CC BY
8
ОБЗОРЫ
УДК 614.72 : 661.98
К ВОПРОСУ О ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРЫ ГОРОДОВ
ОКИСЛАМИ АЗОТА
А. И. Стеженский, О. А. Загоровский
Институт газа АН УССР, Киев
Принято считать, что основным источником загрязнения воздушного пространства городов и других населенных пунктов окислами азота служат азотнотуковые заводы, выбрасывающие в атмосферу так называемые хвостовые газы с содержанием N02 порядка 0,2—0,4 об.%. Вместе с тем нельзя упускать из виду и газотурбинные установки (ГТУ), которые находят широкое применение на тепловых электростанциях, вытесняя менее экономичные и более громоздкие паровые турбины. Анализ работы ГТУ показывает, что в их камерах сгорания сочетаются все необходимые условия для окисления атмосферного азота. Предварительный нагрев воздуха продуктами сгорания обеспечивает достаточно высокую температуру горения топлива и тем самым значительную равновесную концентрацию N0. Подача же вторичного воздуха в эти камеры для снижения температуры продуктов сгорания способствует закалке продуктов реакции, предотвращая тем самым их диссоциацию (Г. П. Предтеченский).
Если предположить, что продукты сгорания природного газа постепенно охлаждаются вторичным воздухом от 2000 до 600° на всем протяжении газопровода от камеры сгорания до входа в газовую турбину, то применительно к приведенной схеме скорость охлаждения их составит 1,3 • 104 град/сек. В действительности скорость охлаждения (закалки) будет выше, так как охлаждение продуктов сгорания до 600° завершится значительно раньше входа в турбину. Но даже и эта цифра настолько велика, что лежит в пределах значений скорости закалки ни-трозных газов в специальных установках для высокотемпературного окисления азота воздуха, которые колеблются от 104 до 106 град!сек (Ermens; А. И. Стеженский).
При работе ГТУ на природном газе содержание N02 в отходящих газах достигает 0,2 об.%. Для характеристики такой концентрации NO2 в дымовых газах достаточно сказать, что ГТУ выбрасывает в атмосферу 3 кг N02 на 1 т сгоревшего природного газа. Для сравнения в таблице приведены данные о содержании N02 в дымовых газах различных установок.
Из данных таблицы следует, что наибольшее количество N02 содержится в продуктах сгорания, выходящих из ГТУ. Объясняется это высокой скоростью закалки нитрозных газов.
В большинстве случаев мощность тепловых электростанций превышает 25 000 кет в несколько раз; при этом соответственно возрастает и производительность ГТУ по N02. Характерно, что образование окислов азота при сжигании газообразного топлива присуще не единичной конструкции ГТУ, а является органическим недостатком всех установок этого типа, поскольку они работают по общему принципу. Различие в
Я6
конструкции ГТУ может лишь незначительно отразиться на содержании N02 в дымовых газах.
Какие же мероприятия позволят снизить содержание N02 в дымовых газах ГТУ?
Содержание N02 в продуктах сгорания природного газа различных установок (по данным Faith)
Если
избытка
Установка Содержание no2 (в кг на 1 Т природного газа)
Бунзеновская горелка ......... Водогрейная колонка ......... Печь с естественной тягой....... » с принудительной подачей воздуха Паровой котел на 25 мега/кал/час . . . 1,36 1,82 1,36 2,27 2,72
сжигать природный газ в камере сгорания ГТУ без первичного воздуха с а=1, то в продуктах сгорания свободного кислорода не будет и азот не будет окисляться. Но условия работы газовой турбины таковы, что в нее необходимо подавать газы с температурой не выше 700°, и это заставляет охлаждать продукты сгорания вторичным воздухом. В момент соприкосновения холодного воздуха с горячими газами азот воздуха все же будет окисляться, а последующее охлаждение будет способствовать закалке образовавшихся окислов азота.
При снижении температуры горения топлива сократится равновесное содержание окиси азота в продуктах сгорания. Уменьшить температуру топлива можно путем отказа от предварительного подогрева воздуха и при сжигании топлива с а>1. Но в этом случае выход МОг увеличится, так как при горении будет присутствовать избыточный кислород. И наконец, скорость охлаждения продуктов сгорания вторичным воздухом можно уменьшить до такой величины, чтобы образовавшиеся окислы азота успевали диссоциировать.
Следовательно, одним изменением режима работы ГТУ нельзя эффективно снизить содержание N02 в дымовых газах. Для снижения концентрации окислов азота в дымовых газах необходимо внести в конструкцию этих установок некоторые изменения; при этом, однако, следует иметь в виду, что в большей части существующих ГТУ невозможно осуществить необходимые конструктивные изменения.
Наиболее реальный и эффективный способ снижения выхода N02— это уменьшение скорости охлаждения (закалки) продуктов сгорания путем удлинения газопровода от камеры сгорания к турбине и постепенной подачи вторичного воздуха через ряд отверстий, расположенных равномерно по всей длине газопровода. При этом образовавшиеся в зоне высокой температуры окислы азота будут диссоциировать, так как скорость- охлаждения продуктов реакции окажется недостаточной для их закалки. Все это должны учитывать работники санэпидстанций при утверждении проектов новых газотурбинных установок. В противном случае сотни и тысячи тонн окислив азота будут загрязнять атмосферу населенных пунктов.
Выводы
1. Таким образом, в работающих ГТУ имеются благоприятные условия для окисления атмосферного азота. Независимо от конструкции этих установок содержание N02 в отходящих газах может достигать 0,2 об. %.
2. Снижению содержания N02 в дымовых газах, выходящих из ГТУ тепловых электростанций, способствуют соответствующие технические мероприятия.
ЛИТЕРАТУРА
Предтеченский Г. П. Газотурбинные установки. М.—Л., 1957. — Стежен-с н и й А. И. В кн.: Фиксация атмосферного азота. М., 1963, стр. 58.
Поступила ЗО/УН 1964 г.
