Transcript Energia és környezet NOx keletkezés és kibocsátás 2006.06.11. © Gács Iván (BME) 1/26 Nitrogénoxid keletkezés Sajátosságok: • mindkét kiinduló komponens az égési levegőben is megtalálható, • többféle keletkezési mechanizmusa van, •

Energia és környezet
NOx keletkezés
és kibocsátás
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
1/26
Nitrogénoxid keletkezés
Sajátosságok:
• mindkét kiinduló komponens az égési
levegőben is megtalálható,
• többféle keletkezési mechanizmusa van,
• minden égésben keletkezik,
• keletkező mennyiség tüzeléstechnikai
jellemzőkkel nagymértékben változtatható,
• többféle NOx létezik (N2O, NO, NO2 …).
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
2/26
Nitrogénoxid képződés
Termikus
O2
N2
O22O
N22N
O
N
N2+ONO+N
O2+NNO+O
N2 + O2  2 NO
Első lépés: O2 disszociáció
Feltételek:
magas hőmérséklet
elegendő oxigén
hosszú tartózkodási idő
NO
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
3/26
Az oxigén és nitrogén disszociációja a
hőmérséklet függvényében
1.00E+00
1.00E-02
mólarány
1.00E-04
O 2  2O
1.00E-06
 N 2  2N 
1.00E-08
1.00E-10
O  N 2  NO  N
1.00E-12
N  O 2  NO  O
1.00E-14
1.00E-16
800
1050
1300
1550
1800
2050
2300
2550
2800
hõmérséklet [K]
oxigén disszociációs mólaránya
2006.06.11.
nitrogén disszociációs mólaránya
© Gács Iván (BME)
4/26
NOx keletkezés a légfeleslegtényező
függvényében
1
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
5/26
Nitrogénoxid képződés
Termikus
O2
N2
O22O
N22N
O
N
N2+ONO+N
CnHm-N
CnHm-N + O2  H2O+CO2+N
O2+NNO+O
NO
2006.06.11.
Tüzelőanyag
CO2
© Gács Iván (BME)
H2O
6/26
Tüzelőanyag nitrogénjének konverziója
NOx
1
...CN  O2  CO  NO
m
N  NO  N 2O
N  N  N2
0
1%
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
tüzelőanyag
nitrogén tartalma, N[%]
7/26
Nitrogénoxid képződés
Termikus
O2
N2
O2 2O
N2 2N
O
N
Tüzelőanyag
Égés
Prompt
CnHm
CnHm-N
CnHm-N + O2  H2O+CO2+N
CmnH
CnH
+mOR
H22O+CO2
1+R
2
R+N2R-N+N
N2+O NO+N
2006.06.11.
R+ O2  H2O+CO2
O2+N NO+O
NO
R
CO2
© Gács Iván (BME)
H2O
8/26
Prompt nitrogén-oxid keletkezése a
tüzelés során
Láng elején: lokális léghiány (még nem jó a keveredés)
gyors felmelegedés (nem minden lángban)
szénhidrogén molekula szétesik (krakkolódik)
szénhidrogén gyök csak nitrogént talál
átmeneti molekula jön létre, pl.:
...CH  N2  HCN  N
(az átmeneti molekula általában ennél jóval bonyolultabb)
jellemzően: ha a felmelegedés gyorsabb, mint a keveredés
jobb elkeveredéskor: a molekula elég
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
9/26
Az átlagos fajlagos NOx képződés
értékei, g/GJ
középérték
szűkebb tartomány
szélesebb
tartomány
erőművek
260
200-340
150-450
kisfogyasztók
110
75-165
50-240
erőművek
175
130-230
100-300
kisfogyasztók
75
50-110
35-160
erőművek
110
80-150
60-200
kisfogyasztók
50
36-70
26-95
széntüzelés
olajtüzelés
gáztüzelés
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
10/26
Erőművi nitrogén-oxid kibocsátás
csökkentési módszerek
Primer NOx kibocsátáscsökkentő eljárások
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
11/26
Primer csökkentési lehetőségek
• Égési hőmérséklet csökkentése
– adiabatikus égési hőmérséklet csökkentése
• levegőhőmérséklet csökkentés
• m=1-től távoli légfeleslegtényező
• inert anyag bekeverés
– tényleges égési hőmérséklet csökkentése
• intenzívebb hűtés (fajlagos tűztér terh.csökk., FBC)
• égés elnyújtása (többfokozatú tüz., lassú bekeverés)
• vízbefecskendezés
• O2 koncentráció csökkentés
• felmelegedési sebesség (dT/d) csökkentése
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
