Условия образования оксидов азота в тепловых и металлургических агрегатах. Разработка лабораторных установок

Работа из раздела: «Химия»

/

/

Аннотация

В дипломной работе проанализированы условия образования оксидов азота в тепловых и металлургических агрегатах, выполнено обобщение теоретических данных по равновесному составу NO, оценена достоверность опытных данных по выбросам NO из тепловых и металлургических агрегатов. Разработаны две лабораторные установки и проведены работы по определению образования NO и NO2 при нагреве воздуха в электропечи и при сжигании бутана в газовой горелке. Сформулированы предложения по условиям минимизации образования NO.

Введение

При сжигании топлив в различных тепловых и металлургических агрегатах образуются оксиды азота NO вследствие реагирования молекулярных азота и кислорода при их нагреве. Концентрация NO в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, по опытным данным может достигать 500 - 2000 мг/м3, в зависимости от ряда влияющих факторов. По теоретическим расчетам выбросы NO имеют существенно более высокие значения концентраций.

Наблюдаемые фактические концентрации NO в выбрасываемых газах являются довольно обременительными для окружающей среды, так как после выхода из дымовых труб оксид азота превращается в двуокись азота NO2. В атмосфере практически весь оксид азота переходит в диоксид азота. Затем NO2 легко взаимодействует с каплями воды, образуя азотную кислоту. Таким образом, наряду с выбросами сернистого ангидрида оксиды NO2 так же способствуют образованию кислотных дождей. Естественно, что азотная кислота воздействует на окружающую среду более интенсивно. Оксиды азота способствуют разрушению озонового слоя. Считается, что токсичность NO и NO2 больше в 10 раз, чем СО.

Были проведены многочисленные теоретические и опытные исследования по ограничению образования оксида азота NO в тепловых агрегатах: при производстве электроэнергии, в котельных установках, в технологических агрегатах (при производстве стали, стекла, цемента и др.). Но до сих пор остаются неясными конкретный механизм и количественные данные по первоначальному образованию NO и последующему превращению NO в NO2. Это сдерживает разработку методов ограничения образования NO, разработку малотоксичных горелок, внедрение режимов минимизации образования NO.

В настоящее время природное образование NO2 в атмосфере составляет 770 млн.т/год. Антропогенные выбросы NO2 достигают только 3 - 4 млн.т/год (~ 0,52 %) [5, с. 158], но считают, что это существенное поступление NO2 в атмосферу. При этом антропогенные выбросы NO2 сконцентрированы в промышленно развитых районах.

На НЛМК при производстве стали выбросы NO в атмосферу достигают 9650 т/год или 1,14 кг/т стали. Годовое производство стали во всем мире достигает порядка 700 млн.т/год, соответственно выбросы оксида азота составляют 798 тыс.т/год. Таким образом, при производстве стали образование NO2 в атмосфере составляет 0,11 % от всего количества образующихся NO2. На тепловых электростанциях РФ выбросы NO2 составляют 1,4 млн.т /год (1994 г. [29, с. 5].

Несмотря на ограниченный уровень выбросов NO2 в технологических процессах, актуальным является минимизация этих выбросов для промышленных районов, что позволит снизить кислотность выпадающих осадков.

В дипломной работе выполнено: - анализ теоретических и опытных данных по образованию NO при нагреве воздуха, при сжигании топлив в тепловых и технологических агрегатов; - предложена методика обобщения теоретических и опытных данных по образованию NO; - проведены лабораторные опыты по образованию оксидов азота при

нагреве воздуха и при сжигании бутана; - выполнено обобщение количественных данных по закономерности образования и выброса NO, которое может быть основанием для разработки режимов минимизации образования NO2 в атмосфере.

В разделе по охране жизнедеятельности проведен анализ условий труда при выполнении дипломной работы и предложены мероприятия по обеспечению безопасности труда.

В экономической части дипломной работы рассчитаны капитальные вложения на создание лабораторной установки и проведение лабораторной работы по исследованию образования NO, а так же выполнен расчет текущих затрат.

1. Анализ и обобщение теоретических и опытных дан - ных по образованию NO и NO2 в тепловых агрегатах

Образование NO происходит при нагреве воздуха, при сжигании топлив в различных тепловых агрегатах и устройствах, в сварочных и плазменных процессах. Условия образования оксидов азота NO в тепловых агрегатах и технологических процессов исследованы достаточно обширно. Но многочисленные опытные данные во многих случаях не коррелируются между собой и с теоретическими данными. Так же не выполнено обобщение факторов влияющих на образование оксидов NO и NO2.

1.1 Причины образования оксидов азота в тепловых агрегатах. Преобразования оксидов азота при выбросах в окружающую среду

Основное количество оксидов азота поступает в атмосферу в результате природных процессов (порядка 770 млн.т/год [3, с.32]). Природные загрязнения атмосферы оксидами азота связаны с электрическими разрядами, при которых образуется NO, переходящий впоследствии в NО2. В небольших количествах NО2 выделяется в процессе ферментации силоса. Антропогенное образование NO, а затем и NO2 значительно меньше, однако представляют наибольшую опасность. Считают, что антропогенное образование диоксида азота NO2 обусловлено первичным образованием NO при последующем реагировании его в атмосфере с озоном. Условия образования оксидов азота при горении до сих пор недостаточно ясны.

Существует два источника азота, который способствует образованию оксидов азота в реакциях горения. Неизбежным источником образования этих оксидов азота при горении топлива в воздухе является сам воздух, который содержит молекулярный азот и кислород. Заинтересованность в прогнозе выбросов оксида азота от различных источников привела к разработке различных моделей образования NO в процессах горения. Неотъемлемой чертой таких моделей является механизма реакций образования NO из атмосферного азота. Из азота воздуха оксиды азота образуются при высоких температурах (t ? 1500 єС) в некотором температурном интервале (механизм Я.Б. Зельдовича [25]). Соответствующая химическая реакция [25, с.65]:

N2 + O2 2NO - 180 кДж/моль. (1.1)

Как только атомы кислорода образуются в реакции О2 2О, основными представляющими интерес реакциями становится следующие:

N2 + O NO + N; (1.2)

N + O2 NO + О. (1.3)

Предполагается так же, что эти основные реакции горения становятся равновесными до начала образования NO в зоне дожигания.

Реакция (1.2) считается определяющей образование NO. Выведение NO происходит главным образом за счет обратной реакции (1.3).

При высоких температурах NO будет образовываться быстро, если присутствует достаточное количество атомарного кислорода. Фактически в наиболее горячей зоне пламени содержание атомов О превышает их равновесную концентрацию. Вследствие этого концентрация NO быстро возрастает по мере того, как горение углеводорода обеспечивает условия для окисления азота в воздухе.

Такой механизм определяет сильную зависимость образования NO от температуры и соотношения .

Кроме того, из азота воздуха во фронте факела при сравнительно низких температурах образуется небольшое количество 'быстрых' оксидов азота (механизм Фенимора).

Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, при горении летучих, выделившихся из частиц угля или мазутных капель. Одновременно с образованием оксидов азота происходит восстановление NO до безвредного молекулярного N2.

Применительно к топочным устройствам энергетических (а тем более промышленных и отопительных котлов) можно утверждать, что количество образующихся оксидов азота определяется кинетикой процессов, так как время пребывания в высокотемпературной зоне значительно меньше времени, необходимого для достижения равновесных концентраций.

Однако для сокращения этих выбросов весьма важно знать, как образовались оксиды азота, поскольку количество NOх зависит от основных параметров топочного процесса. Среди различных форм оксидов азота практически существенное значение в экологическом аспекте имеют оксид азота NO и диоксид азота NO2, сумму которых (обычно в пересчете на NO2) принято обозначать как NOх. Оксид азота - прозрачный, бесцветный газ, превращающийся в жидкость при температуре - 151,7 єС и атмосферном давлении. Плотность NO при t = 20 єС равна 1,34 кг/м3. Это плохо растворимый в воде газ. Образующиеся при сжигании топлив и содержащиеся в дымовых газах оксиды азота на 97 - 99 % состоят из NO [24, с.152]. Монооксид азота относительно менее токсичен. Установленные в РФ величины максимально разовой и среднесуточной предельно допустимой концентрации для NO и NO2 соответственно равны:

ПДК РNO = 0,4 мг/м3 ПДК сNO = 0,06 мг/м3 ПДК РNO2 = 0,2 мг/м3 ПДК РNO2 = 0,04 мг/м3 Однако в шлейфе дымовых газов NO доокисляется до NO2. Считают, что при этом может происходить следующие реакции [24, с.153]:

2NO + О2 = 2NO2; (1.4)

NO + О3 = NO2 + О2. (1.5)

Из-за малой химической активности NO реакция (1.4) может протекать только при относительно высокой концентрации NO (на выходе из дымовой трубы, когда газы еще не разбавлены атмосферным воздухом). Скорость этой реакции уменьшаются при снижении концентрации NO и быстро становится несущественной. Таким образом, степень трансформации NO в NO2 в основном зависит от концентрации озона в приземном слое атмосферы и от загрязнения воздуха оксидами азота. В отличие от монооксида азота NO2 более активный в химическом отношении газ красно - бурого цвета с удушливым и резким, раздражающим запахом. Диоксид азота хорошо растворим в воде, легко сжижается при атмосферном давлении и температуре 21,15 єС в красно - бурую жидкость, которая при t = - 10,2 єС твердеет, образуя бесцветные кристаллы. Плотность NO2 при t = 20 єС равна 2,05 мг/м3. Диоксид азота оказывает отрицательное влияние на здоровье людей. Обладая высокой поглощающей способностью в ультрафиолетовой области спектра, при наличии в воздухе других загрязняющих ингредиентов, диоксид азота вступает с ними в реакции с образованием фотохимических туманов (смогов). Так же необходимо упомянуть о кислотных дождях и парниковом эффекте.

Рассматривая подробнее некоторые аспекты образования оксидов азота, связанные с особенностями факельного сжигания органического топлива в котельных установках тепловых электростанциях, можно сослаться на результаты исследований В.Я. Путилова [24, с. 153], в которых говорится о том, что скорость образования термических оксидов азота зависит от содержания кислорода в степени 0,5 и от температуры - по экспоненте. Учитывая высокую энергию активации реакции образования термических NO, считают, что образование термических оксидов азота является существенным лишь в некотором температурном интервале. Для углеводородных топлив часто встречающееся утверждение о том, что количество образующихся NO зависит от трех факторов (избытка воздуха, температуры и времени пребывания в зоне горения), является не совсем точным: время пребывания не следует рассматривать как самостоятельный фактор. Важно отметить, что образуются термические оксиды азота при максимальной температуре, т.е. в той зоне факела, где уже сгорела основная масса топлива.

Уже в 1964 г. теоретические исследования по образованию и подавлению оксидов азота, образующихся при сжигании топлива были проведены в институте газа АН УССР. Результаты этих исследований обобщены в работе И.Я. Сигала [3, с. 46], где наиболее полно раскрываются все аспекты проблемы образования оксидов азота. Ниже на основании указанной работы И.Я. Сигала рассмотрены некоторые моменты механизма образования оксидов азота.

