Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках

Запропоновано розрахункову методику визначення показника емісії оксидів азоту без урахування заходів скорочення викиду. Методика враховує кінетику утворення та руйнування оксидів азоту при спалюванні палива в теплоенергетичній установці.-----------------...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Бабін, М.Є., Дубовський, С.В., Коберник, В.С., Рейсіг, В.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут загальної енергетики НАН України 2007
Schlagworte:	Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3064
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках / М.Є. Бабін, С.В. Дубовський, В.С. Коберник, В.А. Рейсіг // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 46-49. — Бібліогр.: 15 назв. — укp.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3064
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30642025-02-09T14:32:19Z Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках Эмиссия оксидов азота в теплотехнических установках Emission of nitric oxide in heat technological equipment Бабін, М.Є. Дубовський, С.В. Коберник, В.С. Рейсіг, В.А. Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем Запропоновано розрахункову методику визначення показника емісії оксидів азоту без урахування заходів скорочення викиду. Методика враховує кінетику утворення та руйнування оксидів азоту при спалюванні палива в теплоенергетичній установці.----------------- Предложена расчетная методика определения коэффициента эмиссии оксидов азота без учета мероприятий по сокращению выброса. Методика учитывает кинетику образования и разложения оксидов азота при сжигании топлива в теплоэнергетической установке.------------------- The calculation method for determination of the nitrogen oxides emission index is offered without accounting the measures for the reduction of emission. A method takes into account kinetics of the nitrogen oxides production and destruction upon the fuel burning in heat power setting. 2007 Article Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках / М.Є. Бабін, С.В. Дубовський, В.С. Коберник, В.А. Рейсіг // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 46-49. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 1562-8965 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3064 662.611: 66.074.3 uk application/pdf Інститут загальної енергетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем
spellingShingle	Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем Бабін, М.Є. Дубовський, С.В. Коберник, В.С. Рейсіг, В.А. Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
description	Запропоновано розрахункову методику визначення показника емісії оксидів азоту без урахування заходів скорочення викиду. Методика враховує кінетику утворення та руйнування оксидів азоту при спалюванні палива в теплоенергетичній установці.-----------------
format	Article
author	Бабін, М.Є. Дубовський, С.В. Коберник, В.С. Рейсіг, В.А.
author_facet	Бабін, М.Є. Дубовський, С.В. Коберник, В.С. Рейсіг, В.А.
author_sort	Бабін, М.Є.
title	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
title_short	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
title_full	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
title_fullStr	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
title_full_unstemmed	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
title_sort	емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках
publisher	Інститут загальної енергетики НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Дослідження та оптимізація технологічних об’єктів і систем
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3064
citation_txt	Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках / М.Є. Бабін, С.В. Дубовський, В.С. Коберник, В.А. Рейсіг // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 46-49. — Бібліогр.: 15 назв. — укp.
