Глава 14. Образование оксидов азота

При газификации угля образованиеможет происходить в результате окисления свободным кислородом атмосферного азота и азота, содержащегося в топливе.

При сжигании пылеугля топливные оксиды азота образуются на начальном участке факела на стадии воспламенения и горения лету­чих компонентов. После начального участка факела, где происходит интенсивное образование оксидов азота, их содержание стабилизиру­ется и остается практически на одном уровне, несмотря на значитель­ное содержание кислорода в потоке [3].

В интервале температур 700-1550 °С при горении угля оксиды азо­та образуются в основном из азота топлива.

С увеличением концентрации азота в угле скорость образования и количество оксидов азота возрастают. По результатам ряда исследо­ваний [4,5], доля азота топлива, образующая оксиды азота, составляет 15-21 % для различных видов топлива.

При газификации угля в расплаве шлака сжигание топлива осу­ществляется в три стадии.

Первая — газификация угля в объеме шлака кислородным дутьем с образованием СО. Вторая - частичное дожигание горючих газов над ванной расплава при необходимости стабилизации ее теплового со­стояния. Третья - дожигание газов в котле.

В газовой фазе при продувке шлакового расплава и над расплавом свободный кислород присутствует только в локальных зонах дутье­вых потоков (bvDM.

реактора-газификатора, оксиды азота внутри объемов этих зон будут образовываться только в факелах.

При химическом недожоге резко снижается содержание атомарно­го кислорода в газах, так как он активно взаимодействует с СО г Одновременно протекает реакция восстановления атомарного кис­лорода и оксидов азота углеродом. Это приводит к существенному уменьшению образования оксидов азота.

Из экспериментальных данных [6] следует, что даже при незначи­тельном недожоге (0,05 %) образование оксидов азота уменьшается на 60 %. Прикак это происходит при газификации угля, количество

оксидов азота из топлива уменьшается с обычных 15-20 % до 0,5 %.

С учетом этого, содержание оксидов азота в газе при газификации угля в расплаве должно составлять 20-40 мг/нм3.

Содержание оксидов азота в дымовых газах определяли при прове­дении исследований на опытной установке в режиме газогенератора и при добавке в шихту различных железосодержащих материалов Не­которые результаты измерений содержания оксидов азота в техноло­гических газах после котла утилизатора приведены в таблице 14.1.

Режим газогенератора (пункт 1 таблицы 14.1) осуществлялся при подаче на нижние фурмы дутья в количестве 11000 нм3/час, содер­жание кислорода в дутье - 60-80 %. Длительность периода работыr режиме газогенератооа - 3 часа. В газе содержалось около 33 % 58%менее 0,5 °/Образующиеся газы дожигались в котле за счет подсоса в него атмосферного воздуха.

Как видно из приведенных данных, содержание оксидов азота в технологических газах после котла несколько возрастает при увели­чении степени дожигания газов непосредственно в реакторе (до кот­ла). Тем не менее содержание оксидов азота низкое практически для всех режимов.

При добавке в шихту марганцевого агломерата повышенное содер­жание оксидов азота объясняется тем, что оксиды марганца сформи­ровали в реакторе очень жидкоподвижный шлак, который не позволял замешивать частицы угля в его объем. Это привело к значительному

увеличению объемов окислительных зон в расплаве и, как следствие, увеличению содержание оксидов азота в газе.

Таблица 14.1. Результаты измерения содержания оксидов азота в технологических газах

В режиме с добавкой в шихту окалины была достигнута высокая степень дожигания газов в реакторе, что также привело к некоторому увеличению содержания оксидов азота.

Режим дожигания газов в котле также оказывает влияние на об­разование оксидов азота. На рис 14.1 приведена экспериментальная зависимость количества образовавшихся оксидов азота от коэффи­циента избытка воздуха в котле Объем газов на входе в котел при проведении экспериментов составлял около 25 тыс. нм7час При всех режимах содержание оксидов азота после котла менее 100 мг/нм3.

Для сравнения проводили измерения содержания оксидов азо­та в периоды сушки и разогрева футеровки камеры- газификатора перед пуском. Сушка и разогрев осуществлялись путем сжигания природного газа в рабочем пространстве При подаче окислителя в стехиометрическом соотношении выход оксидов азота достигал 1500-

1700 мг/м3. Путем регулирования состава смеси по соотношению газ/ кислород удавалось снизить выход оксидов азота до 300-500 мг/м3. После заливки шлака в разогретый реактор и начала работы в режи­ме газификации выход оксидов азота снижался до указанных выше в таблице значений.

Рисунок 14 1 Зависимость ко шчества образовавшихся оксидов азота от коэффициента избытка воздуха в котіе (а)