По мнению И.Я. Сигала оксиды азота образуются в основном в результате окисления азота кислородом, поступающего на горение по реакции (1.1).

Часть оксидов азота образуется в результате окисления азота, содержащегося в топливе. Наибольший выход оксидов азота в промышленных условиях наблюдается при коэффициенте избытка воздуха б = 1,2 (рис. 1.1), при котором развивается максимальная температура горения.

Рис. 1.1 Зависимость средних концентраций NO от коэффициента расхода воздуха б в выходном сечении опытной камеры [3].

Оксиды азота в большей части образуются на ограниченном участке длины факела горения по развертке факела, где происходит смешение холодного газовоздушного потока с рециркулирующими продуктами сгорания и выгорания основного количества топлива.

Ряд исследований позволяет определить влияние концентрации исходных веществ, температуры и давления на равновесную концентрацию, а так же на время установления равновесия реакций образования оксидов азота. По Я.Б. Зельдович [25, с. 42] скорость обратимой реакции образования - разложение оксида азота (реакция 1.4) может быть выражена:

, (1.6)

где k1 = 6 · 106 exp [- E1(RT)], (сек · мм.рт.ст)-1, k2 = 3 · 108 exp [- E2(RT)], (сек · мм.рт.ст)-1.

В работе показано, что несмотря на цепной механизм реакции образования оксидов азота, ее формальная кинетика достаточно хорошо описывается уравнением обратной реакции (1.1) с энергией активации для прямой реакции Е1 = 540 кДж/моль, для обратной реакции Е2 = 360 кДж/моль. В результате получено уравнение для равновесного количества оксида азота:

[CNO] = 4,6 ·exp (- ). (1.7)

Температура в зоне реакции оказывает решающее влияние на равновесную концентрацию оксидов азота:

Таблица 1.1

Температура, єС	Равновесная концентрация NO, мг/м3
27 427 527 1527 2227	0,00127 0,38 2,54 4700 31 700

Рис. 1.2. Равновесные концентрации NO при нагреве атмосферного воздуха для диапазона 0 ч 2600 єС

Рис. 1.3. Равновесные концентрации NO при нагреве атмосферного воздуха для диапазона 0 ч 1600 єС;

К.П. Фенимор в результате экспериментального исследования пламени метана, этилена и пропана подтвердил механизм образования оксида азота по реакциям:

N2 + O > NO + N - 75 кДж/моль; (1.8)

N + O2 > NO + О + 134 кДж/моль. (1.9)

В результате исследования было обращено внимание на тот факт, что в углеводородных пламенах в отличие от пламени водорода и оксида углерода при б = 0,65 ч 0,75 образуется некоторое добавочное количество NO. Есть предположение, что в реакционной зоне углеводородных пламен действует дополнительный механизм реакции углеводородного радикала с молекулой азота, обладающей слабой температурной зависимостью.

Таблица 1.2

		1127 єС	1327 єС	1527 єС	1727 єС
NO, мг/м3	б = 1,0	10	50	300	730
	б = 1,2	120	600	1420	2680
	б = 1,4	150	940	2200	3800
	б = 1,6	380	1150	2900	4600

Рис. 1.4. Равновесные концентрации NO в продуктах сгорания природного газа при различной температуре в зоне горения.

Из рассмотрения экспериментально измеренных и расчетных равновесных концентраций можно отметить, что возрастание выхода оксидов азота с увеличением коэффициента избытка воздуха наблюдается до значений б близких 1,2.

Положение точки перегиба кривой, соответствующий бкр мало зависит от вида топлива и при уменьшении нагрузки или температуры в зоне горения сдвигается в сторону меньших значений б. На рис. 1.5 так же приведены равновесные при максимальной температуре значения [СNO], которые значительно превышают полученные в опытах.

После выхода из дымовой трубы в атмосферу основная часть оксидов азота переходит в оксид азота по двум основным реакциям:

а) при высоких концентрациях в корне факела за счет окисления кислородом в результате экзотермических реакций:

2NO + О2 > 2NO2 + 188 кДж/моль; (1.10)

б) при низких концентрациях в результате окисления атмосферным озоном:

NO + О3 > NO2 + 205 кДж/моль. (1.11)

1.2 Теоретические данные по образованию NO при нагреве атмосферного воздуха и в продуктах

сгорания природного газа Теоретические данные по образованию NO имеются в ограниченном объеме. Результаты расчета равновесного состава при нагреве воздуха по механизму Я.Б. Зельдовича приведены на рис. 1.6.

Рис. 1.6 Теоретические данные по образованию равновесного сос - тава NO при нагреве воздуха и при сжигании СН4 (результаты расчетов И.Н. Карпа и др. [10, с. 112])

Обширные теоретические данные по равновесному содержанию в продуктах сгорания метана приведены в работе И.Н. Карпа [10]. Результаты расчета проводились в двух направлениях:

1) для заданного состава метано - кислородной смеси и условий проведения процесса, рассчитаны равновесные составы продуктов горения и их термодинамические свойства; по составу метано - окислительной смеси в зависимости от давления и температуры подогрева окислителя, рассчитаны теоретические температуры горения Т2 и соответствующие тепловые эффекты реакции НТ0.

Результаты этих расчетов (таблицы 1.4 - 1.12) показывают, что различное содержание О2 и N2 в исходном окислителе и в продуктах сгорания существенно влияет на образование NO.

Представлены данные о составе продуктов горения метана СН4 при температурах 1300 - 1800 єС и различных исходных соотношениях газа и окислителя (б = 1-1,4), от содержания кислорода в окислителе (А = 20-98%).

Рассмотрим некоторые наиболее характерные результаты.

В области б > 1 особенно интересны данные по выходу оксида азота NO. Следует отметить значительное содержание NO уже при б = 1,0 и высоких температурах.

Выход NO постепенно возрастает с увеличением б и Ра = 0,98 бар и увеличения температуры значение проходит через максимум, после которого NO начинает распадаться. Рост давления понижает диссоциацию в указанных пределах температур и давлений. Однако здесь надо обратить внимание на то, что степень обогащения окислителя кислород А в области бедных смесей резко понижает теоретическую температуру горения. Обогащение воздуха кислородом до определенных пределов увеличивает выход NO. При всех б и неизменных температурах с увеличением А от 20 до 40 % возрастает в продуктах горения. При дальнейшем увеличении А и неизменных температурах выход NO уменьшается (рис. 1.7). При А в диапазоне 20 - 70 % превалирующее влияние на образование NO оказывает температура.

Очевидно, что теоретически максимальное количество NO образуется при нагреве воздуха при сравнимо низких температурах (рис. 1.6). При сжигании метана по мере уменьшения избытка воздуха концентрация образующегося NO существенно уменьшается.

Для правильной интерпретации данных рассмотрим данные Уорка [21]. Наибольший интерес представляют те две суммарные реакции, которые дают оксид азота и диоксид азота. Эти равновесные реакции следующие [21, с. 403]:

N2 + O2 2NO; (1.12)

NO + Ѕ О2 NO2. (1.13)

При температурах ниже 900 єС парциальное давление NO и следовательно, равновесное количество NO очень малы. Выше 900 єС могут образовываться значительные количества NO. В таблице 1.1 приведены расчетные количества NO в состоянии равновесия для двух случаев [21, с.387, табл. 8,6]. В одном столбце данные относятся к случаю, когда начальное соотношение азота и кислорода в отсутствие других газов составляют 4:1. В другом столбце характеризуется соотношением 40:1, но уже в газовой смеси, приблизительно репрезентативной для сжигания углеводородов при 10 % избытке воздуха.

Типичные концентрации NO в равновесной реакции N2 + O2 2NO для различных температур в зависимости от начального соотношения N2/О2

Таблица 1.3

	t, єС	927	1227	1527	1727	1927	2127
4	ppm	210	1300	4400	8000	13100	19800
	мг/м3	281,4	1742	5896	10720	17554	26532
	NO мг кг N2	285	1761	5954	10800	17630	26535
40	ppm	80	500	1650	2950	4800	7000
	мг/м3	107,2	670	2111	3953	6432	9380
	NO мг кг N2	124,4	777	2447	4585	7461	10880

Полученные результаты указывают на то, что равновесное образование NO быстро увеличивается с ростом температуры. На рис. 1.7 видно, что влияние сопоставимо с влиянием температуры, особенно в области температур менее 1400 єС.

Рис. 1.7 Влияние температуры на равновесное образование NO.

Обработка результатов расчета равновесного состава продуктов сгорания метана при атмосферном давлении Р=0,98 бар [10, с. 158]. б = 1,0; t = 1327 єС

Таблица 1.4

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	72,71	49,98	30,76	14,28	1,341
O2, %	0,011	0,017	0,022	0,026	0,029
, объем.	6610	2940	1398,18	549,23	46,24
, объем.	0,00051	0,00034	0,00072	0,00182	0,02162
N2, кг	0,9089	0,6248	0,3845	0,1785	0,0168
NO, %	0,005	0,005	0,004	0,003	-
NO, мг/м3	67	67	53,6	40,2	-
, доля	0,00007	0,00010	0,00013	0,00021	-
, мг/м3	33,5	33,5	26,8	20,1	-
N2+N2' = N2', кг	0,9089	0,6248	0,3845	0,1785	0,0168
, мг/кг	73,715	107,237	139,392	225,185	-

б = 1,2; t = 1327 єС

Таблица 1.5

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	73,81	51,38	31,96	14,97	1,410
O2, %	3,036	5,666	7,953	9,961	11,58
, объем.	24,312	9,068	4,019	1,503	0,122
, объем.	0,041	0,110	0,249	0,665	8,213
N2, кг	0,9226	0,6423	0,3995	0,1871	0,0176
NO, %	0,076	0,086	0,081	0,062	0,020
NO, мг/м3	1018,4	1152,4	1085,4	830,8	268
, доля	0,00103	0,00167	0,00253	0,00414	0,01418
, мг/м3	509,2	576,2	542,7	415,4	134
N2+N2' = N2', кг	0,9231	0,6428	0,4001	0,1875	0,0178
, мг/кг	1103,20	1792,71	2713,21	4429,98	15090,94

б = 1,4; t = 1327 єС

Таблица 1.6

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	74,61	52,44	32,88	15,51	1,467
O2, %	5,28	9,94	14,05	17,73	20,71
, объем.	14,131	5,278	2,340	0,875	0,071
, объем.	0,071	0,189	0,427	1,143	14,117
N2, кг	0,932	0,656	0,411	0,194	0,0183
NO, %	0,100	0,115	0,109	0,084	0,028
NO, мг/м3	1340	1541	1461	1126	375
, доля	0,00134	0,00219	0,00332	0,00542	0,01909
, мг/м3	670	770,5	730	563	188
N2+N2' = N2', кг	0,9333	0,6563	0,4117	0,1944	0,0185
, мг/кг	1435,78	2348,12	3547,47	5789	20253,6

