nox что за газ

Что такое NOx.

Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива являются:

— летучие углеводороды (Cx Hy);
— окись углерода (СО);
— оксиды серы (SOx);
— оксиды азота (NOx).

В целом, объем и состав загрязняющих веществ существенно зависит от типа используемого топлива, качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.

Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах. Механизм их соединения может быть различным.

Под термином «оксид азота» формула NOx объединяетв себе три вещества:
NO (одноокись азота);
NO2 (двуокись азота);
N2O (закись азота).

Выражаясь точнее, именно NOx являются теми веществами, которые преобладают внутри котла (95 % и более), в то время как большое количество NO2 образуется только при контакте с низкими температурами, т.е. при выбросе отходящих газов в атмосферу.

В соответствии со своим происхождением можноопределить три различных механизма образования NОx.

NOx теплового происхождения

Данные вещества образуются из азота, присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при температуре 1300°С.

Их концентрация прямо пропорциональна температуре пламени, длительности пребывания дымовых газов в зоне высокой температуры, а также зависит от парциального давления кислорода в данной зоне.

Готовые NOx

Образуются при соединении присутствующего в воздухе молекулярного азота с фрагментами углеводорода, образующихся при разложении топлива на первых стадиях сгорания. Данный процесс особенно способствует образованию NO.

Количество выбрасываемого загрязняющего вещества прямо пропорционально концентрации кислорода (т.е. его избытка) и не зависит от температуры.

NOx, образующиеся из топлива

Данные вещества образуются при реакции органических азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре сгорания,превышающей 1000 °С. Образование оксидов азота происходит при сгорании жидкого топлива и угля, однако при сгорании метана отсутствует, поскольку последний не содержит азота.

. И КАК ЕГО УМЕНЬШИТЬ

Образование загрязняющих атмосферу веществ (NOx) при сгорании топлива зависит, прежде всего, от времени их пребывания в зоне высоких температур, а также от стехиометрии, т.е. избытка кислорода.

Образовавшиеся оксиды азота попадают в атмосферу и соединяются с ней достаточно сложным химическим путем (вступая в реакцию с водяным паром, а также фотохимическими способом).

Механизм данной реакции еще до конца не изучен.

Количество coeдинeния N2O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO2 и другими вредными выбрocaми способствует образованию парникового эффекта.

Посредством реакции с озоном O3, одно окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO2 и кислородO2. Позднее, двуокись азота NO2 удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO2, и далее в азотную кислоту HNO3, которая способствует образованию кислотных дождей. Необходимо помнить, что NO2 является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органическихвеществах, присутствующих в земле и в воде.

Как снизить загрязнение атмосферы припомощи TRIOPREX N

Процесс формирования веществ NOx сильнозависит от:

-температуры пламени;
-длительности нахождения продуктов сгорания взоне высоких температур;
-парциального давления кислорода и его концентрации.

Для уменьшения образования веществ NOx необходимо:

— понизить температуру пламени;
— уменьшить теплонапряженность (кВт/м3), т.е. установить рабочий режим котла ниже номинального;
— сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;
— снизить концентрацию кислорода.

Для решения задачи по снижению выброса NOx в атмосферу при создании котла TRIOPREX N были использованы следующие инженерные решения:

— отсутствие инверсии при движении дымовыхгазов;
— факел горелки имеет более сжатую и короткую форму для уменьшения длительности пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур;
— отсутствие инверсии пламени способствует быстрому снижению его температуры состороны стенок топки, которая охлаждается благодаря пoлнoму oмывaнию вoдoй;
— снижение теплонапряженности: объем топки данной серии котлов увеличен по сравнению с топками обычных трехходовых котлов эквивалентной мощности.

С внедрением современных горелок снизким уровнем NOx появилась возможность дополнительно снизить количество вредных веществ при помощи:

— рециркуляции (дожигания) дымовых газов, при которой часть дымовых газов и воздуха,используемого для сжигания топлива, отбирается и, вновь направляяcь в топку дoжигaeтcя. Таким образом, понижается парциальное давление кислорода и температуры пламени;
— уменьшения парциального давления кислорода путем уменьшения избытка воздуха.