work_keys_str_mv	AT babínmê emísíâoksidívazotuvteploenergetičnihustanovkah AT dubovsʹkijsv emísíâoksidívazotuvteploenergetičnihustanovkah AT kobernikvs emísíâoksidívazotuvteploenergetičnihustanovkah AT rejsígva emísíâoksidívazotuvteploenergetičnihustanovkah AT babínmê émissiâoksidovazotavteplotehničeskihustanovkah AT dubovsʹkijsv émissiâoksidovazotavteplotehničeskihustanovkah AT kobernikvs émissiâoksidovazotavteplotehničeskihustanovkah AT rejsígva émissiâoksidovazotavteplotehničeskihustanovkah AT babínmê emissionofnitricoxideinheattechnologicalequipment AT dubovsʹkijsv emissionofnitricoxideinheattechnologicalequipment AT kobernikvs emissionofnitricoxideinheattechnologicalequipment AT rejsígva emissionofnitricoxideinheattechnologicalequipment
first_indexed	2025-11-26T22:11:38Z
last_indexed	2025-11-26T22:11:38Z
_version_	1849892655898558464
fulltext	46 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ ЕМIСIЯ ОКСИДIВ АЗОТУ В ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ УДК 662.611:66.074.3 М.Є. БАБIН, С.В. ДУБОВСЬКИЙ, канд. техн. наук, В.С. КОБЕРНИК, В.А. РЕЙСIГ, докт. техн. наук (Iнститут загальної енергетики НАН України, Київ) Запропоновано розрахункову методику визначення показника емiсiї оксидiв азоту без урахування заходiв скорочення викиду. Методика враховує кiнетику утворення та руйнування оксидiв азоту при спалюваннi палива в теплоенергетич- нiй установцi. Останнiми роками, особливо пiсля ухвалення Закону України «Про охорону атмосферного повiт ря», мiсцевi органи санiтарно-гiгiєнiчного нагляду, а також контролюючi органiзацiї Мiнiстерства охорони навколишнього природ - ного середовища України посилили контроль за дотриманням пiдприємствами норм гранично допустимих викидiв. Окрiм того, починаючи з 1992 року, введено плату за викиди [1]. Це змушує керiвникiв пiдприємств, до складу яких входять енергетичнi установки, пiклуватися не лише про надiйнiсть їх роботи, а й вживати природоохоронних заходiв, що знижують викиди токсичних та iнших забруднювальних речовин. Основними забруднювачами довкiлля є газо - по дiбнi речовини та аерозолi, твердi частин ки. Найбiльш поширеними газами, що забрудню ють повiтря, є сiрчистий та сiрчаний ангiдриди, оксиди азоту, амiак, з'єднання фтору, хлору, сiр ко водень, оксид вуглецю i неорганiчнi вуглеводнi. Маса токсичних речовин, що викидає котел або iнший пристрiй, що використовує паливо, зале - жить вiд складу палива, виду i режиму горiння, мето дiв очищення, стану устаткування та безлiчi iн ших чинникiв. Для кiлькiсної оцiнки викидiв використовують як експериментальнi, так i розра- хунковi методи. Основнi напрями використання розрахун - кових методик: – прогнозування та оцiнка обсягiв викидiв забруднювальних речовин; – складання державної статистичної звiтностi в галузi охорони атмосферного повiтря; – проведення iнвентаризацiї викидiв та обся гiв забруднювальних речовин на зазначених об’єктах. Розрахунковi методи визначення викиду заб - руд нювальної речовини базуються на викорис таннi показника емiсiї. Вiн характеризує масову кiлькiсть забруднювальної речовини, яка вики дається енер- гетичною установкою в атмосферне повiтря разом iз димовими газами, вiднесену до одиницi енергiї, що видiляється пiд час згоряння палива. Валовий викид j-ї забруднювальної речовини Ej (т), що надходить в атмосферу з димовими газами енергетичної установки за визначений промiжок часу, розраховують як суму валових викидiв цiєї речовини пiд час спалювання рiзних видiв палива, в тому числi пiд час їх одночасного спiльного спалювання [2]: де Eji – валовий викид j-ї забруднювальної речо - вини пiд час спалювання i-го палива за промiжок часу P, т; kji – показник емiсiї j-ї забруднювальної речовини для i-го палива, г/ГДж; Bi – витрата i-го палива за промiжок часу P, т; Qr i– нижча робоча теплота згоряння i-го палива, МДж/кг. Показник емiсiї забруднювальної речовини залежить вiд багатьох чинникiв. Iснують два показники емiсiї – з урахуванням заходiв скоро- чення викидiв (kj) та без їх урахування (kj)0. (kj)0 = с'j ⋅νдг/Q r i (2) де с'j – масова концентрацiя j-ї забруднювальної речовини