Вынос оксида углерода и других продуктов неполного сгорания и их расчёт

Тема 6

На долю монооксида углерода (СО) в металлургическом производстве приходится до 70 % всех выбросов металлургического производства. СО не только загрязняет окружающую среду, но и увеличивает энергоёмкость производства продукции, так как является следствием неполного сгорания топлива. Доля потерь энергии на недожиг топлива при производстве тонны жидкой стали составляет 1-2 % от всего энергопотребления металлургического предприятия. Для такого передового предприятия в России, как ОАО «Северсталь» (г.Череповец), потери топлива с недожигом в пересчёте на природный газ составляют во внутренних ценах на газ 3,7 млн.$/год, а в европейских – 17 млн.$/год. Величина этих потерь для европейских металлургических предприятий в 1,5 раза меньше, так как на тонну жидкой стали выбросы СО составляют 20 кг/т, а на ОАО «Северсталь» до 30 кг/т стали.

Оксиды углерода образуются в металлургическом производстве в результате протекания комплекса химических реакций взаимодействия углеродного топлива с кислородом газовой фазы и оксидов шихты.

Механизм образования оксида углерода принимают по схеме свободного кислорода: считают, что вначале углерод окисляется до СО по реакции

С + 0,5О₂ = СО

а затем остатками О₂ СО окисляется до СО₂

СО + 0,5О₂ = СО₂

Согласно термодинамическим закономерностям, процесс образования СО в процессе окисления углерода может иметь место только при условии недостатка О₂ в зоне горения. Дефицит кислорода может возникнуть в результате малой подачи кислорода в зону горения и при плохих условиях перемешивания его с топливом.

Рассмотрим процесс образования СО в широком диапазоне коэффициента расхода воздуха α:

α_Д

α = ----- где (6.1)

α_Т

α_Д – действительный расход воздуха, подаваемый на горение;

α_Т – теоретический расход воздуха, подаваемый на полное горение топлива до СО₂.

По реакции расход О₂ на СО в 2 раза меньше, то при α ≤ 0,5 образуется только СО.

0,5 < α <1,0 – образуется и СО и СО₂.

α ≥ 1 – в идеальных условиях углерод должен полностью сгореть до СО₂.

Наряду с СО продуктами неполного сгорания топлива являются альдегиды (главным образом формальдегид НСНО), органические кислоты (СН₃СООН), и углеводороды по реакциям:

СН₃ + О → НСНО + Н₂↑

НСНО + СН₃ → СНО + Н₂↑

СНО + СН₃ → СО + Н₂↑

СНО + ОН → СО + Н₂↑

Чем больше в выбросах СО, тем больше формадьдегида и других продуктов неполного сгорания топлива.

Содержание СО, формальдегида, углеводородов ПАУ, в том числе канцерогенных веществ, в частности БП, на улицах больших городов определяется на 75-95 % автотранспортом. (Москва – 96,3 %, Ленинград – 88,1 %, углеводородов, соответственно 64, 79 %). Это положение характерно для большинства крупных городов, кроме городов с развитой металлургической промышленностью, где равное количество выбросов СО и углеводородов от металлургического производства и автотранспорта.

Основной реакцией, по которой выгорает СО является реакция с гидроксилом

СО + ОН → СО₂ + Н₂↑

Добавка пара воды способствует снижению содержания СО.

Из стационарных установок к крупным источникам выбросов СО относятся:

- агломерационные фабрики до 1-7 млн. м³/час аглогазов с содержанием 1 % СО;

- кислородные конвертеры (70-80 % СО в продуктах горения);

- электросталеплавильные печи (23-32 %СО);

- вагранки (5-8 % СО);

- мартеновские печи (1% СО).

Меньше отопительные установки выбрасывают СО до 20 раз больше на единицу тепла, чем промышленные котельные и в 500 раз больше, чем электростанции. Выбросы СО превышают 2 % от массы сжигаемого твёрдого топлива, а при сжигании мазута и природного газа незначителен. При переводе двигателя с бензина на газ выброс СО снижается в 10-15 раз, углеводородов в 5-10 раз, оксидов азота в 2 раза.

Для снижения выбросов СО и углеводородов необходимо:

- увеличение полноты сгорания топлива в котлах малой мощности;

- обеспечение дожигания конвертерных и ваграночных газов;

- обеспечить предотвращение попадания СО в атмосферу из межконусного пространства доменной печи;

- использовать методы термического и каталитического окисления, т.е. очистки газов в агломерационном производстве;

- не допускать возгорания торфяников, лесов, свалок, травы.

Основные задачи по снижению содержания СО в выбросах двигателей внутреннего сгорания:

- регулирование карбюраторов и организация контроля;

- широкое производство и применение каталитических нейтрализаторов (как США, Япония, ФРГ);

- перевод части автотранспорта на сжатый природный газ, сжиженный газ, смешанное топливо (бензин + газ);

- постепенный перевод части автотранспорта на электрические и другие двигатели.

Последнее по автотранспорту даю вам просто для сведения. Вы же экологи.

Дата добавления: 2014-01-07