б = 1,0; t = 1527 єС

Таблица 1.7

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	72,67	49,94	30,72	14,26	1,338
O2, %	0,048	0,075	0,096	0,113	0,127
, объем.	1513,96	665,87	320	126,19	10,54
, объем.	0,0006	0,0015	0,0031	0,0079	0,0949
N2, кг	0,9084	0,6243	0,3840	0,1783	0,0167
NO, %	0,02	0,021	0,018	0,014	0,004
NO, мг/м3	268	281,4	241,2	187,6	53,6
, доля	0,00028	0,00042	0,00059	0,00098	0,00299
, мг/м3	134	140,7	120,6	93,8	26,8
N2+N2' = N2', кг	0,9085	0,6244	0,3841	0,1783	0,0168
, мг/кг	294,99	450,68	627,93	1051,9	3199,66

б = 1,2; t = 1527 єС

Таблица 1.8

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	73,75	51,32	31,90	14,93	1,398
O2, %	2,989	5,608	7,893	9,907	11,54
, объем.	24,674	9,151	4,042	1,507	0,121
, объем.	0,041	0,109	0,247	0,664	8,255
N2, кг	0,9219	0,6415	0,3986	0,1866	0,0175
NO, %	0,160	0,183	0,171	0,131	0,043
NO, мг/м3	2144	2450	2290	1755	576
, доля	0,0022	0,0036	0,0054	0,0088	0,0308
, мг/м3	1072	1225	1145	877,5	288
N2+N2' = N2', кг	0,9229	0,6426	0,3996	0,1873	0,0177
, мг/кг	2323,11	3815,82	5733,66	9373,13	32572,08

б = 1,4; t = 1527 єС

Таблица 1.9

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	74,55	52,36	32,81	15,46	1,451
O2, %	5,215	9,856	13,97	17,65	20,67
, объем.	14,295	5,313	2,349	0,876	0,0702
, объем.	0,0699	0,188	0,426	1,142	14,245
N2, кг	0,9319	0,6545	0,4101	0,1933	0,0181
NO, %	0,212	0,245	0,231	0,178	0,059
NO, мг/м3	2840,8	3283	3095,4	2385,2	790,6
, доля	0,0028	0,0047	0,0070	0,0115	0,0410
, мг/м3	1420	1642	1548	1193	395
N2+N2' = N2', кг	0,9333	0,6561	0,4117	0,1944	0,0185
, мг/кг	3043,82	5003,5	7519,13	12267,02	42735,14

б = 1,0; t = 1727 єС

Таблица 1.10

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	72,52	49,79	30,61	14,19	1,328
O2, %	0,157	0,244	0,311	0,367	0,414
, объем.	461,91	204,06	98,42	38,66	3,21
, объем.	0,0022	0,0049	0,0102	0,0259	0,3117
N2, кг	0,9065	0,6224	0,3826	0,1774	0,0166
NO, %	0,067	0,069	0,061	0,045	0,015
NO, мг/м3	897,8	924,6	817,4	603	201
, доля	0,0009	0,0014	0,0020	0,0032	0,0113
, мг/м3	448,9	462,3	408,7	301,5	100,5
N2+N2' = N2', кг	0,9069	0,6228	0,3830	0,1777	0,0167
, мг/кг	989,91	1484,497	2134,02	3393,81	12035,57

б = 1,2; t = 1727 єС

Таблица 1.11

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	73,64	51,20	31,79	14,85	1,378
O2, %	2,927	5,528	7,809	9,831	11,50
, объем.	25,159	9,262	4,071	1,511	0,1198
, объем.	0,039	0,108	0,246	0,662	8,345
N2, кг	0,9205	0,64	0,397	0,186	0,017
NO, %	0,290	0,332	0,311	0,239	0,079
NO, мг/м3	3886	4448,8	4167,4	3202,6	1058,6
, доля	0,0039	0,0065	0,0098	0,0161	0,0573
, мг/м3	1943	2224,4	2083,7	1601,3	529,3
N2+N2' = N2', кг	0,9224	0,6422	0,3995	0,1872	0,0178
, мг/кг	4212,73	6927,17	10432,62	17105,50	59624,99

б = 1,4; t = 1727 єС

Таблица 1.12

Параметры	Содержание О2 в окислителе, А %
	20	40	60	80	98
N2, %	74,42	52,22	32,68	15,37	1,425
O2, %	5,12	9,73	13,83	17,52	20,57
, объем.	14,549	5,369	2,363	0,877	0,069
, объем.	0,069	0,186	0,423	1,1399	14,435
N2, кг	0,9303	0,6528	0,4085	0,1921	0,0178
NO, %	0,385	0,445	0,420	0,324	0,107
NO, мг/м3	5159	5963	5628	4341,6	1433,8
, доля	0,00517	0,00852	0,01285	0,02108	0,07509
, мг/м3	2579,5	2981,5	2814	2170,8	716,9
N2+N2' = N2', кг	0,93283	0,65573	0,41131	0,19430	0,01853
, мг/кг	5530,49	9093,67	13682,98	22345,31	77379,73

Исследования проводимые с целью изучения образования NO отражены в работах Сигала [3]. Во время исследований было сделано предположение, что измеряемые в начальной области пламени оксиды азота имеют не термическую природу, а непосредственно связаны с процессом горения. Проверка этого предположения осуществлена в работе Сигала [3, с.80] при сравнении выхода NO в пламенах и при внешнем нагреве воздуха. Были проведены исследования образования, как оксида, так и диоксида азота в потоке нагреваемого воздуха.

Исследования проводились с использованием природных печей СУОЛ-2 (Т? 1200 єС) и СДО - 125/2А (Т ? 1550 єС). Для охлаждения нагревательных элементов использовался инертный газ (аргон), поступающий под избыточным давлением в 2 кПа. Скорость воздушного потока составляла 1 м/с, время пребывания нагреваемого воздуха при максимальной температуре фпр = (4 ч 6,5)·10-3 с., что сравнимо с временем пребывания в реальных пламенах природного газа.

Из сравнения результатов, приведенных в таблице 1.13, можно сделать вывод, что в зоне температур, не превышающих 1000 єС, содержание термических NO в сумме оксидов азота не превышает 1,5 мг/м3. С увеличением температуры до 1400 - 1600 єС содержание термических NO повышаются до 4 - 9 мг/м3.

Образование оксидов азота при нагреве воздуха.

Таблица 1.13

Печь	Т, єС	NO, мг/м3	NO2, мг/м3
СУОЛ - 2 СДО - 125/2А	900 1000 1150 1200 1250 1300 1400 1450 1500 1550	0,5 1,5 2 2,5 3,2 3,5 4,6 4,7 5,2 5,6	- - - 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,1 3,5

Экспериментальные исследования [26, с. 121] продуктов сгорания ЭГГ переменного тока полной мощностью 100 л и 1000 кВт на содержание оксидов азота показало, что как локальные, так и среднемассовые содержания NO не ниже равновесных. Максимальные значения содержания NO составили 3 - 3,5 об.% при работе на газовоздушной смеси с б = 1,8 и температурах равных 2800єС. Эксперимент подтвердил возможность получения NO с помощью ЭГГ и позволил проанализировать энерготехнологические циклы с их использованием. Объектом анализа является цикл с принятой производительностью 10т NO. Продукт сгорания ЭГГ поступают в смеситель, где оксид азота закаливается холодными нитрозными газами с температурой 177 єС. Их температура снижается от температуры на выходе из горелки до 1500 єС. Из смесителя продукты горения направляются в тепломассообменник, где отдают часть своего тепла окислителю. Температура подогрева кислородно - азотной смеси в теплообменнике принята 1300 єС. За тем продукты идут в парогенератор, откуда одна часть их поступает на разделение, а другая - возвращается в смеситель.

Далее приведены результаты сжигания угольной пыли в экспериментальной установке [21, с. 402].

По существу, присутствие избытка воздуха влияет как на температуру , так и на концентрацию кислорода в газах в зоне дожигания. В данном эксперименте концентрация оксидов азота упала с 550 - 575 млн-1 при 25%-ном избытке воздуха до 175 млн-1 при 1,4%-ном избытке воздуха. Общая тенденция будет та же самая и при использовании в качестве топлива нефти или природного газа. Следует отметить, что наиболее выраженное снижение концентрации отмечалось при малом (< 10 %) избытке воздуха. Это происходит, не смотря на тот факт, что температура пламени увеличивается по мере того, как концентрация подаваемого воздуха приближается к стехиометрической. Быстрое падение концентрации кислорода здесь превалирует над температурным эффектом.

Теоретические данные по равновесному составу NO (Б.Я. Зельдович, К. Уорк, И.Я. Сигал) заметно отличаются (рис. 1.13). Но это различие не так важно, так как NO впоследствии восстанавливается до N2. Видно, что влияние сопоставимо с влиянием температуры в области температур менее 1400 єС.

Многочисленные опытные данные по фактическому выбросу NO при сжигании топлив и из технологических агрегатов так же существенно не коррелируются друг с другом и существенно ниже теоретических значений.

В дипломной работе предложено сопоставлять результаты теоретических и опытных данных по образованию NO в виде зависимости доли N2 перешедшей в NO по отношению к содержанию исходного N2. Эту долю предложено подсчитывать, учитывая первоначальные учеты N2 с размерностью мг/м3. Результаты такого пересчета представлены на рис. 1.14 - 1.16.

Предлагаемый пересчет позволяет выяснить долю NO (в процентах). Видно, что доля N2 переходящего в NO при сжигании метана СН4 при б = 1,2, t = 1327 єС и содержании кислорода 20 % не превышает 0,12%, а при t = 1527 єС не превышает 0,22 %. Эти значения в общем незначительные. Естественно такие низкие доли NO не должны ограничивать протекание обратной реакции восстановления NO в N2:

2NO N2 + O2. (1.14)

Практической ценностью предложенного обобщения теоретических данных является оценка уровня выхода оксида азота по мере уменьшеня температуры от максимальной к 1000єС, когда восстанавливается оксид азота до N2.

Таким образом предложенный метод обобщения по образованию NO является достоверным и очевидно, что таким методом можно обобщать результаты и других исследований.

2. Анализ опытных данных по образованию NO, NO2 в высокотемпературных технологических агрегатах (при производстве стали, стекла, огнеупорных материалов, извести)

На металлургических заводах источники образования оксидов азота имеются в каждом производстве. Основное количество промышленных выбросов NO и NO2 обусловлено проведением технологических процессов при высоких температурах. Высокий уровень температур обеспечивает сжигание различных топлив. Так, в г. Липецке значительное количество NO выбрасывается в атмосферу при производстве стали, цемента, извести, огнеупорных материалов. В последнее время количество выбросов NO существенно выросло в связи с работой завода по производству стеклотары (2 стекловаренных печи).

Целесообразно оценить реальные количества выбросов оксидов азота (NO и NO2) на этих производствах.

2.1 Особенности образования NO в процессах производства стали. Количественные данные

В сталеплавильных цехах основным источником загрязнения воздушного бассейна оксидами азота являются мартеновские печи. По данным ВНИПИчерметэнергоочистки, средняя концентрация оксидов азота в дымовых газах от мартеновских печей, работающих без продувки кислородом, - около 500 мг/м3; в период доводки она увеличивается до 800 мг/м3. При этом удельный выход оксидов азота составляет 0,3 - 1,5 кг/т стали. При работе мартеновских печей с продувкой кислородом содержание оксидов азота в дымовых газах колеблется от 500 до 12000 мг/м3; в период доводки оно возрастает до 2200 мг/м3. удельный выход оксидов азота 0,6 - 1,8 кг/т стали. В дымовых газах от двухванных агрегатов содержание оксидов азота достигает 120 - 320 мг/м3, а удельный выход их составляет от 0,06 - 0,23 кг/т стали.