Дополнительного контроля над выбросами NOx можно достичь путем снижения мощности горелки в пределах, предусмотренных ее техническими характеристиками.

Источник

Азбука горения

Монооксид азота NO, который присутствует в городском воздухе, может самопроизвольно переходить в диоксид азота NO₂ при фотохимическом окислении.

Существуют три пути образования оксидов азота, различающиеся по способу происхождения, но не по химическому составу:

Тепловые оксиды азота, составляющие большинство, образуются при высокой температуре (Т>1500 К) и при условии высокой концентрации кислорода при окислении атмосферного азота в процессе горения. Тепловые оксиды образуются при сжигании газообразного топлива (природный газ и сжиженный нефтяной газ) и топлива, в котором не содержатся вещества, имеющие в своем составе азот

Быстрые оксиды азота образуются при связывании атмосферного азота углеводо­родными частицами (радикалами), которые присутствуют в зоне факела. Этот метод образования оксидов протекает с очень высокой скоростью (отсюда их название; быстрые). Образование быстрых оксидов прежде всего зависит от концентрации радикалов в корневой части факела. При окислительном пламени (горение происходит с избытком кислорода) их вклад незначителен, но при сжигании обогащенных смесей и при низкотемпературном горении их доля может достигать 25% от общего содержания оксидов азота.

Топливные оксиды азота образуются при окислении азотосодержащих веществ, присутствующих в топливе в зоне факела. Концентрация топливных оксидов может достигать значительных размеров, если содержание в топливе азотосодержащих веществ превышает 0,1% от веса. Как правило, это касается только жидкого и твердого топлива.

На рис. 5 показано соотношение между NOx разных типов в зависимости от типа топлива (при стандартных условиях горения):

Доля быстрых оксидов азота более или менее постоянна, в то время как доля топливных оксидов азота увеличивается при горении видов топлива с более высоким молекулярным весом. При этом доля тепловых оксидов азота снижается.

1.4.2.1. Снижение уровня NOx при сжигании газообразного топлива

Содержание тепловых оксидов азота в газообразном топливе достигает 80% от общего количества выбросов. Снизить образование тепловых оксидов азота можно снизив температуру пламени.

Температуру пламени можно снизить различными путями:

1) снижением удельной тепловой нагрузки

Этот метод состоит в уменьшении мощности горения на единицу объёма камеры сгорания. Для этого необходимо «перерассчитать» мощность котла, то есть уменьшить его номинальную тепловую мощность (если это уже действующий котёл) или взять размер камеры сгорания с запасом (при проектировании новых объектов).

2) особой конструкции камеры сгорания

Этот метод состоит в использовании теплогенераторов, камера сгорания которых является не инверсионной, а имеет три хода по тракту дымовых газов. В котлах с инверсионными камерами сгорания дымовые газы при проходе к дымогарным трубам сужают пространство, в котором находится факел, до объёма меньшего, чем сама камера сгорания. Часть лучистой энергии, отражённой от стенок камеры сгорания, передаётся пламени, температура пламени повышается, и увеличивается образование тепловых оксидов азота. Тот же эффект наблюдается в установках с высокой температурой стенок камеры сгорания, например печах или котлах с высокой температурой теплоносителя.

3) предварительным смешиванием воздуха и газа

В обычных условиях системы сжигания настроены таким образом, чтобы работать с избыточным воздухом. Этот избыточный воздух снижает температуру горения ниже адиабатической температуры, а иногда ниже того уровня, при котором начинается образование оксидов азота (1500К)

Пламя является типичной турбулентной средой. В неё подаются два реагента, которые очень трудно равномерно смешать между собой. В результате в пламени создаются зоны с разной стехиометрией

В зонах со стехиометрическими или близкими к ним условиями, значение температуры настолько высоко, что появляются условия для образования тепловых NOx.

С учётом опасности тепловых NOx следует предотвратить появление этих условий или максимально снизить сферу их действий. Неравномерность концентрации газовоздушной смеси позволяют снизить: предварительное смешение газа с воздухом и стабилизация пламени. Это влечёт за собой снижение температуры пламени по всему объёму факела и приближение её к теоретически рассчитанному значению.