в сухих димових газах, приведена до нормальних умов i стандартного вмiсту кисню, мг/нм3; νдг– питомий об’єм сухих димових газiв, приведений до нормальних умов i стандартного вмiсту кисню, нм3/кг; де fн – ступiнь змiни викиду забруднювальної речо- вини при зменшеннi навантаження теплосилової установки; η'1 – ефективнiсть первинних (режимно- технологiчних) заходiв скорочення викиду; η'11 – ефективнiсть вторинних заходiв (очиснi установки); β– коефiцiєнт роботи очисної установки. Пiд час спалювання, наприклад, природного газу питомий об’єм сухих димових газiв νдг = 16,35 нм3/кг [2]. Емiсiя оксидiв азоту (NO, N2O и NO2, якi об’єд - нуються формулою NOx) є одним iз найважли - вiших антропогенних факторiв, що має вплив на довкiлля. Крiм локального та регiонального впливу (кислотнi дощi, смог у мiстах i промислових центрах) викиди цих газiв спричиняють глобальний вплив на клiматичну систему, тому що сприяють (1) (3) Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках Бабін М.Є., Дубовський С.В., Коберник В.С., Рейсіг В.А. 47 ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ утворенню в тропосферi одного з важливих парни- кових газiв – озону [3]. Через тривале утри мання в атмосферi (близько 120 рокiв) закис азоту досягає стратосфери, де вiн є вагомим чинником руй ну - вання озонового шару Землi [4]. Отже, ко рект не визначення цього показника емiсiї дає змогу отри- мати достовiрну оцiнку кiлькостi валового викиду оксидiв азоту, що сприяє прогнозуванню обсягiв викидiв цiєї шкiдливої речовини та прийняттю адекватних заходiв з їх скорочення. При визначеннi показника емiсiї (kj)0 за мето - дикою [2] використовують вимiряну масову кон - цен трацiю с'j забруднювальної речовини, що обме жує спроможностi розрахункового методу. В табл. 1 наведено показники емiсiї оксидiв азоту без урахування первинних заходiв скоро- чення викидiв [2]. З цiєї таблицi видно, що значення коефiцiєнта емiсiї (kj)0 залежить вiд технологiї спалювання, потужностi енергетичної установки та виду палива. Всi цi залежностi пов’язанi з температурою продуктiв згоряння (оскiльки природа утворювання оксидiв азоту має термiчний характер [5]) та її градiєнтом у процесi горiння палива в тiй чи iншiй енергетич- нiй установцi. Стандартизованi методики розрахунку вало- вих викидiв забруднювальних речовин, напри- клад [2, 7, 13-15], не враховують такий важливий параметр процесу спалювання палива як час протiкання хiмiчних реакцiй утворювання та руйнування оксидiв азоту. Залежно вiд нього може суттєво змiнюватися значення масової концентрацiї тiєї або iншої речовини, а у зв’язку з цим – i коефiцiєнта емiсiї (kj)0. Тому точнiсть розрахункiв за цими методиками може пiдлягати сумнiву. В цiй роботi зроблено спробу отримання розрахунковим методом значення коефiцiєнта емiсiї оксидiв азоту (kj)0 з урахуванням парамет- ра часу хiмiчної релаксацiї NO [6]. Кiлькiсть оксиду становить 95–99% загальної кiлькостi викидiв оксидiв азоту, що присутнi в енергетич- нiй установцi [7]. Кiнетичнi закономiрностi формування цiєї речовини розглянемо на прикладi процесiв спа- лювання природного газу в енергетичному котлi (рис. 1). На цьому рисунку процеси горiння i охолод - ження димових газiв розподiлено на три дiлянки: запалювання i нагрiвання продуктiв згоряння у фронтi горiння в топцi з прилягаючими до фрон - ту дiлянками, охолодження продуктiв згоряння в топцi, а також – в газоходi з конвективними поверхнями нагрiву робочого тiла. Цi дiлянки Технологiя спалювання Тверде паливо Мазут Газотурбiнне паливо Природний газ Факельне спалювання: Теплова потужнiсть котла 300 МВт: – 200 – 150 з рiдким шлаковидаленням при спалюваннi антрациту 420 – – – з рiдким шлаковидаленням при спалюваннi кам’яного вугiлля 250 – – – з твердим шлаковидаленням при спалюваннi кам’яного вугiлля 230 – – – Теплова потужнiсть котла < 300 МВт: 140 – 100 з рiдким шлаковидаленням при спалюваннi антрациту 250 – – – з рiдким шлаковидаленням при спалюваннi кам’яного вугiлля 180 – – – з твердим шлаковидаленням при