Содержание со в продуктах сгорания

Характеристика продуктов сгорания выбрасываемых котельными в атмосферу

Материал из РосТепло Энциклопедия теплоснабжении

При сжигании органических топлив в топках котлов образуются различные продукты сгорания, такие как ок­сиды углерода СО_х = СО + СО₂, водяные пары Н₂О, оксиды серы SO_x = SO₂ + SО₃, оксиды азота NO_x = NO + NО₂, полициклические арома­тические углеводороды (ПАУ), фтористые соединения, соединения ванадия V₂O₅, твердые частицы и др. [1, 2] (см. табл. 7.1.1). При неполном сгорании топлива в топках уходящие газы могут также содержать углеводороды СН₄, С₂Н₄ и др. Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике сжигания топлива их образование можно свести к минимуму [ 1 ].

Таблица 7.1.1. Удельные выбросы при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах [ 3 ]

Условные обозначения: А^р, S^p – соответственно содержание золы и серы на рабочую массу топлива, %.

Критерием санитарной оценки среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне земли. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл. 7.1.2 [ 4 ]. Максимально-разовая концентрация вредных веществ определяется по пробам, отобранным в течение 20 мин, среднесуточная — за сутки.

Таблица 7.1.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности, с тем чтобы концентрация каждого из них не превышала значений, приведенных в табл. 7.1.2. Для котельных эти условия ужесточены введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия оксидов серы и азота, которое определяется выражением

где \({С}_{{\text{SO}}_{2}}\)и \({С}_{{\text{NO}}_{2}}\)— концентрации соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м³, допустимые величины которых даны в табл. 7.1.2.

Основными продуктами полного сгорания органических углеводород­ных топлив C_mH_n являются диоксид углерода СО₂ и водяные пары Н₂О:

В то же время, вследствие локальных недостатков воздуха или неблаго­приятных тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сго­рания образуются продукты неполного сгорания, состоящие в основном из монооксида углерода СО (угарного газа), водорода Н₂ и различных углево­дородов, которые характеризуют потери тепла в котлоагрегате от химиче­ской неполноты сгорания (химический недожог).

Содержание СО в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает сотых долей процента (0,0005÷0,025%). Концентрация СО₂ в уходящих газах существенно выше и составляет 10÷14% в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Кроме этого, в процессе сжигания получается целый ряд химических соединений, образующихся вследствие окисления различных составляю­щих топлива и азота воздуха N₂. Наиболее существенную их часть состав­ляют оксиды азота NO_x и серы SO_x.

Оксиды азота образуются за счет окисления как молекулярного азота воздуха, так и азота, содержащегося в топливе. Экспериментальные иссле­дования показали, что основная доля образовавшихся в топках котлов NO_х, а именно 96÷100%, приходится на монооксид (оксид) азота NO. Ди­оксид NO₂ и гемиоксид N ₂O азота образуются в значительно меньших ко­личествах, и их доля приблизительно составляет: для NO₂ – до 4%, а для N₂O – сотые доли процента от общего выброса NO_x. При типичных усло­виях факельного сжигания топлив в котлах концентрации диоксида азота NO₂, как правило, пренебрежительно малы по сравнению с содержанием NO и обычно составляют от 0÷7 ррm до 20÷30 ррm. В то же время быстрое перемешивание горячих и холодных областей в турбулентном пламени может привести к появлению относительно больших концентраций диок­сида азота в холодных зонах потока. Кроме этого, частичная эмиссия NO₂ происходит в верхней части топки и в горизонтальном газоходе (при T > 900÷1000 К) и при определенных условиях также может достигать за­метных размеров.

Гемиоксид азота N₂O, образующийся при сжигании топлив, является, по всей видимости, кратковременным промежуточным веществом. N₂O практически отсутствует в продуктах сгорания за котлами.