От конвертеров, работающих по схеме с дожиганием оксида углерода, основное количество оксидов азота образуется в межпродувочный период. При использовании для подтопки смеси коксового и доменного газа калорийностью 11300 - 12500 кДж/м3 содержание оксидов азота составляет 160 - 220 мг/м3. Выбросы оксидов азота из конвертеров, работающих по схеме без дожигания оксида углерода, обусловлены горением газа на свече. Содержание оксидов азота в конвертерном газе, поступающем в атмосферу без дожигания, в ходе плавки не превышает 10 - 35 мг/м3 [4, с. 42].

В период горения свечи при теплотворной способности конвертерного газа 8370 кДж/м3 концентрация оксидов азота в продуктах сгорания достигает 50 мг/м3. При этом расход дымовых газов после свечи составляет 165 м3/с для 350-т конвертера, выплавляющего в сутки 7000 т стали. Это дает удельный выход оксидов азота 30 г/т конвертерной стали. Кроме того, выделения оксидов азота в конвертерном производстве происходят при процессах горения во время завалки скрапа и заливки чугуна, а так же сушки конвертеров и ковшей после ремонта.

В электросталеплавильном производстве оксиды азота, кроме процессов сушки ковшей, образуются при дожигании газов, отсасываемых через отверстие в своде печей. Учитывая, что ориентировочный объем указанных газов составляет до 450 м3/ч на 1 т емкости, и приняв среднюю продолжительность плавки 3,5 ч, можно определить, что выход оксидов азота при средней концентрации их в продуктах сгорания около 150 мг/м3 составляет: 45·150·3,85:106=0,24 кг/т стали.

В доменных печах оксиды азота не образуются, потому что доменный газ содержит восстановленные газы СО и Н2. Но оксиды азота образуются в системе отопления воздухонагревателей. Приведенная концентрация оксидов азота в продуктах сгорания доменного газа согласно Приложению 3 [4, с. 45] составляет 90 мг/м3, а в дымовых газах при их температуре 300 єС она равна 43 мг/м3.

Значительного увеличения оксида азота можно ожидать выше 1400 єС. Эти данные подтвердились промышленными исследованиями. Было выявлено, что максимальное количество оксида азота (до 0,05 % или 1000 мг/м3) образуется при наполнении воздухонагревателя дутьем после газового периода, когда велика температура купола, максимальны концентрации азота и кислорода и достаточно времени их пребывания в воздухонагревателе.

В период дутья и в газовый период в связи с уменьшением времени пребывания содержания оксидов азота было значительно меньше и составляло около 40 - 70 мг/м3 при температуре купола до 1440 єС, при чем в дутьевой период оно было выше, чем в газовый. Концентрация оксидов азота непосредственно у кожуха достигла 0,06 - 0,08 % (1200 - 1800 мг/м3) и увеличилась при пульсациях горения. По данным измерений на НТМК при температуре купола 1300 єС содержания оксидов азота в газовый период под куполом составляет 15 мг/м3, на заводе «Азовсталь» 60 мг/м3 при температуре купола 1420 єС. Общий выход оксидов азота от воздухонагревателей шести доменных печей производительностью 6,7 млн. т. чугуна в год составляет 20,7 г/с или 0,1 кг/т чугуна. Объем дымовых газов, содержащий оксиды азота, соответственно равен 2500 м3/т чугуна.

Оксиды азота в доменном производстве выделяются так же через фонарь литейного двора, где они образуются при сжигании топлива для сушки желобов 80 мг/м3. выбросы в результате процессов горения над расплавленными поверхностями чугуна и шлака составляют небольшую величину.

В агломерационном производстве 99 % оксидов азота выделяются с дымовыми газами, отсасываемыми от зон спекания агломерата и зон охлаждения. В этих газах по замерам Донецкого филиала ВНИПИчерметэнергоочистки, содержание оксидов азота составляет соответственно 160-240 мг/м3 (при нормальных условиях) и 20 мг/м3. Кроме того, оксиды азота выделяются от гаражей для размораживания руды. Количественно оксидов азота в дымовых газах от гаражей зависит от вида используемого топлива.

С учетом того, что на заводе, полностью работающим на агломерате, на 1 млн. т. стали расходуется 1,5 млн. т. агломерата, удельный выход оксидов азота равен 0,62 кг/т стали.

2.2 Особенности образования NO при производстве извести и огнеупорных материалов. Количественные данные

В известковом и огнеупорном производствах оксидов азота в основном образуются в результате сжигания газового топлива во вращающихся и шахтных печах (б = 1,2ч1,15) и в небольшом количестве во время обогрева бункеров (б=1,5). На долю известкового и огнеупорного производств приходится около 5,5 % газового топлива (по теплу), однако удельный выход оксидов азота от рассматриваемых производств значительно выше. Так, для завода, где общий расход газового топлива по теплу в известковом и огнеупорном производствах в 2,6 раз меньше, чем в прокатном производстве, выход оксидов азота меньше лишь в 1,1 раза и составляет 1286 т/год.

2.3 Особенности образования NO при производстве стекла. Количественные данные

Стеклоделие это одна из неблагополучных в экологическом отношении отраслей промышленности. Выбросы загрязняющих веществ содержат, в основном, пыль и взвешенные вещества, диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота. Во время загрузки шихты происходит активное выделение пыли, содержащей мелкодисперсную фракцию практически всех сырьевых материалов. В печи этот процесс усложняется плавлением и разложением компонентов с выделением газообразных оксидов азота, серы, углерода, паров воды и т.д

Более 90% производимого в мире стекла варится в газопламенных печах, сжигающих топливную смесь газ-воздух. Собственно на горение газа расходуется кислород, содержание которого в воздухе 20 %, а балластный азот в количестве 60-70 % при высокой температуре окисляется до NO2 и выбрасывается атмосферу. Расчет показал, что при среднем расходе газа 800 м3/час и соотношении газ/воздух =1/10 печь выбрасывает около 280·103 м3/сутки оксидов азота в пересчете на NO2.

По данным, предоставленным ООО 'ЧЗС Липецк' валовые выбросы оксида азота и диоксида азота за декабрь 2007 г. соответственно составляют 1204,84 мг/нм3 и 7414,4 мг/нм3.

Данные полученные кафедрой 25.05.09 показали, что при производстве стеклотары (работают 2 стекловаренных печи) валовые выбросы составляют:

печь №1 - выбросы NO составляют 1701 мг/нм3 и NO2 62,7 мг/нм3;

печь №2 - выбросы NO составляют 463 мг/нм3 и NO2 0 мг/нм3.

3. Разработка лабораторных установок для исследования закономерности образования NO и NO2

3.1 Лабораторные опыты по образованию NO с электропечью

Для проверки прохождения реакции восстановления оксида NO в N2 провели опыты на лабораторной установке с нагревом атмосферного воздуха до температуры 1500єС.

Эта лабораторная установка состоит из камерной электропечи мощностью 8 кВт.

Комплект этой лабораторной установки показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Схема установки для измерения образования NO и NO2:

1 - камерная электропечь сопротивления;

2 - стеклянная трубка;

3 - узел герметизации;

4 - медная трубка;

5 - ротаметр;

6 - газоанализатор.

Отвод нагретого воздуха из рабочего пространства печи реализовали через стеклянную трубку Ш 5,5 мм и длинно 800 мм при расходе воздуха 0,12м3/ч. Скорость газа в трубе 1,67 м/с, длительность прохождения длины трубки 0,48 с. Часть трубки находилась внутри печи и имела температуру 1500єС, а затем температура постепенно снижалась из-за теплоотдачи в окружающую среду. Контроль состава воздуха после выхода из трубы показал наличие оксида азота только при высоких температурах.

Сначала газоанализатор соединяем с ротаметром, который уже подсоединен к медной трубке. Берем стеклянную трубку, один конец вводим в печь, другой конец соединяем с медной трубкой. Были приняты меры, чтобы предотвратить подсос воздуха. Место соединения уплотняем - уплотнитель асбестовая вата (рис. 3.2)

Рис. 3.2 Узел герметизации стеклянной и медной трубы

Проверка на герметичность показала, что подсосов воздуха нет.

До того как включить печь в сеть необходимо на холодной печи подключить газоанализатор к газовой схеме. Включить газоанализатор и посмотреть показания ротаметра, затем проверить на герметичность тракта кварцевой трубы (закрыть пальцем отверстие в медной трубе и посмотреть на ротаметр. Если поплавок стоит на месте значит все герметично). Так как при нагреве печи температура высокая, то требуется охлаждение медной трубки. Для этого кладем влажную тряпку на медную трубу.

Когда все готово включаем печь в сеть. Печь находится в режиме непрерывного повышения температуры. Одновременно включаются вентиляторы печи. Пуск прибора (печи) сразу после включения его в сеть нельзя осуществить в течении нескольких секунд. В это время устанавливается аналога - цифровой преобразователь. При помощи регулятора программируем режим за 2,5 часа выйти на температуру 1500 єС. Максимально возможный разогрев печи 1650 єС. Разогрев печи до 1500 єС достигаем за 5 часов, т.к. во время нагрева печи осуществлялось перепрограммирование (результаты опытов представлены в пункте 4.1).

По окончании программирования можно осуществить пуск прибора.

Начинаем контролировать выход оксида азота когда печь нагревается до 800єС и через каждые 100 єС фиксировать показания, распечатывая показания газоанализатора.

Рис. 3.3 Кривая нагрева

3.2 Лабораторная работа с газовой горелкой

В данной лабораторной работе при помощи газовой горелки нагревается кварцевая трубка, которая подсоединена к газоанализатору. Схема данной лабораторной работы представлена на рис. 3.3.Лабораторная установка включала:

- кварцевая трубка Ш 12 мм и длиной 280 мм, являющейся рабочим пространством для формирования газовой среды, включая продукты сгорания бутана и подсасывающего избыточного воздуха;

- холодильник из стальной трубы;

- ротаметр;

- газоанализатор.

Все детали лабораторной установки закрепляем зажимами, отверстия кварцевой трубы устанавливаем напротив сопла газовой горелки. Измерения проводились для разных расстояний от сопла горелки до входного сечения кварцевой трубки (д = 5, 10, 20 и 27 мм).

Проверяем все ли готово к работе. После этого зажигаем горелку и включаем насос газоанализатора. Для первого опыта устанавливаем д = 5 мм. Получаем первые данные, фиксируем их. По данным видно, что содержание О2 снизилось с 20,9 % до 0,4 %. Концентрация NO колеблется от 45 ppm до 49 ppm. Снижение О2 объясняется тем, что во время горения горелки происходит подсос воздуха. Когда данные зафиксированы отключаем горелку. При этом наблюдается инерционность трассы (когда газ горелки отключен и О2 повышается до 20,9 %). Все другие опыты делаются аналогично.

