Условия образования вредных выбросов при сжигании топлива в камерах сгорания ГТУ

К загрязняющим атмосферу газообразным веществам, образующихся при сжигании топлива в камерах сгорания ГТУ следует отнести оксиды азота (в пересчете на NO2) , серы SO2 , окислов углерода СО, метана СН4 и других летучих веществ.
Опыт эксплуатации показывает, что выбросы вредных веществ в атмосферу при пуске, работе и остановках агрегатов в общей сложности достигает 12-15 млн м3/год.
Для окружающей среды основное значение имеют разовая и среднесуточная предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, поступающих в атмосферу. Максимальная разовая и среднесуточная концентрации, например, диоксида азота NO2 составляет соответственно, мг/м3 : 0.085 и 0,040; оксида азота NO –0,60 и 0,060; оксида углерода СО – 5,0 и 1,0; сернистого углерода SO2 - 0,5 и 0,05 и т. д. Приведенные данные свидетельствуют, что наиболее высокой токсичностью обладают диоксид и оксид азота (токсичность NO2 примерно в 7 раз выше токсичности NO), которые совместно обозначаются как NOx.
Образование вредных выбросов при сжигании топлива в камере сгорания и, прежде всего, оксидов азота, как наиболее опасных для окружающей среды, осуществляется по трем основным направлениям: « термические», «быстрые» и «топливные».
«Термические» оксиды азота образуются непосредственно в факеле горе-ния топлива в результате высокотемпературной цепной реакции окисления атмосферного азота свободным кислородом с выделением теплоты, формальная кинетика которой описывается уравнением:
N2 + O2 = 2NO + q
Образование «термических» оксидов NOx резко возрастает с повышением температуры в зоне горения и с увеличением концентрации атомарного кислорода О. Образование атомарного кислорода О в пламени происходит не только за счет диссоциации О2 , но и в ряде других реакций. Содержание его при горении углеводородов может достигать 0,4-0,8%.
При температурах Т 1300-1400 К содержание NO в продуктах сгорания практически отсутствует; при температурах Т=1700 К содержание NO доходит до 2 г/м3 , что значительно превышает предельно допустимую среднесуточную концентрацию оксида азота, равную примерно 0,06 мг/м3. Это свидетельствует о том, что решающее влияние на образование «термических» NO оказывает температура сгорания и, естественно, время образования NO.
«Быстрые» оксиды азота NOx обычно образуются при температуре ниже 1000 К на начальном участке фронта пламени: их выход при горении природного газа составляет примерно 100-120 мг/м3 и практически не зависит от температуры горения и от коэффициента избытка воздуха. Образующиеся в начале зоны горения оксиды азота свидетельствуют о малом времени их образования, в связи с чем они и получили наименование «быстрых». При температурах Т=300 К скорость их образования значительно выше, чем скорость образования «термических» NO.
«Топливные» оксиды NOx образуются из азотосодержащих соединений топлива на начальном участке факела горения одновременно с «быстрыми» оксидами, но до появления «термических» NO. Образование «топливных» оксидов начинается уже при температурах 900-1000 К и быстро увеличивается с повышением температуры горения.
При температурах Т=2000 К в продуктах сгорания , как правило, присутствуют все три типа NOx; при температурах 2000 К в основном образуются только « термические» оксиды азота.
Концентрации NO и NO2 принято оценивать в единицах ррm , характеризующих отношение числа молекул данного компонента на миллион молекул воздуха, или в мг/м3 (для NO 1 ррm = 1,3 мг/м3 ; для NO2 - 1 ррm = 2 мг/м3 ).
Значительное влияние на выход NOx при сгорании газовоздушных смесей оказывают тепловое напряжение камеры сгорания q и коэффициент избытка воздуха. Максимальный выход оксидов азота имеет место при q = 1,2 – 1,3. По мере повышения теплового напряжения камеры сгорания q, содержание NOx повышается, а экстремум смещается в сторону больших значений q. При повышении величины q до 1,5 во всех случаях NOx в 1,5-3 раза ниже сравнительно с его максимальным значением при q = 1,2-1,3.
Существенное влияние на образование NOx оказывает характер распределения температуры по длине факела горения топлива и турбулентность потока. Так, при использовании вихревых горелок, когда температура факела и турбулентность потока выше, чем при использовании прямоточных горелок, увеличение закрутки потока примерно в 1,5-2,0 раза приводит к увеличению выхода NOx в 2,3-2.5 раз. В горелках диффузионного типа, когда топливо воспламеняется на некотором расстоянии от сопла, зона горения удлиняется, температура в зоне горения вследствие теплообмена оказывается ниже, чем в горелках вихревого типа, концентрация выхода NOx снижается.
Значительное влияние на выход NOx оказывает температура воздуха, подаваемого в зону горения, так например, предварительный подогрев воздуха с 180 до 380 0С увеличивает выход NOx , более чем в 2,5 раза, время их образования сокращает на порядок, длину образования NOx уменьшает примерно в два раза .
Тепловое напряжение камеры сгорания и коэффициент избытка воздуха оказывают большое влияние и на выход другого токсичного газа – оксида углерода СО. Минимальное значение концентрации оксида углерода при различных значениях теплового напряжения здесь проявляется при a1= 1,4; при дальнейшем росте величины a1 , концентрация СО начинает возрастать и уже при a1=1,5 она становится выше минимального значения примерно на 20-40%.

Человек хамит в том случаи, когда он безграмотен.

Добрый вечер всем! Я работник газовой отрасли и поэтому хочу не много просветить Вас в газовых вопросах.
1. Почему идет пар из труб: потому что t на выходе из трубы ниже 100 градусов, а это значит что конденсируется влага, а также СО и NOx.

а) откуда берется влага? формула метана CH4. При сгорании в процессе еше участвует кислород и азот. Вот отсюда и появляется опасные для человека NOx и СО ну и само собой соединение кислорода и водорода. ( вы может даже видили что трубы утепляют для того что бы конденсация проходила за пределами трубы т.к. азотные соединения быстро корозируют металл.
2. Газ не осушают т.к. это дорогое удавольствие, но его очищают в циклонных пылеуловителях.
сейчас посторенна новая станция "портовая" северный поток, вот на ней осушают газ, так как длинна трубы составляет 1224 км, а при опр. условиях в трубе образовывается кристалогидрат из соединений влаги и метана, ну еще есть перофорные соединения, который уменьшает сечение трубы. Т.к. труба лежит под водой и возможности ее очистки особой нет, то для этого газ и сушат.
3. газ на экспорт идет только из ямальских месторождений и его состав 96-98% метан, остальное тяжелые углеводороды ( пропан, бутан, этан, сероводород)
4. Прибор который меряет калорийность газа и его химический состав называется Хроматограф.
5. про скорость газа в трубе. она не так велика что бы греть стенки труб, снег тает по причине того что при компримировании (сжатии) газ сильно нагревается, и хотя его после и остужают в аппаратах АВОг он все равно примерно с температурой в 25 градусов уходит в трубу. И остывает он не так быстро. Через 100 км его температура составляет порядка 5-10 градусов с плюсом.

Если у кого есть какие то вопросы пишите, обязательно отвечу.