Содержащаяся в топливе сера является источником образования окси­дов серы SO_x: сернистого SO₂ (диоксид серы) и серного SO₃ (триоксид серы) ангидридов. Суммарный массовый выброс SO_x зависит только от содержания серы в топливе S^p, а их концентрация в дымовых газах – еще и от коэффициента расхода воздуха α. Как правило, доля SO₂ составляет 97÷99%, а доля SO₃ – 1÷3% от суммарного выхода SO_x. Фактическое со­держание SO₂ в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6 %, а концентрация SO₃ – от 0,0001 до 0,008 %.

Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной актив­ностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строгого контроля и ограничения их эмиссии. В то же время некоторые ПАУ, например, фенантрен, флуорантен, пирен и ряд других, физиологи­чески почти инертны и не являются канцерогенно-опасными.

ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеводо­родных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) ло­кальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избыт­ком топлива.

Вследствие большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентраций принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена – бенз(а)пирена (Б(а)П) C₂₀H₁₂.

Ввиду высокой токсичности, следует особо отметить такие продукты сжигания мазута, как оксиды ванадия. Ванадий содержится в минеральной части мазута и при его сжигании образует оксиды ванадия VO, VO₂. Одна­ко при образовании отложений на конвективных поверхностях оксиды ва­надия представлены в основном в виде V₂O₅. Пентаоксид ванадия V₂O₅ яв­ляется наиболее токсичной формой оксидов ванадия, поэтому учет их вы­бросов производится в пересчете на V₂O₅.

Таблица 7.1.3. Примерная концентрация вредных веществ в продуктах сгорания при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах

При сжигании мазута и твердого топлива в выбросах также содержатся твердые частицы, состоящие из летучей золы, сажистых частиц, ПАУ и несгоревшего в результате механического недожога топлива.

Диапазоны концентраций вредных веществ в дымовых газах при сжи­гании различных типов топлив приведены в табл. 7.1.3.

Улавливание CO2 после сжигания | netl.doe.gov

Petra Nova мощностью 240 МВт - это крупнейшая в мире установка для улавливания углерода после сжигания, установленная на существующей угольной электростанции. Министерство энергетики выбрало этот проект для получения до 190 миллионов долларов в рамках Инициативы по чистой угольной энергии.

Улавливание после сжигания относится к улавливанию диоксида углерода из дымовых газов после ископаемого топлива (например,g., уголь, природный газ или нефть) были сожжены. Из 4 триллионов киловатт-часов электроэнергии, произведенной в США в 2015 году, около 33% приходилось на уголь (2016, EIA). На обычных угольных электростанциях уголь сжигается вместе с воздухом в котле, вырабатывающем пар для вращения турбогенератора и производства электроэнергии.

Самая большая проблема при улавливании дожигания - это отделение CO ₂ , образующегося при сгорании, от большого количества азота (из воздуха), содержащегося в дымовых газах.В этой области усилия НИОКР сосредоточены на передовых растворителях , твердых сорбентах и мембранных системах . Кроме того, исследуются новых концепций , например гибридные технологии, которые эффективно сочетают атрибуты из нескольких ключевых технологий (например, растворителей и мембран).

Улавливание CO на основе растворителя CO ₂ включает химическое или физическое поглощение CO ₂ из дымового газа в жидкий носитель.Абсорбирующую жидкость регенерируют путем увеличения ее температуры или снижения давления для разрыва связи абсорбент-CO ₂ . Высокие уровни улавливания CO ₂ возможны с коммерчески доступными химическими системами на основе растворителей; однако эти системы требуют значительного количества энергии для регенерации. Цели НИОКР включают усовершенствованные растворители, которые требуют меньшего количества энергии для регенерации, чем существующие аминные системы, а также устойчивы к примесям в дымовых газах.

Сорбенты изучаются для улавливания CO ₂ после сжигания и потенциально обладают преимуществами по сравнению с обычными процессами на основе водных растворителей (например, такие как более низкие требования к энергии регенерации из-за того, что теплоемкость твердых веществ значительно ниже, чем у воды ). Цели НИОКР включают недорогие долговечные сорбенты, которые обладают высокой селективностью по CO ₂ , высокой адсорбционной способностью по CO ₂ и могут выдерживать несколько циклов регенерации.