спалюваннi кам’яного вугiлля 160 – – – з горизонтальною циклонною топкою для кам’яного вугiлля 480 – – – Циркулюючий киплячий шар 70 – – – Киплячий шар пiд тиском 100 – – – Нерухомий шар 100 – – – Камера згоряння газової турбiни – 150 150 120 Таблиця 1. Показник емiсiї оксидiв азоту без урахування первинних заходiв скорочення викидiв, г/ГДж Рис. 1. Схема розподiлу температури продуктiв згоряння в котлi 48 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ вiдрiзняються характерними значеннями темпе - ра тур продуктiв згоряння. Температура продуктiв згоряння вiд моменту запалення (Тзап) попереду фронту горiння змiню- ється (за нормальної швидкостi поширення полум'я w = 0,28 м/с протягом 2,5 мм фронту [8]) до максимального значення (Тmax) за фронтом за час порядку 10-2 с. При цьому хiмiчнi реакцiї утворювання оксидiв азоту не встигають завер - шитися. Тому їх концентрацiя (а точнiше – концен трацiя оксиду, який в основному присут - нiй в котлi) вiдхиляється вiд свого рiвноважного значення. Цей процес описується формулою [9]: де i – NO; Yi 0 та Yi – рiвноважне та нерiвноважне (iстинне) значення мольно-масової концентрацiї оксиду, г/моль; τ – час хiмiчної релаксацiї NO [9], с; dT/dt – швидкiсть нагрiвання продуктiв згоряння, К/с. Якщо прийняти Тзап = 1000 К; Тmax = 2000 К [10], то швидкiсть нагрiвання буде близько (2000 – 1000)/10-2 ≈ 105 К/с. Точнiше змiна температу- ри у фронтi горiння може бути розрахована з використанням форми кривої розподiлу Гаусу [11] за формулою: де x – глибина фронту горiння, м; константи: а = 1,6·105 i c = 4,35 ·105. При розрахунку залежностi концентрацiї NO вiд температури в котлi приймалось значення температури продуктiв згоряння на входi у конвективний газохiд ТТОП = 1300 К, а за котлом – ТВИХ = 400 К. Швидкiсть охолодження димових газiв дорiв - нює добутку похiдної dT/dx на швидкiсть руху w. Об'ємна витрата продуктiв згоряння за нормаль - них умов (НУ) обчислюється за формулою: де α = 1,07 – коефiцiєнт надлишку повiтря; V0 = 9,52 – вiдношення витрати повiтря до витра- ти природного газу при α = 1, м3/м3; Vn = N/(Qi rη) – витрата палива, (кг/с; м3/с); N – потужнiсть котла, МВт; η = 0,9 – ККД котла. Таким чином, за нормальних умов (НУ) i Qi r = 33,5 МДж/нм3, Vпр.зг. = 0,37 ·N, нм3/с. Для парових котлiв з потужнiстю, наприклад, вiд 170 до 230 т/год вiдношення Vпр.зг до прохiдного перерiзу топки, згiдно з даними [10], є незмiною величиною, що дорiвнює ≈ 3 т/(год⋅м2), або ≈ 2 МВт/м2. Звiдси можливо оцiнити значення швидкостi течiї продуктiв згоряння в топцi зi спiввiдношення: де ρНУ i ρ (Т)– густина продуктiв згоряння за НУ i температури в топцi. Залежнiсть температури продуктiв згоряння вiд координати впродовж висоти топки можна представити у виглядi полiному (за 0 < x < h): де х – координата впродовж висоти топки вiд осi пальникiв до середини газового вiкна, м. Висоту топки h прийнято рiвною 10 м. На рис. 2 зображено температурну залежнiсть швидкостi охолодження димових газiв у топцi. На рис. 3 наведено залежнiсть мольно-масо вої концентрацiї оксиду азоту в продуктах зго рян ня вiд температури в процесi нагрiву у фронтi горiння (1) та охолодження (3–6) в топцi та кон век тивному газоходi за рiзних значень Тmax. На цьому ж рисунку наведено температурну залежн iсть рiвноважного значення (2) концентрацiї NO у продуктах згорян- ня. Нелiнiйна дiлянка кривих знаходиться в релак- сацiйнiй зонi за високих значень температури ди мо - Рис. 2. Температурний розподiл швидкостi охолодження продуктiв згоряння в топцi котла Рис. 3. Температурна залежнiсть мольно-масової концентрацiї NO (4) (7) (8) (5) (6) Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках Бабін М.Є., Дубовський С.В., Коберник В.С., Рейсіг В.