Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
[NOJ = 2,04-105-ехр[-10600/(0,37’к + Г + 800)] мг/м3, (4.142)
где Гк — средняя температура в рабочем пространстве печи, К; Тв — температура воздуха для горения, К.
Расчет по формуле (4.141) с экстраполяцией на температуры выше 400 °С приведен на рис. 4.32.
По кривой 1 можно наглядно наблюдать некоторые применяемые на практике положения.
Так подогрев воздуха до 315 °С дает увеличение концентрации оксидов азота в 2,5 раза по сравнению с отсутствием подогрева воздуха. При повышении температуры подогрева воздуха до 535 °С концентрация NOx возрастает уже в
5 раз.
Интересно, что экстраполяция формулы (4.141) на температуры воздуха до 900-1000 °С дает значения содержания оксидов азота около 2500-3000 мг/м3, что, в частности, соответствует указанным в табл. 4.9 предельным нормам для
96
Рис. 4.32. Зависимость концентрации [NOJ в продуктах сгорания: 1 — по формуле (4.141); 2, 3 — по формуле (4.142); 2 — при Г«Г1= 1300 °С; 3 — то же, но 1500 °С
[NOJ, мг/м1
3000
2500 -
2000 -
1500
1000
500
0
200 400 600 800 Т„°С
регенеративных стекловаренных печей и вообще характерно для высокотемпературных плавильных печей.
На этом же рис. 4.32 приведены результаты расчетов по формуле (4.142) для температуры Тк = 1573 К (кривая 2) и с экстраполяцией на более высокую температуру, характерную, например, для стекловаренных печей Г = 1773 К (кривая 3). Отметим, что формула (4.142) не учитывает роль топливосжигающего устройства и длины факела в образовании NOt, и она, естественно, может применяться при оценочных расчетах.
Одним из эффективных способов подавления образования NOt в высокотемпературных печах является также акустическое воздействие на факел. При этом рекомендуемые частоты акустических колебаний составляют 1,5-2,0 кГц, требуемая мощность на 1 м3 объема газов — 0,25-0,3 Вт. Один из механизмов этого явления связан со сглаживанием температурных пульсаций в факеле и со снижением пиков наиболее высоких температур пламени.
Имеющиеся модельные представления о механизме образования NOt позволяют ставить вопрос об исследовании условий формирования NOx при развитии факельных процессов. В этом плане исследования условий образования N0^ в однородных изотермических слоях являются лишь первым шагом на пути представлений о реальных условиях формирования NOt в процессе горения топлива в факеле.
В рамках факельно-зональных расчетов в процессе которых имеется информация о подсосе окислителя в факел и степени выгорания топлива и появляются расчетные данные о температуре газовой среды, постановка вопроса об образовании NOx вполне правомерна.
Ниже предлагается методика анализа образования NOx в факельных процессах применительно к факельно-зональным постановкам в разработке В. Г. Лисиенко.
При этом модели подсоса окислителя в факел аг и степени выгорания топлива по длине факела к (см. формулы (4.35), (4.36) и (4.31)) позволяют перей-
4. Лисиенко В.Г. и др.
97
ти к оценке концентрации кислорода и азота в продуктах сгорания по длине факела, требуемые для расчетов в модели образования NCK-
[02] = 2(аг-к)Эг; (4.143)
[N2] = 2 аДД, (4.144)
Рг=---------—----------: (4-145)
1 + 2аг(1 + ^02)
К02 — соотношение содержания азота и кислорода в окислителе, для воздуха K0i = 3,76; для чистого кислорода К()2 = 0.
Зная температуры газа Т , получаемые в результате зонального расчета, и концентрации 02 и N2 в продуктах сгорания по формулам типа (4.131), (4.134) и (4.140) можно определять скорости образования N0 по длине зоны горения факела.
Накопление N0 по длине зоны горения N0^ находится путем интегрирования (суммирования) скоростей образования NO — [NO] jdx в каждой /-ой зоне по времени пребывания газов в зоне Ат
(4Л46)
где
Ах . = Ах/ил; (4.147)
прг г гг v '
Ах. — протяженность объемной газовой зоны /, w — скорость газов в пределах объемной зоны /'.
Имеющие данные об изменении температуры газов по длине факела позволяют выдвинуть гипотезу, что укорочение факела стимулирует образование МО^. При этом увеличивается максимум температуры факела и этот максимум смещается к началу рабочего пространства печи, что увеличивает время пребывания газов в зоне относительно высоких температур. С укорочением факела уменьшается и время пребывания газов в зоне относительно низких температур при относительно малых значениях [02] и [N2] (см. формулу (4.90)) и, наоборот, возрастает время пребывания в зоне высоких температур, так как за пределами длины подсоса факел размывается, и скорости газов по объему рабочего пространства выравниваются. Интересно, что факторы, отмеченные как повышающие выход NOx (подогрев воздуха для горения, обогащение воз-
98
духа кислородом), одновременно и способствуют укорочению факелов (см. п. 1.1.2).
Увеличение светимости факела увеличивает теплоотдачу, что приводит к снижению температуры газов и способствует снижению образования NOt.
В недавнее время появились данные о возможности существенного снижения содержания оксидов азота при использовании мочевины (в том числе и с катализаторами), а также при добавке природного газа в отводящие тракты печей с его последующим дожиганием.
