5.3. Образование "топливного" оксида азота

Работы С. Фенимора, Д. Тарнера, В.И. Бабия, А.А. Отса показали, что азотсодержащие соединения, входящие в состав топлив, также яв­ляются источниками образования оксида азота. На отщепление атома азота от остальной части топлива затрачивается в 1,5...4 раза меньше энергии, чем на диссоциацию молекулы азота из воздуха. Вследствие малой энергии диссоциации образование NOпроисходит при относительно низких температурах (520...550K).

Сжигание Канско-Ачинских, Экибастузских и других бурых углей осуществляется при весьма низких температурах (1600...1700 K). Выход "термического" оксида азота невелик, но из-за значительного содержания химически связанного азота (Nр = 0,6...1,7 %) суммарные выбросыNOвесьма значительны.

Химически связанный азот также имеется практически во всех сортах жидкого топлива (0,07...0,5 %).

В газообразном топливе химически связанного азота нет.

Если бы все количество азота, содержащегося в топливе, окислилось бы до NO, то только за счет топливного азота могло бы образоваться при горении углей до 2...4 г/м³, а при горении мазута до 0,5...1,0 г/м³оксида азота. В действительных процессах лишь некоторая часть топливного азота переходит в оксид азота.

Механизм образования "топливного" оксида азота разработан не полностью, однако имеются достоверные данные о наличии радикалов HCN,CN,NH,NH₂иOHв зоне горения азотсодержащих топлив. Это послужило основой разработки ориентировочного механизма "топливного" оксида азота, согласно которому азот топлива сначала переходит в промежуточные соединения - радикалы, а затем частично окисляется до оксида азота, а значительная часть переходит в молекулярный азот.

На основании имеющихся экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

- образование "топливного" оксида азота происходит на начальном участке факела в области образования "быстрого" NOи до образования "термического"NO;

- влияние "топливного" оксида азота на общий выброс более существенно при низких температурах процесса горения (T_макс< 1000^оС). Эти температуры характерны при сжигании низкокачественных углей. При горении мазута, антрацитов и других высокореакционных топлив в крупных топливосжигающих установках влияние "топливных"NOменьше;

- степень перехода азотсодержащих топлив соединений топлива в NOуменьшается с увеличением концентрации азота в топливе. Однако абсолютный выходNOпри большем содержании азота топлива будет выше;

- степень перехода азотсодержащих соединений топлива в NOбыстро нарастает с увеличением коэффициента избытка воздуха;

- выход "топливного" NOсравнительно слабо (особенно по сравнению с "термическим"NO) зависит от температуры процесса;

• вид содержащегося соединения и содержания кислорода в топлив

не оказывает влияния на выход "топливных" NO.

5.4. Образование оксидов азота во фронте пламени

В предпламенной зоне в первую очередь образуются "топливные" NO_x, причем наряду с образованиемNOобразуется иNO₂.

При повышении температуры происходит образование "быстрого" оксида азота и частичная диссоциация NO₂ наNOиO.

Во фронте пламени происходит образование "термического" NO, а концентрацияNO₂остается относительно стабильной.

В зоне охлаждения продуктов сгорания часть NOпереходит вNO₂. При дальнейшем снижении температуры происходит "закалка"NOиNO₂.

В продуктах сгорания концентрация NOсоставляет 95...97 % общего количестваNOxи 3...5 %NO₂.

NO,NO₂,

мг/м³

Предпла- Фронт пламени Зона охлаждения

менная продуктов сгорания

зона

120

80

40

973 1173 1373 1573 1193 973 773 Т, К

-1 0 1 2 3 4 x, мм

- концентрация NO;

- концентрация NO₂.

Рис. 4.1. Образование оксида и диоксида азота во фронте ламинарного

пламени