А. 49 ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ вих газiв у топцi котла (вiд Тmax до ≈ 1800 К). За цiєю зоною концен трацiя оксиду азоту в димових газах, що охо лоджуються, залишається незмiнною ("заморо же ною"). Як свiдчать отриманi данi, процес утворення оксидiв азоту є суттєво нерiвноважним [12]. В результатi розрахункiв кiнетики процесу утво- рювання та руйнування оксиду азоту в котлi отри- мано значення масової концентрацiї NO за рiз них значень Тmax. Пiсля приведення до нор мальних умов (t = 0°C; РНУ = 1,01⋅105 Па) вони мають такий вигляд: СNO = 798; 363; 190; 91 мг/нм3 при Тmax = 2120; 2050; 2000 i 1950 К вiдповiдно. Максимальна температура горiння може бути визначена з рiвняння теплового балансу: де Ср – теплоємнiсть, МДж/(кг⋅град); Ттоп – темпе- ратура палива на виходi з топки, К; С0 – коефiцiєнт випромiнювання абсолютно чорного тiла Вт/(м2 К4); ε'C = (εC + 1)/2 – ефективна ступiнь чорноти стiнок топки; F – площа поверхнi топки, м2; ψ – поправ ка, що враховує вiдхилення випромi-нюван- ня вiд закону Стефана – Больцмана. На рис. 4 зображено температурну залежнiсть коефiцiєнта емiсiї NOx, розраховану за форму - лою (2). Така рiзка залежнiсть вiд максимальної температури в топцi прояснює напрям первин- них заходiв щодо ефективного зменшення вики- дiв оксидiв азоту. Значення коефiцiєнта емiсiї NOх для кожного конкретного випадку може бути отримано з рис. 4 пiсля визначення Тmax з рiвняння (9). Таким чином, у роботi отримано значення кое фi цiєнта емiсiї (kj)0 оксиду азоту розрахун - ковим методом з урахуванням такого важливого параметра, як час хiмiчної релаксацiї NO у продуктах згоряння. Рис. 4. Залежнiсть коефiцiєнта емiсiї NO X вiд максимальної температури горiння 1. Пiонтковська I., Сiвальнєва А., Сосонкiна Н. Екологiчна полiтика України // Екологiчна полiтика. – 2000. – № 10. 2. ГКД 34.02.305 – 2002. Викиди забруднювальних речовин у атмосферу вiд енергетичних установок. Методика визначення. 3. Клименко В.В., Терешин А.Г. Эмиссия оксидов азота из антропогенных источников: воздействие на атмосферу и климат. История и прогноз до 2100 г. // Теплоэнергетика. – 1999. – № 12. – С. 57–61. 4. Гуревич М.О. Вплив спiввiдношення С/Н у паливi на викиди закису азоту N2O при горiннi вугiлля, газу та мазуту // Энергетика и Электрификация. – 2002. – № 6. – С. 39-41. 5. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. –М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947. – 147 с. 6. Рейсиг В.А., Кубайчук В.П. О расчете параметров низкотемпературной плазмы с учетом времени релаксации би- и тримолеку- лярных химических процессов // Теплофизические вопросы прямого преобразования энергии. – Киев: Наукова думка, 1979. – С. 44–47. 7. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с дымовыми газами отопительных и отопи- тельно-производственных котельных // Сектор научно-технической информации Академии коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова. – Москва. – 1991. 8. Шнеэ Я.И. Газовые турбины. – М.: Машгиз, 1960. – 560 с. 9. Рейсиг В.А., Сигал И.Я. Кинетические особенности образования оксидов азота в теплоэнергетических установках // Теплоэнергетика. – 1993. – № 1. – С. 28–31. 10. Теплотехнический справочник. Том 1 // Под ред. Герасимова С.А. и др. – М-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1957. – 728 с. 11. Аленицин А.Г., Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Краткий физико-математический справочник. – М.: Наука, 1990. – 368 с. 12. Рейсиг В.А. Термодинамические и спектрально-кинетические характеристики оксидов азота и углерода в пламенах природно- го газа // Пром. теплотехника - 2004. –Т. 26. – № 1. – С. 70–74. 13. Галузева методика розрахунку шкiдливих викидiв, якi надходять вiд теплогенеруючих установок комунальної теплоенергети- ки України (затверджено Наказом Мiнбуду України вiд 16.03.06. – № 67). 14. СО 153 – 34.02.304. Методические указания по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых элек- тростанций / Стандарт организации, дата введения 2003-07-01 (РФ). 15. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами // Государственный Комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды. www.ecoindustry.ru/ndocs/view.html&page=44&id=922 41 КБ. (9)

Емісія оксидів азоту в теплоенергетичних установках

Institution

Ähnliche Einträge