1.3.4. Предварительный подогрев угольной пыли

Одним из наиболее эффективных средств подав­ления топливных оксидов азота является предвари­тельный подогрев угольной пыли до температуры, при которой начинается активный выход летучих. Если этот процесс организовать до поступления топ­лива в топку и при существенном недостатке окисли­теля ( = 0,02  0,05), то большая часть азотсодержа­щих компонентов переходит в молекулярный азот N₂, в результате концентрация NO в продуктах сгорания снижается в 2  5 раз, а процесс горения коксовых час­тиц в факеле начинается на более ранней стадии, что может снизить содержание горючих в уносе.

Для широкого внедрения этого метода на энерге­тических котлах предстоит еще решить ряд инженер­ных проблем, связанных с необходимостью подогре­вать угольную пыль до требуемой температуры до ее поступления в топку.

Исследования, проведенные В.И. Бабием и его со­трудниками в конце 70-х  начале 80-х годов, показа­ли, что образование топливных оксидов азота в пылеугольном факеле происходит при разложении и вы­делении азотистых соединений топлива в процессе выхода летучих веществ из частиц угольной пыли на начальном участке факела. В связи с этим возникла идея разработки нового метода уменьшения выхода NO_x в топках котлов путем такой обработки угольной пыли до подачи ее в камеру сгорания, кото­рая позволила бы перевести азотистые соединения то­плива в химически неактивное состояние. Одним из средств достижения этой цели является предвари­тельная термическая обработка угольной пыли.

Первые же опыты подтвердили перспективность нового метода. В ВТИ была создана специальная экспериментальная установка, на которой в течение ряда лет проводились исследования, показавшие, что новый метод является одним из наиболее эффек­тивных способов подавления образования топлив­ных оксидов азота в пылеугольных топках и позво­ляет уменьшить выбросы NO_x с дымовыми газами в 2  5 раз в зависимости от температуры и условий предварительного подогрева угольной пыли.

1.4. Очистка дымовых газов от оксидов азота

Кроме описанных выше технологических методов подавления NO_х известны и освоены в промышлен­ном масштабе методы очистки дымовых газов от ок­сидов азота. Практическое применение в энергетике нашли лишь две технологии очистки: селективное каталитическое восстановление (СКВ) и селективное некаталитическое восстановление (СНКВ) с исполь­зованием аммиака, аммиачной воды или мочевины.

Аммиак – NH₃, бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды. Связи N—H полярны. Молярная масса 17 г/моль. Плотность 0,639 г/дм³. Температура кипения –33,35 °C, температура плавления – 77,7 °C. Критическая температура 113 °C, критическое давление 11,425 кПа. Теплота испарения 23,27 кДж/моль, теплота плавления 5,86 кДж/моль.

Мочевина  (NH₂)₂СО, бесцветные кристаллы, t_пл = 135 °С. Растворима в воде. Мочевина  конечный продукт белкового обмена у большинства позвоночных животных и человека. Образуется в печени. Выводится с мочой. В промышленности мочевину синтезируют из NH₃ и СО₂. Применяют для получения мочевиноформальдегидных смол, красителей, снотворных средств (барбитала, фенобарбитала), для депарафинизации нефтей; в медицине как дегидратирующее, мочегонное средство. Мочевина  концентрированное азотное удобрение для разных почв под различные сельскохозяйственные культуры (содержит 46 % N). В животноводстве  заменитель протеина.

Эффективность этих методов очистки достаточно высока: метод СКВ, например, позволяет снизить выбросы NO_х на 90 %. Другим важным достоинст­вом указанных методов очистки дымовых газов явля­ется отсутствие побочных продуктов, так как в ре­зультате взаимодействия NO с аммиаком образуются безвредные водяные пары Н₂О и азот N₂.

К сожалению, большие капитальные затраты (особенно в случае применения СКВ) и эксплуатационные расходы (связанные с высокой стоимостью мочевины или аммиака), а также дополнительные требования, усложняющие эксплуатацию котельных установок, препятствуют широкому внедрению ме­тодов очистки дымовых газов от NO_х на электростан­циях Российской Федерации.