Образование NO при горении газа может описываться двумя уравнениями:

О + N2 NO + N (3.1)

N + О 2 NO + О (3.2)

Из них реакция (3.1) считается определяющей образования NO. Выведение NO происходит главным образом за счет обратной реакции (3.2).

Рис. 3.3 Лабораторная установка для исследования образования NO при сжигании бутана С4Н10

3.3 Конструкция газоанализатора

3.3.1 Компоненты анализатора

Газоанализатор 'QUINTOX' - электронный газоанализатор с автономным питанием, предназначенный для проверки, оперативной настройки и обслуживания котлов, газовых турбин, горелок, дизельных установок, а также для контроля выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы. Измеряет:

· содержание O2, СО, CO2, NО, NО2, SO2, CxHy в дымовых газах

· температуру дымовых газов, наружного воздуха, воздуха для горения

Рассчитывает:

· содержание NО, NО2

· соотношение СО/СО2

· коэффициент эффективности сгорания топлива

· потери тепла с уходящими газами и химическим недожогом

· коэффициент избытка воздуха

Параметры газоанализатор 'QUINTOX'

Таблица 3.1

Обозначение	СхНу	O2	CO	NO	NO2	SO2
Диапозон измерений	0...5 (по метану)	0...25%	0...10000 ppm	0...5000 ppm	0...800 ppm	0...2000 ppm
Давление/ разряжение	150 мбар
Погрешность	+ 5%
Рабочая температура	0±40 °С
Максимальная температура для зонда	1 200 °С
Виды топлива	Природный газ, коксовый газ, мазут, уголь
Питание	От встроенной аккумуляторной батареи
Габариты/масса	450x230x300 мм/ 9 кг

3.3.2 Необходимые меры предосторожности

Данный анализатор выделяет газы, являющиеся продуктами горения. Они могут быть токсичны в относительно низких концентрациях. Эти газы выбрасываются из нижней части прибора. Прибор должен использоваться только в хорошо вентилируемых помещениях и только хорошо обученными и компетентными лицами после должного учета всех потенциальных опасностей.

3.3.3 Последовательность действий при обычном включении

Автоматическая калибровка

Во время выполнения этой последовательности 'анализатор нагнетает чистый воздух в датчики, что позволяет выставить на электрохимических датчиках ноль, а на датчике кислорода - 20.9%.

После включения анализатор на короткое время покажет на дисплее логотип Капе и номера телефонов, а затем появится экран с меню регистратора:

* * SELECT FUNCTION * *

1.. LOGGER CONTROL

2 . . QUINTOX CONTROL

Используя клавиши и устананвливаем курсор на 2. Quintox

Нажмаем ENTER для вызова функции управления Quintox.

Появляется экран с обратным отсчетом:

На дисплее ведется обратный отсчет времени от 300 до 0 с шагом 1 секунда. Если анализатор использовался недавно, то он может завершить автоматическую калибровку менее, чем за 300 секунд, в противном случае он будет считать до нуля.

Как только процесс калибровки завершен, подается звуковой сигнал, а на дисплее появляется экран с выбранным типом топлива :

Нажимаем ENTER.

Тем самым обнуляется датчик токсичности, а датчик кислорода устанавливается в 20.9%.

Отбор проб отходящих газов

Сразу после завершения процедуры автоматической калибровки и выбора типа топлива вводим зонд в нужную точку для отбора пробы.

Рекомендуется использовать точку отбора пробы, расположенную по крайней мере в двух диаметрах дымохода от любого изгиба, и опускать щуп зонда в центр дымохода (обычно в этой точке наивысшая температура).

Вывод информации на печать

Вывод на печать можно запустить вручную, когда на экране находится любое изображение. Сделать это можно, нажав клавишу PRINT

Технические характеристики изделий

Основные метрологические характеристики анализатора

Таблица 3.2

Основной параметр	Диапазон измерений	Предел допускаемой основной полгрешности, %
		приведенной	относительной
О2	0 ч 5 % об.д. 5 ч 25 % об.д.	± 5	± 5
СО	0 ч 500 ppm 500 ч 10000 ppm	± 10	± 10
NO	0 ч 500 ppm 500 ч 5000 ppm	± 10	± 10
NO2	0 ч 500 ppm 500 ч 800 ppm	± 10	± 10
SO	0 ч 500 ppm 500 ч 2000 ppm	± 10	± 10
CxHy	0 ч 500 ppm 500 ч 2000 ppm	± 10	± 10
Температура отходящих газов	0 ч 50 єС 50 ч 1100 єС	± 1 єС ± 2 єС
Температура воздуха	0 ч 50 єС 50 ч 600 єС	± 1 єС ± 2 єС
Давление	± 150 гПа	± 5 єС

4. Результаты исследований образования оксидов азота в лабораторных условиях

4.1 Результаты исследований образования NO и NO2 в лабораторной работе с электропечью

Включение печи произошло в 10:30. Затем данные фиксировались и они отображены в таблице 4.1.

Данные лабораторных исследований.

Таблица 4.1

Время	t, єС	О2, %	NO, ppm	NO2, ppm
11:00	191	-	-	-
11:30	360	-	-	-
12:00	569	20,8	4	3
12:30	767	20,9	7	1
Перепрограммирование
13:00	663	20,8	3	3
13:30	815	20,8	5	0
14:00	980	20,8	6	0
14:30	1118	20,8	6	1
15:00	1270	20,8	8	1
15:20	1380	20,8	35	1
15:30	1445	20,8	118	4
15:45	1500	20,8	387	26

Видно, что при низких температурах NO практически не образуется. При температуре порядка 800 єС количество образующихся NO и NO2 все еще малы, хотя количество NO уже превалирует над NO2. До температуры 1500 єС происходит процесс восстановления NO, а при 1500 єС образуется больше количества NO, которое не успевает восстанавливаться.

Переведем полученные данные измерений из ppm в мг/м3.

;

;

;

;

;

;

.

Построим график зависимости температуры от времени.

Таблица 4.2

єC	NO	NO2	NO2 NOЅ	NONO2 NOфикс
	ppm	мг/м3	ppm	мг/м3
1118	6	8,04	1	2,05	0,2549	0,166
1270	8	10,72	1	2,05	0,1912	0,124
1380	35	46,9	1	2,05	0,0437	0,028
1445	118	158,12	4	8,2	0,0519	0,034
1500	387	518,58	26	53,3	0,1876	0,067

Таблица 4.3

єC	NOост, мг/м3	NOвозд, мг/м3	NOост NOвозд
1118	8,04	1050	0,7
1270	10,72	1650	0,65
1380	46,9	2900	1,6
1445	158,12	3400	4,6
1500	518,58	4700	11,0

Проведенные опыты показали малые количества NO, т.е. идет процесс восстановления. Именно из-за восстановления фиксированные значения NO не коррелируются с теоретическими данными.

При высоких температурах зафиксировано появление NO2. При температуре 1500 єС концентрация NO2 достигает 54 мг/м3. Это соответствовало переходу NO в NO2 в количестве

,

т.е. в NO2 при температуре 1500 єС перешло 6,79 % NO. Появление NO2 остается не ясным. Но все-таки это не существенное количество NO2 по сравнению с оксидом NO.

4.2 Результаты исследований образования NO и NO2 в лабораторной работе с газовой горелкой

Результаты опытов представлены в таблице.

Таблица 4.4

	д, мм
	5	5	5	10	10	20	27
О2, %	0,8	0,5	0,4	0,3	0,5	1,6	1,5
СО ppm	25956	25930	25853	25827	25827	2081	228
NO ppm	48	45	49	57	53	50	57
NO2 ppm	1	1	1	1	0	4	7
SO2 ppm	223	123	203	171	176	15	0
СО %	2,5956	2,593	2,5853	2,5853	2,5827	0,2081	0,0228
NO мг/м3	64,32	60,3	65,66	76,38	71,02	67	76,38
NO2 мг/м3	2,05	2,05	2,05	2,05	0	8,2	14,35
SO2 %	0,0223	0,0123	0,0203	0,0171	0,0176	0,0015	0

5. Анализ нормативных актов по учету выбросов NO, NO2

Основной пакет нормативно-методической документации, сформулированный в конце 80-х и начале 90-х годов, действуют и сегодня. Среди этих документов основополагающую роль играют:

- ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями;

- ОНД - 86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

В настоящее время нормативно-методическая база нормирования продолжает развиваться в значительной мере благодаря научно-исследовательской и методической деятельности НИИ Атмосфера по обоснованию и развитию методических аспектов охраны атмосферного воздуха.

В соответствии с п. 1.5 ОНД-86 [27] при расчете концентраций следует учитывать полную или частичную трансформацию поступающих в атмосферу вредных веществ в более токсичные. При определении выбросов оксидов азота в пересчете на NO2 обусловленных производственными процессами, связанными сжиганием различных видов топлив (от котлоагрегатов различной мощности, различных печей, плавильных и факельных установок, горнов, дизельных установок, автотранспорта и т.п.), необходимо разделять их на составляющие: оксид азота и диоксид азота.

Для контроля NO на предприятиях можно использовать измерительные средства на основе химических или физических методов. В настоящее время на промышленных предприятиях, НЛМК для контроля NO используются переносные приборы с датчиками на NO. При выходе в атмосферу NO легко переходит в NO2 при реагировании с озоном.

NO + О3 NO2 + О2. Имеются так же рекомендации НИИ Атмосферы по пересчету измеренных выбросов NO в расчетные значения NO2 (по трансформации оксидов азота). Например, на агломерационном производстве пересчет NO в NO2 производится с коэффициентом трансформации по массе 2,18 (таблица 5.1). То же самое по системе отопления коксовых батарей.

Таблица 5.1

	NO2, тонн	NO, тонн	NO2, г/с	NO, г/с	Коэф. транс.
Цех АГП Агломашина №1	2,26	1,03	26,43	12,10	2,184

Таблица 5.2

	NO2, мг/м3	NO2, мг/м3	Коэф.транс.
Система отопления коксовых батарей	410,641	187,92	2,184

Для стекловаренных печей отчетные данные по выбросам оксидов азота предприятия ООО 'ЧСЗ Липецк' представлены в таблице 5.3. На стекловаренных печах учитываемый коэффициент пересчета равен 6,15 (по рекомендации НИИ Атмосфера ). Имеются так же данные по стекловаренной печи, измеренные кафедрой 25.05.09 (таблица 5.4). Данные полученные раннее и данные кафедры не коррелируются.

Таблица 5.4

t, єС	Скорость отходящих газов, м/с	Объемный расход, нм3/с	Компонент	Концентрация, мг/нм3	Кол-во, г/с
Печь № 1
235	6,9	14,1	Азота диоксид Азота оксид Сера диоксид Углерод оксид	62,7 1701 2049 0	0,044 0,1206 0,1453 0
Печь № 2
260	9,76	19	Азота диоксид Азота оксид Сера диоксид	0 463 1600	0 0,0244 0,0842

Коэффициенты трансформации для производственных процессов, связанных сжиганием различных видов топлив в общем случае принимаются на уровне максимальной установленной трансформации, т.е. 0,8 - для NO2 и 0,13- для NO.