Улавливание CO ₂ на основе мембраны использует проницаемые или полупроницаемые материалы, которые позволяют избирательно переносить и отделять CO ₂ от дымового газа. Цели НИОКР включают разработку недорогих, прочных мембран, которые обладают улучшенной проницаемостью и селективностью, термической и физической стабильностью, а также устойчивостью к загрязнениям в дымовых газах.

Новые концепции для CO ₂ Capture включают гибридные системы, сочетающие атрибуты из нескольких технологий, новые условия процесса (например,g., системы, которые работают при температурах ниже окружающей среды), и наноматериалы.

Просмотр информации о проекте

Улавливание CO2 перед сжиганием | netl.doe.gov

Пилотные испытания на 0,1 МВт (эл.) Технологии улавливания CO ₂ на основе сорбента компании TDA Research на синтез-газе на объектах с различными газификаторами (транспортный газификатор с воздушным надувом или газификатор с кислородным дутьем) и исходным сырьем (низкосортный уголь против нефтяного кокса) ), что позволяет исследователям оценивать эффективность процесса в самых разных газовых потоках.

Capture перед сжиганием применяется для газификации, включая электростанции комбинированного цикла с интегрированной газификацией (IGCC), где твердое топливо (т.е.например, уголь) превращается в газообразное топливо (водород и окись углерода, или «синтез-газ») путем применения тепла под давлением в присутствии пара и кислорода. Синтез-газ используется в качестве топлива для газотурбинного генератора для производства электроэнергии. Рекуперированное тепло используется для производства пара, который также приводит в действие турбогенератор, предназначенный для выработки электроэнергии. Углерод улавливается из синтез-газа перед его сжиганием в газовой турбине.

Для того, чтобы облегчил улавливание углерода и увеличил производство водорода , синтез-газ перемещается в реакции конверсии водяного газа (WGS) для получения дополнительного водорода и преобразования моноксида углерода в диоксид углерода (CO ₂ ).В этом случае углерод улавливается из смещенного синтез-газа, а затем оставшийся водород (H ₂ ) сжигается в газовой турбине, которая вырабатывает энергию.

Предварительное сжигание Исследования и разработки сосредоточены на растворителях , твердых сорбентах и мембранных системах для разделения H ₂ и CO ₂ , с особым упором на высокотемпературные / новые материалы , интенсификация процессов и наноматериалы.Кроме того, исследуются новые концепции , такие как гибридные технологии, сочетающие в себе атрибуты нескольких технологий (например, сорбенты и мембраны).

Улавливание CO на основе растворителя ₂ включает химическую или физическую абсорбцию CO ₂ из синтез-газа в жидкий носитель и регенерацию абсорбирующей жидкости путем повышения температуры или снижения давления для разрушения абсорбента-CO ₂ облигация. Цели НИОКР включают изменение условий регенерации для извлечения CO ₂ при более высоком давлении, повышение селективности для снижения потерь H ₂ и разработку растворителя с высоким содержанием CO ₂ при более высокой температуре для повышения эффективности IGCC.

Разрабатываемые технологии сорбента направлены на повышение стоимости и производительности сепарации IGCC CO ₂ . Цели НИОКР заключаются в том, чтобы сорбенты сохраняли высокую адсорбционную нагрузочную способность, были устойчивы к истиранию в течение нескольких циклов регенерации и демонстрировали хорошие характеристики при высоких температурах, встречающихся в системах IGCC, чтобы избежать необходимости охлаждения и повторного нагрева синтез-газа.

Варианты мембранной технологии находятся в стадии разработки для разделения CO ₂ и H ₂ в синтез-газе, полученном из угля.Конструкции мембран включают металлические, полимерные или керамические материалы, работающие при повышенных температурах и использующие различные химические и / или физические механизмы для разделения. Целями НИОКР являются мембраны, обладающие высокой проницаемостью и селективностью с низким перепадом давления, устойчивостью к загрязнителям (например, серу) и способные работать при температурах системы до 500 ° F.