Дополнительный положительный эффект может дать равномерное распределение пламени. Лучше, если оно равномерно распределяется по широкой поверхности, не создавая маленьких язычков, внутри которых температура, как правило, более высока.

В качестве примера можно привести горелки с пористой поверхностью (из металла или керамики) или с волокнистой поверхностью, в которой имеются мельчайшие отверстия. Всё это необходимо для того, чтобы как можно аккуратнее смешать перед горением воздух и газ.

Несмотря на то, что в настоящий момент высокая стоимость и конструктивные ограничения препятствуют широкому внедрению этого метода, особенно для горелок большой мощности, он является очень многообещающим для значительного снижения выбросов NOx.

4) ступенчатое сжигание

Оксиды азота образуются быстрее, когда соотношение топлива и поддерживающего горение воздуха приближается к стехиометрическому Для того чтобы снизить скорость образования оксидов азота, можно создать систему горения использующую коэффициент избытка воздуха близкий к идеальному Внутри факела этой системы должны присутствовать зоны с, сильнотличающимся от стехиометрического, соотношением топливо-воздух. Используя аэродинамические характеристики факела и распределение топлива можно создавать чередующиеся зоны с избытком и недостатком воздуха, поддерживая в общем условия близкие к стехиометрическим.

5) рециркуляция продуктов горения

При растворении части дымовых газов в воздухе уменьшается содержание кислорода и понижается температура пламени: поэтому часть вырабатываемой в результате горения энергии немедленно передается инертным веществам, присутствующим в газообразном топливе.

Этот метод даёт очень хорошие результаты при работе с газообразным топливом: пропускаемые продукты горения и смесь поддерживающего горения воздуха и топлива легко смешиваются между собой.

В теплогенераторах большой мощности, из-за большого сопротивления возникающего на головке горелки, сложно организовать подмес продуктов горения внутри камеры сгорания. Поэтому продукты горения подмешиваются в камеру сгорания из вне.

С помощью дополнительного вентилятора или с помощью вентилятора самой горелки часть продуктов горения забирается на выходе из теплогенератора и подаётся обратно в головку горелки для того, чтобы смешать с воздухом для горения.

Даже если при некоторых обстоятельствах рециркуляция газов внутри камеры сгорания может оказаться недостаточной для достижения очень низкого содержания NOx (данный случай относится к горелкам большой мощности), этот метод можно применять в сочетании со ступенчатым сжиганием, которое было описано выше.

1.4.2.2. Снижение уровня NOx при сжигании жидкого топлива

Основное различие между сжиганием газообразного топлива и сжиганием жидкого топлива, с точки зрения оксидов азота, состоит в том, что в последнем азот находится в виде азотосодержащих соединений. Азот является причиной образования оксидов NOx, которые дают значительный вклад в общее содержание NOx. Принципы образования тепловых и быстрых оксидов азота рассмотренные в предыдущем параграфе, приемлемы и для жидкотопливных горелок.

Что же касается топливных оксидов азота, то в восстановительной среде содержащийся в топливе азот, может переходить не во вредный NOx, а в простой и безопасный молекулярный азот N2. Для этого в некоторых областях факела нужно создать богатые топливом зоны и условия для процесса восстановления. Например, в область горения сначала подается 80% от общего количества поддерживающего горение воздуха вместе со 100% топлива, а затем подаются оставшиеся 20% воздуха для горения (добавочный воздух).

Применительно к горелкам малой и средней мощности бытового и коммерческого назначения этот метод пока проходит этап тестирования. Все эти методы всё ещё находятся в стадии эксперимента на бытовых и коммерческих горелках. А в промышленных горелках эта технология уже вносит свой ценный вклад.

Источник

Оксиды азота (NOx) Различные составы и номенклатуры

оксиды азота они представляют собой газообразные неорганические соединения, которые содержат связи между атомами азота и кислорода. Его группа химическая формула НЕТ_х, показывая, что оксиды имеют разные пропорции кислорода и азота.

Азот возглавляет группу 15 таблицы Менделеева, тогда как группа кислорода 16; оба элемента являются членами периода 2. Эта близость является причиной того, что связи N-O являются ковалентными в оксидах. Таким образом, связи в оксидах азота являются ковалентными.