Исследования, проведенные ГГО им. А.И. Воейкова и НИИ Атмосфера позволяют считать, что установленное максимальное значение коэффициента трансформации оксидов азота в атмосфере завышено и не всегда правильно отражает особенности метеорологического режима и состояние загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения источников выбросов вредных веществ в атмосферу, а так же спектр выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и их массу.

Поэтому, НИИ Атмосфера и ГГО А.И. Воейкова проводит работы по определению коэффициентов трансформации оксидов азота в атмосфере для районов расположения крупных промышленных объектов. К настоящему времени определены коэффициенты трансформации для ряда предприятий нефтеперерабатывающей промышленности, черной и цветной металлургии.

В некоторых методиках при расчетах выбросов оксидов азота наряду с определением суммарных выбросов NOx приводятся формулы для раздельного определения NO и NO2 в выбрасываемой газовоздушной смеси, которые не учитывают трансформацию оксидов азота в диоксид в атмосфере. Поэтому, в этих случаях сначала следует определять суммарные выбросы NOх (в пересчете на NO2), затем, используя установленные коэффициенты трансформации NO в NO2, выбросы NO2 в NO. Если для рассматриваемого объекта такие коэффициенты не установлены, то используются максимальные из установленных.

Таблица 5.3

Организация, проводившая измерения	Дата	Наименова - ние источника	Место проведения измерений	Объемный расход газов. смеси, м3/с при н.у.	Наименование вещества	Массовые концентрации веществ, мг/нм3	Выброс ЗВ, г/с
Филиал ЦЛАТИ по Липецкой области	03.12.07	Стеклова- ренная печь №1	Дымовой канал	32,077	Азота оксид Азота диоксид	143,52 883,20	4,604 28,331
	04.12.07			32,529	Азота оксид Азота диоксид	163,67 1007,20	5,324 32,764
	06.12.07			32,42	Азота оксид Азота диоксид	135,72 835,20	4,400 27,077
	07.12.07			31,618	Азота оксид Азота диоксид	149,11 917,60	4,715 29,013
	10.12.07			29,144	Азота оксид Азота диоксид	115,83 712,80	3,376 20,774
	11.12.07			31,257	Азота оксид Азота диоксид	67,08 412,80	2,097 12,903
	12.12.07			28,148	Азота оксид Азота диоксид	78,13 480,80	2,199 13,534
	13.12.07			32,746	Азота оксид Азота диоксид	84,63 520,80	2,771 17,054
	14.12.07			29,579	Азота оксид Азота диоксид	91,13 560,80	2,696 16,588

6. Перспектива по минимизации образования NO, NO2 в технологических и тепловых агрегатах

Снижение загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем развития российской теплоэнергетики. В настоящее время действуют довольно жесткие нормативы, регламентирующие выбросы в атмосферу. Подавляющее большинство действующих котлов, имеют значительно более высокие уровни выбросов NOX, чем это регламентируется ГОСТ Р50831-95. Есть ряд методов по минимизации выбросов NO и NO2 в атмосферный воздух. Эффективность этих методов показана на рис. 6.1.

6.1 Режимные мероприятия по снижению выбросов оксидов азота

Анализ известных представлений о топочном процессе в сочетании с результатами промышленных испытаний позволил оценить возможности снижения выбросов NОх на действующих котлах за счет режимных мероприятий. В частности, эмиссия оксидов азота может быть уменьшена за счет правильного выбора избытка воздуха, выключения из работы одной или нескольких горелок, перераспределения избытков воздуха по ярусам или по отдельным горелкам (нестехиометрическое сжигание). При правильной настройке топочного процесса реализация этих мероприятий приводит к снижению выбросов NOx на 10--40 %.

При сжигании «трудных» топлив внедрение «малотоксичного» сжигания без соответствующей реконструкции топочной камеры может вызвать шлакование экранов, высокотемпературную коррозию или увеличение потерь с недожогом топлива.

6.2 Технологические методы снижения выбросов оксидов азота при факельном сжигании органического топлива

Исследование физико-химических процессов образования воздушных и топливных оксидов азота показало, за счет чего можно существенно снизить образование NOx при сжигании органического топлива.

Однако реализация практически всех мероприятий, снижающих образование NОх, ухудшает топочный процесс и усложняет работу котельных установок. В настоящее время для обеспечения норм по допустимым выбросам NOx на энергетических котлах применяются малотоксичные горелки (LNB), различные варианты ступенчатого сжигания (OFA и reburning-process), рециркуляция дымовых газов (FGR -- на газомазутных котлах). В России в стадии разработки находится новый процесс подавления NОх -- предварительный подогрев угольной пыли.

Результаты исследований механизма образования топливных оксидов азота при факельном сжигании органического топлива в котлах ТЭС показали, что имеются широкие возможности для существенного снижения выбросов NОх котлами, так как за счет изменения конструкции горелок и других элементов топочного устройства можно в значительной степени изменить основные параметры пылеугольного факела. Однако трудность реализации методов подавления оксидов азота состояла в том, что большинство технических решений, снижающих образование NОх, ухудшают топочный процесс и, наоборот, почти при всех мероприятиях, улучшающих горение органического топлива, одновременно увеличивается образование NОх.

И все же длительные поиски и большой объем промышленных испытаний позволили для большинства углей найти такие технические решения, которые снижают образование топливных NОх без заметного ухудшения топочного процесса.

6.3 Влияние конструкции горелки на эмиссию NOx

Конструкция горелки в решающей степени определяет параметры процессов воспламенения и горения топливовоздушной смеси и тем самым влияет на количество образующихся оксидов азота. Практически все котлостроительные фирмы, а также многие научно-исследовательские и наладочные организации разрабатывали свои варианты малотоксичных горелок, которые позволяют на 30--50 % сокращать выбросы оксидов азота, не снижая надежности котельных установок, и лишь незначительно влияют на экономичность топочного процесса.

Проведенные исследования процесса образования топливных NOx показали, что решающее влияние на количество оксидов азота оказывает конструкция пылеугольной горелки, которая формирует факел и определяет параметры процесса горения в факеле. Именно эти параметры влияют на интенсивность образования NOx.

Горелка с низкой эмиссией оксидов азота должна удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать максимальную скорость выделения летучих и, по возможности, полный выход летучих топлива;

образовывать начальную зону с недостатком кислорода, но при этом количество кислорода должно быть достаточным, чтобы обеспечить стабильность пламени;

оптимизировать время пребывания и уровень температуры в зоне богатой топливной смеси таким образом, чтобы промежуточные азотистые вещества в максимальной степени переходили в молекулярный азот;

обеспечивать максимальное время пребывания коксовых частиц в условиях богатой топливной смеси для уменьшения образования NО из азота кокса;

обеспечивать подвод вторичного воздуха в достаточном количестве в нужном месте, чтобы происходило полное сгорание топлива.

Кроме этих требований должен быть учтен ряд практических соображений:

горелка должна работать так, чтобы не было существенного увеличения потерь тепла от неполноты сгорания;

пределы стабильности пламени не должны быть ухудшены;

желательно, чтобы само пламя имело общую окислительную оболочку для предупреждения коррозии труб топочных экранов.

В настоящее время в эксплуатации находятся горелки различных конструкций с низким выходом NОX, разработанные разными котлостроительньными фирмами. В большинстве из них для выполнения указанных требований используется принцип двухступенчатого сгорания в пределах факела горелки. Это достигается путем создания первичной зоны горения с количеством воздуха ниже стехиометрического. Для ее образования используется первичный воздух и часть вторичного. Остальной воздух, необходимый для завершения процесса горения, вводится таким образом, чтобы не ухудшить первичный процесс снижения выхода NOx, но обеспечить эффективное дожигание топлива.

Одной из первых горелок с низкой эмиссией NOx,,внедренных на мощных энергоблоках, стала пылеугольная горелка HT-NR (высокотемпературная, с низким выходом NOx разработанная фирмой Bar-cock Hitachi КК (Япония) на основе двухрегистровой горелки.)

Пылевзвесь подается через центральную трубу, а вторичный воздух делится на два кольцевых потока: внутренний и периферийный. Аэродинамика горелки обеспечивает развитую внутреннюю зону рециркуляции. Другой важной конструктивной особенностью горелки является наличие стабилизатора, благодаря которому обеспечивается интенсивное воспламенение в непосредственной близости от сопла аэросмеси. Высокая температура в этой зоне способствует быстрому выделению летучих и раннему воспламенению. Это, наряду с развитой внутренней зоной рециркуляции, обеспечивает благоприятные химические условия и достаточное время пребывания частиц в восстановительной зоне факела. Благодаря высокотемпературной внутренней рециркуляционной зоне непосредственно на выходе из канала первичного воздуха, в которой происходит отгонка летучих из угольной пыли, увеличивается выход летучих. Они сразу попадают в зону с глубоким недостатком кислорода, что способствует интенсивному переходу азотсодержащих компонентов в молекулярный азот, а не в NО. Высокотемпературная отгонка летучих приводит, кроме того, к повышению стабильности пламени. По способности работы при пониженной нагрузке горелки с низкой эмиссией NOx превосходят базовые конструкции.

Дальнейшее усовершенствование горелки HT-NR привело к созданию горелки типа NR2, в которой за счет некоторых изменений в конструкции обеспечивается оптимизация процесса сжигания. Речь идет о новом разделителе внутреннего и периферийного потоков вторичного воздуха, позволившем развить внутреннюю зону рециркуляции, и о пылеконцентраторе, установленном по оси горелки и регулирующем процессы воспламенения и выделения летучих.

Максимальная эффективность снижения выбросов оксидов азота достигается при сочетании новых горелок с двух- или трехступенчатым сжиганием. Здесь также проявляется преимущество горелки NR2.

Одновременно с установкой новых горелок была осуществлена схема двухступенчатого сжигания. При сжигании природного газа было достигнуто существенное снижение концентрации NOx, которая до модернизации составляла 500 мг/м3. После модернизации при одноступенчатом сжигании концентрация оксидов азота при номинальной производительности составила от 150 до 250 мг/м3 в зависимости от расположения горелок. При двухступенчатом сжигании (бг = 0,9) и номинальной производительности котла концентрация NOx была менее 100 мг/м3, при этом расположение горелок не играло существенной роли. При одноступенчатом сжигании каменных углей (Vdaf = 19--33 %) снижение концентрации NOx составило около 30 %, при этом для сохранения содержания горючих в уносе, которое было до модернизации, пришлось работать с более высоким коэффициентом избытка воздуха бг. Это объясняется тем, что, во-первых, при одноступенчатом сжигании от 2 до 4 % воздуха подается в сопла острого дутья для охлаждения, что мало эффективно для процесса сжигания, во-вторых, горелки не были рассчитаны на одноступенчатое сжигание и поэтому работали в нерасчетном режиме.