Новые концепции находятся в стадии исследования и включают гибридные системы, сочетающие атрибуты из нескольких технологий, новые условия процесса (например,g., системы, которые работают при температурах ниже окружающей среды), и наноматериалы. Рассматриваемые технологии включают сочетание регенерации при колебаниях температуры и перепада давления для снижения затрат и потерь энергии, а также прямую интеграцию улавливания с реакцией конверсии водяного газа для достижения равновесия в направлении добычи CO ₂ и H ₂ при устранении необходимости охлаждение синтез-газа

Просмотр информации о проекте

Журнал горения | Хиндави

Исследовательская статья

18 июл 2020

Наноэмульсионная топливная добавка, используемая в качестве катализатора сгорания дизельного топлива

Ричард Хикс

В этой исследовательской статье описывается, как топливная присадка уникальной структуры может быть легко смешана с коммерчески доступным дизельным топливом для получения чрезвычайно стабильного наноэмульсионного топлива. Даже при использовании сверхнизкой дозы (125 ppm) добавка по-прежнему создает большую каталитически активную поверхность с использованием миллиардов наноразмерных капель воды (4 нанометра).Металлические или металлоорганические соединения не использовались. При использовании в тяжелых дизельных двигателях обработанное топливо значительно улучшает экономию топлива автомобиля. Обширные контрольные испытания были проведены с использованием нескольких парков тяжелых дизельных грузовиков, работающих до двух лет в «реальных» условиях вождения. В тестировании использовалось 538 большегрузных автомобилей и 15 различных автопарков. Тестовые автомобили израсходовали 475 000 литров очищенного топлива и преодолели в общей сложности 14 миллионов километров. Тестирование флота контролировалось одним из ведущих европейских испытательных агентств (TNO Quality Services BV).Данные по сырой экономии топлива были собраны и проанализированы независимым консалтинговым агентством и показали, что совокупная средневзвешенная экономия топлива составляет 9,7%. Дизельный двигатель Выбросы CO ₂ являются одной из многих причин глобального потепления. К сожалению, новым технологиям экономии топлива для двигателей может потребоваться 10 лет, чтобы добиться 50-процентного эффекта (обычно 5% в год, поскольку старые автомобили постепенно заменяются новыми моделями). Однако использование добавки немедленно улучшит характеристики горения топлива, используемого в этих транспортных средствах, с потенциалом охвата до 90% всего дизельного топлива в течение примерно 60 дней.

Исследовательская статья

19 марта 2020 г.

Моделирование больших вихрей пламени турбулентной струи распыления с использованием химического анализа с отфильтрованными таблицами

Адриен Шателье | Бенуа Фиорина | ... | Николя Бертье

Эта работа представляет собой моделирование больших вихрей неограниченной распылительной горелки CORIA Rouen, в которую подается жидкость n -гептан и воздух. Моделирование турбулентного горения основано на формализме Filtered TAbulated Chemistry для LES (F-TACLES), разработанном для определения скорости распространения турбулентного стратифицированного пламени.Изначально предназначенная для газового горения, модель фильтруемого пламени впервые подвергается испытанию в конфигурации турбулентного распыляющего пламени. Используются две сетки. Тончайшая сетка, на которой устранены как толщина пламени, так и складки, призвана бросить вызов процедуре составления таблиц химического состава. Напротив, крупная сетка не позволяет полностью разрешить толщину пламени и демонстрирует значительный неразрешенный вклад подсеточного сморщивания пламени. Оба решения LES подробно сравниваются с экспериментальными данными.Как для условий, не вступающих в реакцию, так и для условий реакции, аэродинамические свойства потока и распыления хорошо отражены в двух моделях. Что еще интереснее, LES точно предсказывает высоту отрыва пламени как для мелких, так и для грубых условий сетки. Это подтверждает, что методология моделирования способна уловить отфильтрованную скорость распространения турбулентного пламени в среде с двухфазным потоком и в условиях сети, характерных для практических приложений. Различия, наблюдаемые для температуры капель, по-видимому, связаны с допущениями модели испарения.

