Энерго-экологическая оценка эффективности рециркуляционного метода подавления образования оксидов азота в нагревательных печах

Содержание 

    Постановка  задачи и исходные данные……………………………………….....3

1. Стехиометрический режим сжигания (n=1)………………………………..5
1. Расчет состава смеси природно-доменного газа…………………....5

2. Объем продуктов сгорания и количество воздуха

необходимое для горения при n=1,0………………………………....5

3. Калориметрическая и теоретическая температуры горения……….6
1. Концентрация оксидов азота при n=1,0………………………….…..7
2. Базовый режим сжигания (при содержании кислорода

в продуктах сгорания 1%)………………...…………………………………8

2. Расчет коэффициента расхода воздуха n…………………………….8
2. Калориметрическая и теоретическая температура горения…….….8

2. Концентрация оксидов азота при n=1,07………………………….…9

3. Сжигание с рециркуляцией дымовых газов………………………………10

3. Калориметрическая температура горения при r=15%................10
3. Калориметрическая и теоретическая температуры

горения при r=15%.........................................................................10

3. Концентрация оксидов азота, образующихся

при сжигании с рециркуляцией дымовых газов при r=15%............11

4. Коэффициент использования топлива…………………………………….12
4. КИТ при r=0% (базовый режим сжигания)………………………...12
4. КИТ при r=15%....................................................................................12
5. Удельные и валовые выбросы оксидов азота по каждому

режиму  сжигания топлива……………………………………………..…..13

5. Удельные выбросы оксидов азота на 1т нагретого металла……...13

• Удельные выбросы оксидов азота на 1т нагретого

металла при базовом режиме сжигания топлива………….13

• Удельные выбросы оксидов азота на 1т нагретого

металла при сжигания с рециркуляцией  дымовых 

газов (r=15%)………………………………………………...13

5. Удельные выбросы оксидов азота на 1т у.т………………………..14
• Базовый режим сжигания…………………………………...14

• Сжигание с рециркуляцией дымовых газов (при r=15%)...14

5. Валовые выбросы оксидов азота……………………………………14

• Базовый режим сжигания …………………………………..14

• Сжигание с рециркуляцией дымовых газов (при r=15%)...14

5. Предотвращенный экологический ущерб……………………….…14
5. Потери, связанные с увеличением расхода топлива………………15
6. Расчет температуры продуктов горения за рекуператором……………...16

Вывод……………………………………………………………………………..17

 

     Постановка  задачи и исходные данные 

     Определить  содержание оксидов азота в отходящих  газах в печи для нагрева металла  в двух альтернативных вариантах сжигания топлива:

• Одностадийное сжигание топлива при содержании кислорода в продуктах сгорания 1%;
• Сжигание с рециркуляцией дымовых газов с коэффициентом рециркуляции .

     Коэффициент расхода воздуха по ходу движения газов принять постоянным.

     Определить  также КИТ, КПД печи, температуру продуктов горения за рекуператором, валовые и удельные выбросы NO_терм.

     Определить  предотвращенный экологический  ущерб в результате технологического подавления образования оксидов азота методом рециркуляции отходящих газов, а также экономические потери, связанные с переходом топлива в условиях работы печи с рециркуляцией продуктов сгорания.

     Дать  общее заключение об эффективности  применения метода рециркуляции в высокотемпературных  печах. Оценить условия работы тепловых агрегатов, в которых метод рециркуляции позволяет получить одновременно экологический и экономический эффект.

• Производительность печи
• Энтальпия нагретого металла
• Потери тепла через стенки рабочего пространства печи и с водой охлаждающихся элементов 15% от химической энергии топлива при базовом режиме сжигания топлива.
• Печь отапливается смешанным природно-доменным газом.

 

     Состав  исходного топлива:

     Природный газ:

                   

     

     Доменный  газ:

     

     

     Низшая  рабочая теплота сгорания смеси топлив:

     Содержание  кислорода в продуктах горения:

     Содержание кислорода в воздухе:

• Температура отходящих газов
• Температура подогрева воздуха
• Температура рециркулянта
• Теплоемкость продуктов сгорания при заданной температуре
• Теплоемкость воздуха при заданной температуре
• Концентрация быстрых оксидов азота

     При расчете экологического ущерба принять  коэффициент относительной экологической  опасности оксидов азота . Коэффициент экологической ситуации . Удельная стоимость экологического ущерба .

     Стоимость топлива 3000 руб./т у.т.

     Общая концентрация оксидов азота:

      ,где

       - концентрация топливных оксидов азота, ;

       - концентрация  быстрых оксидов азота,  ;

       - концентрация  термических оксидов азота, 

       ,где 

      К_Г – коэффициент, зависящий от типа горелочного устройства; для горелок турбулентного типа принимаем К_Г=1;

      К_О2 – коэффициент, зависящий от содержания кислорода в продуктах сгорания:

        при  ,

        при  ;

      К_изл – коэффициент, зависящий от степени черноты газа; принимаем К_изл=1

      К_V – коэффициент приведенной концентрации оксидов азота к коэффициенту расходу воздуха, равному 1,

       , где

       - объем  продуктов сгорания при фактическом расходе воздуха n;

       - объем  продуктов сгорания при стехиометрическом горении (n=1,0). 

 

1. Стехиометрический режим сжигания (n=1)

 
    

1. Расчет  состава смеси  природно-доменного  газа

 

     

     

     

       

    

1. Объем продуктов сгорания и количество воздуха  необходимое для  горения при n=1,0

 

     Реакции окисления горючих компонентов  топлива:

     

     

     

     Объемы  образующихся продуктов горения  в соответствии с приведенными выше реакциями и составом смеси:

     

     Расход  кислорода для сжигания смешанного газа при коэффициенте расхода воздуха  n=1,0:

     

     

     Общий объем образующихся продуктов сгорания:

     

     Объем воздуха, поступающего на горение:

     

     Процентный  состав продуктов сгорания:

       

   

1. Калориметрическая и теоретическая температуры горения

 

      , где

      - тепло,  вносимое подогретым воздухом;

     Теплоемкость  воздуха при заданной температуре  : , тогда

. Для определения теплоемкости продуктов сгорания принимаем в первом приближении , тогда

     

     

     Т.к. разница между принятой и полученной составляет менее 50 ºС, что находится в пределах допустимого, то полученную температуру принимаем как окончательную.

     Т.е. калориметрическая температура  при стехиометрическом горении  равна:

       или  .

     Парциальные давления:

     

     Степени диссоциации:

     

     

     Теоретическая температура:

       

1. Концентрация  оксидов азота  при n=1,0

 

      ,

     Где К_Г – коэффициент, зависящий от типа горелочного устройства; принимаем К_Г=1 (горелки турбулентного типа);

     К_О2 – коэффициент, зависящий от содержания О₂

      , при 

      , при 

     В данном случае (n=1,0)

     К_изл – коэффициент, зависящий от степени черноты газа; принимаем К_изл=1

     К_V – коэффициент приведенной концентрации NO к коэффициенту расходу воздуха, равному 1, находится по формуле

      ,

     Где - объем продуктов сгорания при заданном фактическом n;

      - объем  продуктов сгорания при n=1,0.

     В данном случае

     Т.к. Т_К.> 2300К, то принимаем Т_к=Т_Т:

     

     Общая концентрация образующих оксидов азота