Центральный исследовательский институт электроэнергетической промышленности (Япония) сделал следующий шаг в разработке пылеугольных горелок с низкой эмиссией оксидов азота. Известно то, что в горелке нового типа использован ступенчатый принцип сжигания топлива, существенно сокращающий образование NOх. Выброс оксидов азота доведен до 200 мг/м3 вместо 400 мг/м3 лучших из ныне действующих горелок. Новая горелка имеет и другое важное достоинство -- широкий диапазон изменения нагрузки. Угольные потоки распределяются таким образом, что пламя не гаснет даже при работе на очень низких нагрузках. Демонстрационные испытания на ТЭС Saijo показали возможность устойчивой эксплуатации без подсветки при нагрузках 20% номинальной (это соответствует, минимальной нагрузке мазутных котлов).

Филиал японского концерна Мицубиси разработал новую схему тангенциальной топки, названную CUF (circular U-shaped flame firing)]. Основная идея этого способа -- разместить горелки в зоне высоких тепловых потоков, вблизи ядра факела. Для этого горелки устанавливают не в углах топки, где тепловые потоки всегда меньше, а в середине cтен под углом к ним, где местные тепловые потоки к корню факела достаточно высоки. Установка горелок с наклоном вниз дает возможность уменьшить скорость пылевзвеси и соответственно приблизить зону горения к устью горелок. Котел энергоблока 300 МВт с такой топкой впервые опробован на электростанции Хуангтан (Китай). В 1995 г. фирма сделала сообщение, что такая топка в сочетании с подачей 40 % воздуха в верх блока горелок может снизить выброс NOх до 130 мг/м3 при содержании горючих в уносе 2%. Для сравнения концентрация оксидов азота при сжигании того же угля в обычной тангенциальной топке и с 25%-ной подачей верхнего воздуха составила примерно 240 мг/м3.

6.4 Различные схемы ступенчатого сжигания

Эффективным средством снижения эмиссии NOх являются ступенчатый ввод воздуха (OFA, или двухступенчатое сжигание) и ступенчатый ввод топлива с частичным восстановлением NOx в топке (трехступенчатое сжигание). При сжигании высокореакционных каменных и бурых углей значительное снижение выбросов NОх может быть достигнуто за счет сочетания ступенчатого сжигания по вертикали и горизонтали. Этот метод, получивший название «концентрическое сжигание», одновременно с уменьшением выбросов оксидов азота позволяет сократить опасность ошлакования топочных экранов и высокотемпературной коррозии труб в нижней части топочной камеры.

Правильное применение метода трехступенчатого сжигания позволяет на 50--60 % снизить эмиссию NOx при сжигании каменных углей даже в топках с жидким шлакоудалением.

Все известные технологические методы подавления оксидов азота на пылеугольных котлах, включая малотоксичные горелки, или различные схемы ступенчатого сжигания фактически являются способами создания восстановительных зон, которые необходимы для деструкции NO.

Возможные варианты ступенчатого сжигания применительно к котельным установкам можно условно разделить на три группы.

Впервые проект реконструкции котла с переводом его на схему двухступенчатого сжигания был разработан сотрудниками ВТИ вместе с СКБ ВТИ еще в конце 70-х годов ХХ в. Реализация этого проекта на котле производительностью 210 т/ч доказала эффективность выбранного метода при сжигании битуминозного угля и высокозольных отходов обогащения этого угля. До реконструкции концентрация оксидов азота в дымовых газах достигала 900 мг/м3 в пересчете на NO2 в сухой пробе дымовых газов при концентрации О2 = 6 %.

После реконструкции, которая потребовала останова котла только на две недели, концентрация оксидов азота снизилась до 490 мг/м3, т.е. на 45 %. Конструкция сопл третичного воздуха позволила менять направление воздушных струй.

Оказалось, что при наклоне струй третичного воздуха вверх на 10° концентрация оксидов азота равна 470-540 мг/м3 (6 % О2). Содержание горючих в уносе в последнем случае было ниже только на 0,3 % по сравнению с опытами, в которых струи третичного воздуха были направлены вверх (т.е. зона с недостатком воздуха была больше).

Еще один важный вывод был сделан в этой работе: концентрация NOx зависит от доли первичного воздуха а, и разности скоростей в выходном сечении горелок w2 - W1.

Следовательно, выбросы оксидов азота при сжигании каменных углей в тангенциальной топочной камере могут быть снижены за счет ступенчатого сжигания, а также дополнительно за счет уменьшения доли первичного воздуха (в пределах, допускаемых пылесистемой) и уменьшения разницы скоростей вторичного и первичного воздуха.

Общий эффект по снижению выбросов NOx достигает 50 %. Температура газов на выходе из топки после реконструкции выросла примерно на 40 %. тепловой агрегат азот образование

Вторая группа -- это схема ступенчатого сжигания (reburning по терминологии, принятой за рубежом). Эта схема предполагает сжигание 80--85 % топлива с обычным избытком воздуха (б = 1,05--1,10) и создание восстановительной зоны выше основной зоны горения за счет ввода оставшихся 15--20 % топлива с недостатком окислителя.

В верхнюю часть топки подается третичный воздух, необходимый для догорания продуктов неполного сгорания из восстановительной зоны. Эта схема с успехом опробована на нескольких котлах, в том числе и при сжигании высокосернистого донецкого угля марки Г на котле СКД Ладыжинской ГРЭС. Котел (заводская марка ТТТП-312) паропроизводительностью 950 т/ч имеет параметры 25 МПа, 545/545 °С. Топка котла -- с жидким шлакоудалением. Вихревые пылегазовые горелки расположены встречно на фронтовом и заднем экранах в два яруса по высоте по восемь горелок в каждом ярусе. Пыль подается к горелкам сушильным агентом, но часть сушильного агента при работе на ухудшенном топливе сбрасывается в топку через два сопла, размещенных на фронтовой стене выше верхнего яруса горелок.

Учитывая наличие на Ладыжинской ГРЭС природного газа, решили для дополнительных горелок использовать природный газ (15--20 % по теплу), а число и размещение основных пылеугольных горелок оставить без изменения. Дополнительные газовые горелки были выполнены прямоточными и установлены встречно на фронтовом и заднем экранах. Сопла третичного воздуха были размещены выше дополнительных горелок также на фронтовом и заднем экранах.

Для обеспечения требуемой по условию шлакования ширм температуры газов в верхней части топки был установлен аэродинамический выступ.

Переход на схему трехступенчатого сжигания предполагает наличие в топке восстановительной зоны, в результате чего можно ожидать некоторого снижения интенсивности горения угля. В свою очередь, это может привести к росту температуры газов те топки Тт', перераспределению падающих тепловых потоков в топке, повышению потерь тепла с механическим недожогом q4, появлению сероводорода в пристенной области экранов топки и усилению процессов их высокотемпературной коррозии. Уровень изменения указанных величин и степень его влияния на надежность, и экономичность работы котла являются важными характеристиками, которые определены при проведении испытаний котла. Испытания на котле ТПП-312, реконструированном по схеме трехступенчатого сжигания, показали, что котел работает надежно и экономично в широком диапазоне нагрузок. При подаче в дополнительные горелки природного газа (6--16%) и газов рециркуляции (8--10%) концентрация NОх за котлом составила в среднем

570 мг/м3 (в пересчете на NО2 при б = 1,4). До реконструкции концентрация NОх в дымовых газах менялась в зависимости от избытка воздуха от 1100 до 1200 мг/м3. В лучших опытах после реконструкции, расход вторичного воздуха на основные горелки уменьшался до расчетного значения бг = 1,05, концентрация NОх снижалась примерно до 400 мг/м3, что является достаточно хорошим показателем для котлов с жидким шлакоудалением.

Кроме описанной выше классической схемы трехступенчатого сжигания специалистами ВТИ была разработана и успешно реализована на ряде крупных энергетических котлов так называемая «упрощенная» схема трехступенчатого сжигания, которая предполагает использование существующих горелок верхнего яруса для создания восстановительной зоны. При реализации такой схемы не требуется установка новых горелок, что значительно уменьшает объем и стоимость реконструивных работ.

К недостатком метода трехступенчатого сжигания можно отнести некоторое усложнение схемы подачи топлива в топочную камеру, поскольку появляется дополнительный ярус горелок, работающих с недостатком воздуха. В некоторых случаях при конструкции действующих котлов необходимость установки дополнительных горелок создает существенные трудности.

Есть еще одна схема, не требующая установки дополнительного яруса горелок. В этой схеме восстановительная зона формируется в центральной части топки, вдали от топочных экранов, что позволяет избавиться от таких побочных явлений, как шлакование топочных экранов или их высокотемпературная коррозия. Эта схема получила название «концентрическое сжигание», и в последние годы она все чаще используется для снижения выбросов NOх, при сжигании высокореакционных углей на электростанциях Европы, США и Японии.

Восстановительная зона в этой схеме обеспечивается изменением конструкции прямоточных горелок, установленных вблизи углов топочной камеры.

Верхнее сопло вторичного воздуха в этой горелке может отклоняться от оси горелки на угол в. В результате этого в центре топки образуется зона, обогащенная топливом, а вблизи экранов -- среда, обогащенная воздухом. Ступенчатость по горизонтали дает такой же эффект, как и ступенчатость по вертикали. На котле ТП-85 Иркутской ТЭЦ-9 при сжигании азейского бурого угля концентрация оксидов азота снизилась (при нагрузке, близкой к номинальной) от 1100 до 650--700 мг/м3. В США схема концентрического сжигания широко внедряется как при реконструкции действующих котлов, так и при сооружении новых котельных установок, рассчитанных на сжигание каменных и бурых углей. В результате новой организации топочного процесса на всех котлах удалось снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах в 1,5--2 раза, а экономичность котлов осталась практически на прежнем уровне.

Эффективность схемы концентрического сжигания определяется степенью обогащения топливом центральной зоны топочной камеры и соответственно обогащения воздухом периферийной зоны, примыкающей к топочным экранам. Понятно, что увеличивая долю вторичного воздуха, который отклоняется от направления струй топливовоздушной смеси, и увеличивая угол (в плане) между этими двумя потоками, мы можем добиться более глубокого снижения выбросов NОх. Однако увеличение времени пребывания топлива в зоне с недостатком окислителя приводит к снижению скорости выгорания коксового остатка, а время пребывания в верхней части топки, после ввода третичного воздуха, ограничено существующими размерами топочной камеры.

6.5 Рециркуляция дымовых газов

Подача некоторой части дымовых газов из газохода за котлом или за экономайзером в ядро горения уменьшает максимальную температуру и действующую концентрацию кислорода. Результатом этого является снижение количества оксидов азота в продуктах сгорания.

Эффективность этого метода подавления NОх определяется не только количеством рециркулирующих дымовых газов, но также способом их подачи в ядро горения и уровнем температуры в топке до ввода газов рециркуляции. При низкотемпературном сжигании эффективность рециркуляции может оказаться незначительной, но при сжигании газа и мазута в высоконапряженных топках даже умеренная рециркуляция дымовых газов позволяет в 3--4 раза снизить выбросы NОх (рис. 6.2).

На пылеугольных котлах эффект от рециркуляции дымовых газов может быть получен только в случае замещения этими газами первичного воздуха, транспортирующего угольную пыль к горелкам. Обобщение результатов испытаний различных схем ввода рециркуляции дымовых газов показало, что наибольший эффект по снижению выбросов NОх дает ввод дымовых газов рециркуляции через центральные каналы горелок. Однако широкого распространения этот способ не нашел, так как возникают сложности с обеспечением стабильного воспламенения факела, особенно при сжигании тяжелых сортов мазута.