Исследовательская статья

19 февраля 2020 г.

Экспериментальное исследование непрерывного перехода распространения пламени вблизи предела продувки

К. Комидзу | Ю. Сайто | ... | H. Nagata

В этом исследовании исследуется непрерывный переход от распространения пламени к стабилизированному горению вблизи предела продувки в противодействующем принудительном потоке с использованием расширяющегося канала твердого топлива, который обеспечивает распределение скорости окислителя в осевом направлении. Стабилизированное сгорание представляет собой диффузное пламя, которое появляется в гибридной ракете с торцевым впрыском топлива.Граница между распространением пламени и стабилизированным горением подробно не исследовалась. В качестве топлива использовались прямоугольные каналы из полиметилметакрилата (ПММА), а в качестве окислителя - газообразный кислород. Все огневые испытания проводились при атмосферном давлении. Диффузионное пламя перемещалось в поле встречного потока, где скорость окислителя непрерывно возрастала в восходящем направлении. Режим горения изменялся, когда скорость окислителя у острия пламени превышала определенное значение. Скорость окислителя, используемая в этом эксперименте, варьируется от 0.От 6 до 32,8 м / с. Экспериментальные результаты показывают, что можно определить пороговую скорость перехода окислителя. В данном исследовании пороговая скорость составляла 26,4 м / с.

Исследовательская статья

01 февраля 2020 г.

Экспериментальное исследование поведения при пожаре в помещении после расположения отверстий

Фидель Мескеуле Вонду | Клод Валери Нгаихи Аббе | ... | Ruben Mouangue

Авторы провели множество экспериментов для изучения влияния естественной вентиляции через отверстия на поведение огня в отсеках.Было обнаружено, что на возгорание будет влиять размер существующих проемов, которыми может быть открытое окно, открытая дверь или и то, и другое. Что касается последнего случая, то в литературе нет сведений о влиянии расположения этих отверстий на поведение огня. Настоящая статья направлена ​​на то, чтобы провести сравнительное исследование расположения окна по сравнению с дверью и поведения огня в отсеке. Для достижения этой цели были проведены эксперименты с огнем в помещении уменьшенного размера размером 1.20 м 1,20 м 1,02 м, который можно разделить на две конфигурации. Первый вариант под названием «Конфигурация PFC» - это случай, когда открытая дверь и открытое окно находятся в противоположных стенах. Второй вариант под названием «Конфигурация PFO» - это случай, когда оба эти отверстия находятся в противоположных стенах. После проведения нескольких испытаний на возгорание в обеих конфигурациях с использованием того же количества дизельного топлива в качестве источника возгорания результаты показали, что топливо сгорает быстрее в конфигурации с PFC по сравнению с конфигурацией с PFO.Это связано с глобальной скоростью потери массы против, соответственно. Помимо разницы в 20 ° C, наблюдаемой по максимальной температуре сгоревших газов, расположенных на потолке, результаты также показали возникновение паразитного пламени в конфигурации PFO.

Исследовательская статья

28 января 2020 г.