Все эти связи могут быть объяснены с использованием теории молекулярной орбитали, которая раскрывает парамагнетизм (электрон, неспаренный на последней молекулярной орбитали) некоторых из этих соединений. Из них наиболее распространенными соединениями являются оксид азота и диоксид азота..

Молекула на верхнем изображении соответствует угловой структуре в газовой фазе диоксида азота (NO₂). В отличие от оксида азота (NO) имеет линейную структуру (с учетом sp-гибридизации для обоих атомов).

Высокие температуры лучей разрушают энергетический барьер, который предотвращает протекание этой реакции в нормальных условиях. Какой энергетический барьер? Это образовано тройной связью N≡N, что делает N-молекулу₂ инертный газ из атмосферы.

Числа окисления для азота и кислорода в их оксидах

Сколько электронов может разделить азот с кислородом? Если вы поделитесь электронами своей валентной оболочки один за другим, вы достигнете предела в пять электронов, что соответствует степени окисления +5.

Следовательно, в зависимости от того, сколько связей он образует с кислородом, степень окисления азота варьируется от +1 до +5..

Различные формулировки и номенклатуры

Оксиды азота в порядке возрастания степени окисления азота:

— N₂Или закись азота (+1)

— НЕТ₂, диоксид азота (+4)

Закись азота (N₂O)

Закись азота (или широко известный как веселящий газ) представляет собой бесцветный газ со слабым сладким запахом и мало реактивным. Это может быть визуализировано как молекула N₂ (синие сферы), который добавил атом кислорода на одном конце. Он готовится путем термического разложения нитратных солей и используется в качестве анестезирующего и обезболивающего средства..

Азот имеет степень окисления +1 в этом оксиде, что означает, что он не очень окислен и его потребность в электронах не является убедительной; однако вам нужно всего лишь получить два электрона (по одному на каждый азот), чтобы стать стабильным молекулярным азотом.

В основных и кислых растворах реакции:

Эти реакции, хотя и термодинамически благоприятны для образования стабильной молекулы N₂, происходят медленно, и реагенты, которые дарят пару электронов, должны быть очень сильными восстановителями.

Оксид азота (NO)

Этот оксид состоит из бесцветного, реактивного и парамагнитного газа. Как и закись азота, он имеет линейную молекулярную структуру, но с большой разницей, что связь N = O также имеет характер тройной связи..

NO быстро окисляется в воздухе с образованием NO₂, и, таким образом, генерировать более стабильные молекулярные орбитали с более окисленным атомом азота (+4).

Биохимические и физиологические исследования стоят за доброкачественной ролью этого оксида в живых организмах..

Он не может образовывать N-N-связи с другой молекулой NO из-за делокализации неспаренного электрона на молекулярной орбитали, который направлен больше на атом кислорода (из-за его высокой электроотрицательности). Противоположное происходит с NO₂, которые могут образовывать газообразные димеры.

Триоксид азота (N₂О₃)

Почему это диссоциировано? Поскольку числа окисления +2 и +4 более стабильны, чем +3, последние присутствуют в оксиде для каждого из двух атомов азота. Это, опять же, может быть объяснено стабильностью молекулярных орбиталей в результате диспропорции.

На изображении, левая сторона N₂О₃ соответствует NO, а правая сторона к NO₂. Логично, что это происходит путем слияния предыдущих оксидов при очень низких температурах (-20ºC). N₂О₃ ангидрид азотной кислоты (HNO₂).

Диоксид и тетроксид азота (NO₂, N₂О₄)

НЕТ₂ это коричневый или коричневый газ, реактивный и парамагнитный. Поскольку он имеет неспаренный электрон, он димеризуется (связывается) с другой газообразной молекулой NO₂ с образованием четырехокиси азота, бесцветного газа, устанавливая баланс между двумя химическими веществами:

Точно так же НЕТ₂ участвует в сложных атмосферных реакциях, вызывающих изменения концентрации озона (ИЛИ₃) на земных уровнях и в стратосфере.

Пентоксид азота (N₂О₅)

Источник

Что такое NOx.

Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива являются:

— летучие углеводороды (Cx Hy);
— окись углерода (СО);
— оксиды серы (SOx);
— оксиды азота (NOx).

В целом, объем и состав загрязняющих веществ существенно зависит от типа используемого топлива, качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.

Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах. Механизм их соединения может быть различным.

Под термином «оксид азота» формула NOx объединяетв себе три вещества:
NO (одноокись азота);
NO2 (двуокись азота);
N2O (закись азота).

Выражаясь точнее, именно NOx являются теми веществами, которые преобладают внутри котла (95 % и более), в то время как большое количество NO2 образуется только при контакте с низкими температурами, т.е. при выбросе отходящих газов в атмосферу.

В соответствии со своим происхождением можноопределить три различных механизма образования NОx.

NOx теплового происхождения

Данные вещества образуются из азота, присутствующего в воздухе, который используется для сгорания топлива при температуре 1300°С.

Их концентрация прямо пропорциональна температуре пламени, длительности пребывания дымовых газов в зоне высокой температуры, а также зависит от парциального давления кислорода в данной зоне.

Готовые NOx

Образуются при соединении присутствующего в воздухе молекулярного азота с фрагментами углеводорода, образующихся при разложении топлива на первых стадиях сгорания. Данный процесс особенно способствует образованию NO.

Количество выбрасываемого загрязняющего вещества прямо пропорционально концентрации кислорода (т.е. его избытка) и не зависит от температуры.

NOx, образующиеся из топлива

Данные вещества образуются при реакции органических азотных соединений, содержащихся в топливе с кислородом при температуре сгорания,превышающей 1000 °С. Образование оксидов азота происходит при сгорании жидкого топлива и угля, однако при сгорании метана отсутствует, поскольку последний не содержит азота.

. И КАК ЕГО УМЕНЬШИТЬ

Образование загрязняющих атмосферу веществ (NOx) при сгорании топлива зависит, прежде всего, от времени их пребывания в зоне высоких температур, а также от стехиометрии, т.е. избытка кислорода.

Образовавшиеся оксиды азота попадают в атмосферу и соединяются с ней достаточно сложным химическим путем (вступая в реакцию с водяным паром, а также фотохимическими способом).

Механизм данной реакции еще до конца не изучен.

Количество coeдинeния N2O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO2 и другими вредными выбрocaми способствует образованию парникового эффекта.

Посредством реакции с озоном O3, одно окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO2 и кислородO2. Позднее, двуокись азота NO2 удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO2, и далее в азотную кислоту HNO3, которая способствует образованию кислотных дождей. Необходимо помнить, что NO2 является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органическихвеществах, присутствующих в земле и в воде.

Как снизить загрязнение атмосферы припомощи TRIOPREX N

Процесс формирования веществ NOx сильнозависит от:

-температуры пламени;
-длительности нахождения продуктов сгорания взоне высоких температур;
-парциального давления кислорода и его концентрации.

Для уменьшения образования веществ NOx необходимо:

— понизить температуру пламени;
— уменьшить теплонапряженность (кВт/м3), т.е. установить рабочий режим котла ниже номинального;
— сократить время пребывания продуктов сгорания в топке;
— снизить концентрацию кислорода.

Для решения задачи по снижению выброса NOx в атмосферу при создании котла TRIOPREX N были использованы следующие инженерные решения:

— отсутствие инверсии при движении дымовыхгазов;
— факел горелки имеет более сжатую и короткую форму для уменьшения длительности пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур;
— отсутствие инверсии пламени способствует быстрому снижению его температуры состороны стенок топки, которая охлаждается благодаря пoлнoму oмывaнию вoдoй;
— снижение теплонапряженности: объем топки данной серии котлов увеличен по сравнению с топками обычных трехходовых котлов эквивалентной мощности.

С внедрением современных горелок снизким уровнем NOx появилась возможность дополнительно снизить количество вредных веществ при помощи:

— рециркуляции (дожигания) дымовых газов, при которой часть дымовых газов и воздуха,используемого для сжигания топлива, отбирается и, вновь направляяcь в топку дoжигaeтcя. Таким образом, понижается парциальное давление кислорода и температуры пламени;
— уменьшения парциального давления кислорода путем уменьшения избытка воздуха.

Дополнительного контроля над выбросами NOx можно достичь путем снижения мощности горелки в пределах, предусмотренных ее техническими характеристиками.

Источник