12/26
Hőmérséklet-lefutás és oxigénkoncentráció
változása a kazánban többfokozatú égetés esetén
h [m]
kazán tűztér
tűztérhőmérséklet
görbék
tercierlevegő
redukáló gázégő
szekunderlevegő
alapégő
k
primerlevegő
1
jelölések:
1 fokozatú égetés:
2 fokozatú égetés:
2006.06.11.
2 fokozatú égetés
redukáló gázégővel:
© Gács Iván (BME)
O2/tüa.
ttűztér [°C]
.
.
13/26
Alacsony NOx kibocsátású sarokégő
tüzelõanyagban
szegény zóna
tüzelõanyagban
dús mag
jelölés:
tüzelõanyag:
levegõ:
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
14/26
Füstgáz recirkuláció
tűztérhőmérséklet és tűztéri
oxigén koncentráció csökken
termikus NOx képződés csökken
(sugárzásos hőátvitel csökken,
konvektív hőátvitel erősödik)
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
15/26
NOx szegény égő kialakítása
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
16/26
NOx szegény égő kialakítása
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
17/26
Különböző megoldások által elérhető
NOx emisszió csökkenések %-ban
NOx szegény égő
füstgáz recirkuláció
égési levegő hőmérsékletének
csökkentése
kétfokozatú égetés
redukáló gázégő
együtt
2006.06.11.
Sarokégős
szénportüzelés
10...30%
5...15%
10...40%
pakura/gudron
tüzelés
10...30%
10...35%
10...30%
földgáztüzelés
10...30%
30...50%
40...70%
10...30%
30...50%
50...80%
10...30%
—
35...60%
© Gács Iván (BME)
20...40%
20...70%
10...60%
18/26
Nem-katalitikus redukció metán alkalmazása
esetén
CH 4  4 NO2  4 NO  CO2  2 H 2O
CH 4  2O2  CO2  2 H 2O
CH 4  4 NO  2 N 2  CO2  2 H 2O
Ammónia alkalmazásával (1000°C körül)
1
3
NO  NH 3  O2  N 2  H 2O
2
2
5
3
NH 3  O2  NO  H 2O
4
2
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
19/26
A szelektív katalitikus redukció
6NO  4NH3 5N 2  6H 2O
6NO2  8NH3  7N 2  12H 2O
fő átalakulási mechanizmus
4NO  4NH3  O2  4N 2  6H 2O
fő átalakulási mechanizmus
2NO2  4NH3  O2 3N 2  6H 2O
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
20/26
Katalizátor mérgek
o
320 C alatt képződnek:
1
SO 2  O 2  SO3
2
2NH 3  SO3  H 2O   NH 4 2 SO 4
NH3  SO3  H 2O  NH 4 HSO 4
 ammónium szulfát 
 ammónium hidrogénszulfát 
Füstgázban vannak:
alkáli és alkáli földfém oxidok
pernye (koptató hatás)
Élettartam:
2006.06.11.
széntüzelés: 2-3 év
olajtüzelés: 4-5 év
gáztüzelés: 6-8 év
© Gács Iván (BME)
21/26
SCR-rel történő NOx leválasztás a
füstgázhőmérséklet függvényében
4 NH 3  3O2  2 N 2  6 H 2O
4 NH 3  5O2  4 NO  6 H 2O
8NO  2 NH 3  5N2O  3H 2O
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
22/26
Az SCR helye a füstgáztisztítási folyamatban
105°C
1.)
Kazán
150°C
370°C
370°C
SCR
LH
150°C
55°C
EF
FGD
100°C
105°C
370°C
370°C
2.)
Kazán
EF
150°C
370°C
SCR
55°C
LH
FGD
100°C
135°C
370°C
3.)
Kazán
150°C
LH
55°C
150°C
EF
370°C
SCR
FGD
370°C
290°C
gázfûtés
jelölés: SCR: Szelektív katalitikus redukáló berendezés
LH: Léghevítő
EF: Elektrofilter
FGD: Füstgázkéntelenítő
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
23/26
Redukció ammónia igénye
nNH 3
1 
4


 nNO   NO  nNO2   NO2 
 NH 3 
3

εNOx
ammónia felesleg
1
εNO=1
ideális
jelleggörbe:
ηNH3=1
~1.02
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
NH3/NOx mólarány
24/26
A katalizátor leválasztási foka az ammónia/NOx
mólarány függvényében
Fajlagos térfogatáram:
gázáram
kat. térfogat
gáz- és olajtüzelés:
5000…10000 h-1
széntüzelés
1500…3000 h-1
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
25/26
A katalizátoron átszökő ammónia mennyisége a
leválasztási fok és a katalizátorméret függvényében
2006.06.11.
© Gács Iván (BME)
26/26