Роль ориентации магнитного поля при сжигании готовой смеси растительного масла

Дони Пердана | Лилис Юлиати | ... | I. N.G. Wardana

В этом исследовании наблюдалось влияние ориентации магнитного поля на сжигание предварительно смешанного растительного масла.Результаты показывают, что магнитное поле увеличивает скорость ламинарного горения, потому что спин электрона становится более энергичным и изменяет спин протона водорода с пара на орто. Увеличение скорости пламени стало больше на растительном масле с более сильными электрическими полюсами. Магнитное поле притяжения дает самый сильный эффект против увеличения скорости пламени и расширяет предел устойчивости пламени в сторону обедненной эквивалентности. Это связано с тем, что O ₂ с парамагнитной природой перекачивается в большей степени, пересекая пламя от южного полюса (S) к северному полюсу (N), тогда как тепловая энергия, переносимая H ₂ O из продукта реакции с диамагнитной природой, перекачивается. больше пересечения пламени от полюса N к полюсу S.Это сделало горение, близкое к числу Льюиса, равному единице, в то время как в магнитных полюсах отталкивания, SS, больше O ₂ закачивается в пламя, в то время как из пламени откачивается больше тепла, и, таким образом, горение в пламени менее и реакции не оптимальны. И наоборот, на полюсах N-N больше тепла, переносимого H ₂ O, закачивалось в пламя, в то время как больше O ₂ было откачано из пламени. В результате горение в пламени становится более насыщенным, и реакция также не оптимальна.Как следствие, скорость ламинарного пламени у отталкивающих полюсов ниже, чем у притягивающих полюсов.

Исследовательская статья

17 октября 2019 г.

Численное исследование необходимых условий окружающего газа для стабильного самовоспламенения спрея этанола

Хиронори Сайто | Кодзи Учида | Norihiko Watanabe

Это исследование посвящено разработке технологии контролируемого зажигания для высокоэффективных спиртовых двигателей с воспламенением от сжатия.Среди спиртовых видов топлива мы уделяем особое внимание этанолу, поскольку он является многообещающим кандидатом в качестве альтернативного топлива для замены нефти. Целью данного исследования является выявление физических и химических явлений в процессе смесеобразования вплоть до самовоспламенения спрея этанола. В нашем предыдущем численном исследовании мы продемонстрировали процесс образования смеси для распылителей газойля и этанола в виде пространственного отношения избытка воздуха и распределения температуры внутри распылителя, а также их временную историю от впрыска топлива.Результаты показали хорошее согласие с результатами теоретического анализа, основанного на импульсной теории проникновения струи. Расчет был также подтвержден как разумный путем сравнения с экспериментальными результатами. Посредством серии наших экспериментальных и численных исследований была выявлена ​​причина плохого качества самовоспламенения спрея этанола, а именно: сложность одновременного достижения подходящей для самовоспламенения концентрации и температуры при образовании распыляемой смеси из-за его топливных и термических свойств: меньшее стехиометрическое соотношение воздух-топливо и гораздо большая теплота испарения по сравнению с обычным дизельным топливом.Однако самовоспламенение спрея этанола еще не было получено ни в экспериментах, ни в численном анализе. В качестве следующего шага мы численно исследовали несколько условий давления и температуры окружающего газа, чтобы прояснить условия окружающего газа, достаточные для получения стабильного самовоспламенения. Один из коммерческих кодов CFD CONVERGE использовался в вычислительных расчетах с учетом турбулентности, распыления, испарения и подробных химических реакций. В этой статье обсуждаются необходимое давление и температура окружающего газа для стабильного самовоспламенения с приемлемой задержкой воспламенения спрея этанола и возможность разработки высокоэффективных спиртовых двигателей с воспламенением от сжатия.

.

Home - Precision Combustion, Inc.

Есть вопрос?

имя

Эл. адрес

Как вы нашли нас?

Сообщение

Осталось 1000 знаков

послать

Коммерческий запрос

имя

Смотрите также

• 
  На какие группы по способу получения делятся кисломолочные продукты
• 
  Содержание витаминов в пищевых продуктах
• 
  Какие продукты используют для шпигования мяса
• 
  Какие продукты можно 6 месячному ребенку
• 
  На какие группы делятся продукты питания
• 
  Какие продукты вызывают схватки матки
• 
  Какие продукты выводят
• 
  Какие продукты брать в общежитие
• 
  Какие продукты запрещены при панкреатите
• 
  Какие продукты больше всего покупают
• 
  Какие продукты повышают лейкоциты в крови