом значения полученных эмпирическим путем констант существенно отличались, например, величины К, отличались в 2,7 раза.
Величины
Б. Сорока, В. Каминский и К. Пьяних для определения скорости образования NO по термическому механизму рекомендуют функциональное выражение:
где К — атомная константа для компонента х = 02; Н2; ОН; К — константы скорости для реакций (4.128)—(4.130); F, и F2 — физико-химические функции образования N0.
Для пламен природного газа в смеси с воздухом представлено уравнение
где F(b) — полиномиально-степенная функция для текущего коэффициента расхода воздуха в смеси с топливом в рассматриваемой точке.
Во всех случаях для расчета образования NO по термическому механизму требуется знание полей температур в рабочем пространстве печи и изменение концентраций компонентов продуктов горения, особенно N2 и 02, и в более сложных механизмах — NO, FL и СН .
9 2 4
Имеются попытки построить очень сложные модели химической кинетики образования NOt при горении метана. В частности, в работе М. В. Бочкова, JI. А. Ловачева и Б. Н. Четверушкина применительно к изотермической пространственно однородной модели учитывалось 196 химических реакций для 32 веществ. В американских программах расчет уже ведется для почти 500 химических реакций.
Все исследователи приходят к выводам, что образование оксидов азота определяется уровнем температур в локальном объеме пламени при избыточной концентрации азота N2 и кислорода 02. В исследованиях также обращается внимание на необходимость учета пульсационной составляющей температуры. В исследовании Г. В. Воронова обращено внимание на такой фактор уве-
К = 1,36-10иехр(-75400/Л7) см3/(моль-с),
(4.137)
(4.138)
4N0]/A ~ F,([02][N2], [N0])F2(^[02],[N0],[H2]), (4.139)
d[NO]/<ft = ^F(fe)[02]°’5[N2][CH4]exp(-?/^7), (4.140)
95
личения содержания NOx при отоплении печей жидким топливом как содержание химически связанных атомов азота в углеводородном топливе. В случае обогащения воздуха кислородом (например, в погружных факелах) играет роль снижение содержания молекулярного азота в окислителе.
Мощным фактором подавления оксидов азота является двухстадийное сжигание топлива, приводящее к снижению максимальной температуры горения и выравниванию температурных полей в рабочем пространстве энерготехнологических агрегатов.
Одним из мощных факторов, влияющих на теоретическую температуру горения топлива и на образование оксидов азота в продуктах сгорания, является температура подогрева воздуха для горения. Многие исследователи обрабатывали экспериментальные данные статистическими методами и получали зависимость выхода оксидов азота в функции температуры подогрева воздуха Т. Так, весьма типичной является эмпирическая формула, полученная Е. Л. Медиокритским с коллегами в условиях кузнечной нагревательной печи в диапазоне температур Г = 100-400 °С, вида
[NOJ = 109,6 - 1,1337; + 0,00454Гв2. (4.141)
Как видим, весьма типичной является квадратичная зависимость концентрации [NOJ от температуры подогрева воздуха.
По данным Д. Зуккера и Т. Лемкюлера зависимость концентрации оксидов азота в сухих продуктах сгорания с коэффициентом расхода воздуха а = 1 (для нагревательных и термических печей) может быть представлена в следующем упрощенном виде:
