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

     

 

2. Базовый режим сжигания (при содержании кислорода в продуктах сгорания 1%)

 

1. Расчет  коэффициента расхода  воздуха n

 

     Расход  кислорода:

     Количество  азота в воздухе:

     Общий объем образующихся продуктов сгорания:

     

     Процентный  состав продуктов сгорания:

     

     Объем воздуха, поступающего на горение:

     

     Тепло, вносимое подогретым воздухом при n=1,07:

       

2. Калориметрическая и теоретическая температура горения

 

     

     Для определения теплоемкости продуктов  сгорания принимаем в первом приближении , тогда

     

     

     Т.к. разница между принятой и полученной составляет менее 50 ºС, то принимаем

       или  .

     Парциальные давления:

       

     Степени диссоциации:

     

     

     Теоретическая температура:

       

3. Концентрация  оксидов азота  при n=1,07

 

      ,

     Где К_Г=1; К_изл=1;

      ;

      ;

     Т.к. Т_К1.> 2300К, то принимаем Т_К1=Т_Т1:

     

     Общая концентрация образующих оксидов азота при одностадийном базовом сжигании топлива (n=1,07) равна:

     

 

3. Сжигание  с рециркуляцией  дымовых газов

 

1. Калориметрическая температура горения  при r=15%

 

      ,

     Где , - теплоемкость и температура рециркулянта соответственно.

     

     Для определения теплоемкости продуктов  сгорания в первом приближении принимаем 

     

     

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

       или  . 

2. Калориметрическая и теоретическая температуры горения при r=15%

 

     

     Для определения теплоемкости продуктов  сгорания в первом приближении принимаем 

     

     

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

       или  .

     Парциальные давления:

     

     Степени диссоциации:

     

     

     Теоретическая температура:

       

3. Концентрация  оксидов азота, образующихся при сжигании с  рециркуляцией дымовых  газов при r=15%

 

      ,

     Где К_Г=1; К_изл=1; ; ;

     

     Общая концентрация образующих оксидов азота  при сжигании с рециркуляцией дымовых газов при r=15% равна:

     

 

4. Коэффициент использования топлива

 

,

Где тепло уходящих продуктов сгорания с заданной температурой

, где

- соответствует  базовому режиму сжигания при  n=1,07

Тогда

Тепло, вносимое подогретым воздухом при заданном фактическом n:

 

1. КИТ при r=0% (базовый режим сжигания)

 

     

     Или  

2. КИТ при r=15%

 

     

     Или

 

5. Удельные и валовые выбросы оксидов азота по каждому режиму сжигания топлива

 

1. Удельные  выбросы оксидов  азота на 1т нагретого  металла

 

Для данной смеси газов коэффициент  теплопотерь рабочего пространства равен (для базового режима сжигания топлива) П_БАЗ=0,15.

С учетом этого коэффициента находим КПД  для базового режима сжигания топлива:

Объем топлива необходимый на нагрев 1т  металла:

.

Объем продуктов сгорания, образующийся при  сжигании топлива на 1т металла:

. 

1. Удельные  выбросы оксидов  азота на 1т нагретого  металла при базовом режиме сжигания топлива

 

 

2. Удельные  выбросы оксидов  азота на 1т нагретого  металла при сжигания с рециркуляцией дымовых газов (r=15%)

 

КПД при сжигании с рециркуляцией  дымовых газов:

0бъем  топлива необходимый на нагрев 1т металла:

Объем продуктов сгорания, образующийся при  сжигании топлива на 1т металла:

.

 
 
 
 

5. Удельные  выбросы оксидов  азота на 1т у.т.

 

     Для определения удельных выбросов на 1т у.т. определим концентрацию оксидов азота на м³ топлива:

     

     Зная, что 1т у.т.=29,3·10³ МДж, определим количество м³ в 1т у.т.: , тогда содержание NO в 1т у.т.:

       

1. Базовый режим сжигания

 

     

       

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

 

     

 

5. Валовые выбросы оксидов  азота

 

1. Базовый режим сжигания

 

 

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

 

 

5. Предотвращенный экологический ущерб

 

, где

- удельный  ущерб на тонну условной массы  вредного вещества ( )

- приведенная  масса ( )

- коэффициент относительной экологической безопасности ( )

- коэффициент  экологической ситуации ( )

Следовательно, ,

Где 1,53 – коэффициент для перерасчета  NO в NO₂. 

5. Потери, связанные с увеличением расхода топлива

 

     

     

 

6. Расчет  температуры продуктов  сгорания за рекуператором

 

     Объем продуктов сгорания на выходе из печи: .

     Температура уходящих дымовых газов  .

      Температура подогрева воздуха  .

     Тепло уходящих дымовых газов за рекуператором:

      , ,

      ,

где - тепло уходящих продуктов сгорания, ;

     - тепло, вносимое подогретым воздухом, ;

     В первом приближении принимаем  .

     Теплоемкость  продуктов сгорания:

      .

      .

     Теплоемкость  продуктов сгорания:

      .

     Температура продуктов сгорания за рекуператором:

      .

     Расход  продуктов сгорания за рекуператором:

      .

 

     Вывод 

     Рециркуляция  продуктов сгорания заключается  в смешении выработанных и остывших дымовых газов с воздухом, подаваемым на горение топлива. За счет этого  снижается температура в факеле, и как следствие, образуется меньше оксидов азота, но при этом увеличивается расход топлива.

     Сравнивая полученные результаты, мы видим, что  удельные выбросы оксидов азота  на 1 т у.т. снижаются в 2,3 раза при  использовании рециркуляционного  метода, валовые выбросы оксидов  азота снижаются в 2 раза. Однако использование рециркуляционного метода приводит к увеличению расхода топлива на 13%, а также к снижению КПД печи с 42% при базовом режиме сжигания топлива до 37% при рециркуляционном методе, КИТ снижается с 57% до 50%.

     Потери  от увеличения расхода топлива (8663 руб/ч) значительно превышают предотвращенный экологический ущерб (552 руб/ч). Таким образом, для данной печи с заданной производительностью и данным температурным режимом, сжигать топливо с рециркуляцией дымовых газов экономически невыгодно. Это объясняется тем, что в высокотемпературных печах имеет место значительный перерасход топлива. Однако этот способ довольно часто встречается в других топливосжигающих агрегатах (котлы, низкотемпературные печи и т.д.), в которых увеличение расхода топлива незначительно.