Наибольшее распространение получил ввод части дымовых газов в смеси с дутьевым воздухом, а также по средним или периферийным каналам горелок. Применение рециркуляции дымовых газов совместно с другими мероприятиями, подавляющими образование оксидов азота, существенно повышает эффективность снижения выбросов NОх.

Успешным решением проблемы выбросов NОх на газе можно считать комплекс мероприятий, разработанных Уралтехэнерго и ВТИ для энергоблока мощностью 800 МВт Сургутской ГРЭС-2. На котлах этой электростанции, работающих на газе, был внедрен описанный ранее метод двухступенчатого сжигания в сочетании с рециркуляцией дымовых газов и впрыском 10% влаги через горелки. За счет этого концентрация NOx снизилась примерно на 87 % (с 1200 до 160 мг/м3 в расчете на сухую массу при О2 = 6 %).

Разработанные сотрудниками ВТИ горелки с оригинальной конструкцией ввода газов рециркуляции в рассечку между двумя потоками воздуха позволили снизить концентрацию NОх с 335 до 120 мг/м3 на энергоблоке 200 МВт Шатурской ГРЭС. На этом же энергоблоке при сжигании мазута концентрация NOх была снижена с 510 до 250 мг/м3.

На энергоблоках мощностью 200 МВт Щекинской ГРЭС (котлы с фронтальным расположением горелок в два яруса по высоте) был внедрен комплексный метод, состоящий в рециркуляции дымовых газов и в упрощенном трехступенчатом сжигании, когда в горелки верхнего яруса подается топливо с недостатком воздуха (б < 1,0), а выше этих горелок в топку вводится недостающий для полного сгорания воздух в виде струй острого дутья. При таком решении концентрация NOx за котлом снизилась с 300 до 90 мг/м3.

Очень хороший результат (снижение выбросов NОх почти в 15 раз) был получен при сжигании газа на котле ТГМП-344А на ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» (до реконструкции удельный выброс NОх составлял 1500 мг/м3, при рециркуляции дымовых газов в воздушный короб с отключением части горелок - 100 мг/м3). При сжигании мазута этот же технологический метод позволил снизить концентрацию NОх с 1320 до 210 мг/м3 (т.е. на 85 %,или в 5,3 раза).

Испытаниями на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» установлено, что применение рециркуляции дымовых газов (особенно при r = 10--20%) сопровождается рядом отрицательных моментов. Прежде всего это повышение температуры уходящих газов с увеличением доли рециркуляции. При полной загрузке одного ДРГ температура уходящих газов повышается на всех нагрузках котла в среднем на 10--12 °С, что эквивалентно снижению КПД котла на 0,5-0,6 %. С ростом газовой рециркуляции повышаются также расходы на собственные нужды за счет как затрат на привод ДРГ, так и дополнительных затрат на приводы дутьевых вентиляторов и дымососов. Кроме того, дополнительно снижается экономичность блока из-за увеличения расходов на впрыски в промежуточный пароперегреватель.

6.6 Предварительный подогрев угольной пыли

Одним из наиболее эффективных средств подавления топливных оксидов азота является предварительный подогрев угольной пыли до температуры, при которой начинается активный выход летучих. Если этот процесс организовать до поступления топлива в топку и при существенном недостатке окислителя (б = 0,02--0,05), то бульшая часть азотсодержащих компонентов переходит в молекулярный азот N2, в результате концентрация NO в продуктах сгорания снижается в 2--5 раз, а процесс горения коксовых частиц в факеле начинается на более ранней стадии, что может снизить содержание горючих в уносе.

Для широкого внедрения этого метода на энергетических котлах предстоит еще решить ряд инженерных проблем, связанных с необходимостью подогревать угольную пыль до требуемой температуры до ее поступления в топку.

Исследования, проведенные В.И. Бабием и его сотрудниками в конце 70-х--начале 80-х годов, показали, что образование топливных оксидов азота в пылеугольном факеле происходит при разложении и выделении азотистых соединений топлива в процессе выхода летучих веществ из частиц угольной пыли на начальном участке факела. В связи с этим возникла идея разработки нового метода уменьшения выхода NOx в топках котлов путем такой обработки угольной пыли до подачи ее в камеру сгорания, которая позволила бы перевести азотистые соединения топлива в химически неактивное состояние. Одним из средств достижения этой цели является предварительная термическая обработка угольной пыли. Первые же опыты подтвердили перспективность нового метода. В ВТИ была создана специальная экспериментальная установка, на которой в течение ряда лет проводились исследования, показавшие, что новый метод является одним из наиболее эффективных способов подавления образования топливных оксидов азота в пылеугольных топках и позволяет уменьшить выбросы NОх с дымовыми газами в 2-5 раз в зависимости от температуры и условий предварительного подогрева угольной пыли. Опыты свидетельствуют о снижении выхода NОх по мере повышения температуры подогрева пыли. При температуре подогрева пыли Тп до 885 К (612 °С) выход NОх оказался в 2 раза ниже, чем при Тп = 599 К (326 °С), при этом увеличилась скорость выгорания пыли в факеле т и примерно на 200 °С выросла температура в ядре факела. Относительное снижение выхода оксидов азота за камерой сгорания в зависимости от температуры подогрева пыли для различных марок углей, позволяет сделать два вывода. Первый: по мере повышения степени метаморфизма угля для достижения заданного снижения выхода NOx требуется более высокий подогрев пыли. И второй: подогрев пыли дает снижение выхода топливных NOx лишь после превышения некоторого критического уровня температуры, причем этот критический уровень возрастает для углей с более высокой степенью метаморфизма.

Эффект снижения выхода NOx в топке при предварительной термической обработке пыли проявляется лишь при определенных условиях подогрева пыли. Избыток воздуха в пылеподогревателе должен соответствовать коэффициенту б = 0,04--0,06.

7. Безопасность труда

7.1 Анализ условий труда при выполнении дипломного проекта

При выполнении дипломного проектирования моим рабочим местом является домашняя комната. Расположена комната на 1 этаже 4-х этажного жилого дома. Здание бескаркасное, с внутренними несущими стенами толщиной 51 см из силикатного кирпича и наружными самонесущими стенами толщиной 64 см из силикатного кирпича. Дом находится в районе Сокола.

Рабочее помещение с размерами 5,15 х 2,75 х 3,2 м и имеет один выход в коридор с дверным проемом 1,9 х 0,85 м. С каждого этажа имеется два эвакуационных выхода: один - по внутренней лестнице, отделенной от общего коридора дверями, другой расположен в противоположном конце коридора с выходом на наружную эвакуационную лестницу. Расстояние от двери помещения до эвакуационных выходов около 12-15 м. Комната, в которой я выполняю дипломное проектирование насыщено вспомогательным оборудованием, системой энергоснабжения (вода, электрооборудование, электроснабжения), устройства по нормализации условий жилья (отопление, вентиляция).

Исследования осуществляется с постоянным применением компьютера. А именно, связана прежде всего, с восприятием изображения на экране и с одновременным различием текст рукописных или печатных материалов, с выполнением машинописных графических работ и других операций, что способствует зрительному утомлению, которое усиливается из-за бликов, мерцаний и других отклонений визуальных параметров экрана и световой среды помещения, повышению уровня психоэмоционального напряжения, а так же перенапряжение различных групп мышц.

Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы прописаны в СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Требования санитарных правил направлены на предотвращение неблагоприятного влияния на здоровье человека вредных факторов производственной среды и трудового процесса при работе с ПЭВМ.

Рабочее место с использованием ПЭВМ должно соответствовать требованиям настоящих санитарных правил.

Опасные и вредные факторы

Таблица 7.1

Выполняемая работа (технологическая операция)	Применяемое оборудование, механизмы, приспособления, а так же материалы, вещества	Опасный или вредный производственный фактор	Общие мероприятия по защите или нормализации
Выполнение дипломной работы	ПЭВМ, принтер	Неудовлетворенная освещенность, повышенные фоновые значения шума, электромагнитные воздействия, повышенная напряженность труда (зрительная, эмоциональная), опасность поражения током.	Дополнительное освещение, звукоизоляция, отключение электрооборудования.

7.2 Мероприятия по обеспечению безопасности труда

7.2.1 Освещение

Рабочее место имеет естественное и искусственное освещение, соответствующее требованиям к помещениям для работы с ПЭВМ действующей нормативной документации (СанПин 2.2.2/2.4.1340-03). Естественное освещение рабочего помещения - боковое, через один оконный проем с размерами 2,1х1,5 м. Окна в помещении ориентированы на северо-восток. Оконные проемы оборудованы регулируемым устройством (занавес). Площадь на одно рабочее место более 4,5 м2.

В соответствии с требованиями к освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ (СНиП 23-05-95) рабочий стол размещен таким образом, что видеодисплейный терминал ориентирован боковой стороной к световому проему, а естественный свет падает преимущественно слева. Искусственное освещение в помещение осуществляется системой общего равномерного освещения, а в случаях когда осуществляется работа преимущественно с документами применяю систему комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаю светильник местного освещения, предназначенный для освещения зоны расположении я документов). Освещенность на поверхности моего стола в зоне размещения рабочего документа не соответствует требованиям СНиП 23-05-95, в котором говорится о том, что освещенность должна быть 300-500 лк. Так же следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов не должна превышать 40 кд/м2.

Светильник местного освещения имеет не просвечивающийся отражатель с защитным углом не мене 40°, что соответствует требованиям СНиП 23-05-95.

В качестве источников света при искусственном освещении на рабочем месте применяются преимущественно лампы накаливания, что не соответствует требованиям к освещению на рабочих местах, в которых рекомендуют применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ, хотя допускается в светильниках местного освещения применение ламп накаливания, в т.ч. галогенных.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещении для использования ПЭВМ проводится чистка стекол оконных рам и светильников не реже 2-х раз в год и производится своевременная замена перегоревших ламп.

7.2.2 Микроклимат

В помещение, в котором находится рабочее место температура, относительная влажность и скорость движения воздуха соответствует действующим санитарным нормам микроклимата производственных помещений (СанПин 2.2.4.548-96). Отопление - центральное, водяное, двухтрубное, с верхней разводкой и чугунными радиаторами. Для исключения ожог от труб и нагревательных приборов в подвальном помещении установлен элеватор, поддерживающий температур на поверхности указанных элементов в пределах 60-700С. Вентиляция с естественной вытяжкой воздуха осуществляется через вентиляционные каналы размером 120х250 мм и расположенных на кухне. В помещении проводится ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.

7.2.3 Шум

При выполнении основных работ с использованием ПЭВМ уровни шума на рабочих местах не должны превышать предельно-допустимых значений, установленных для данных видов работ в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами (СН 2.2.4/2.1.8.562-96). Допустимые значение уровня звукового давления, создаваемого ПЭВМ 50 дБА. Основными источниками шума являются компьютер (внутренние вентиляторы систем охлаждения, трансформаторы), технологическое оснащение здания, бытовые приборы, аппаратура для воспроизведения музыки, телевизор. Уровень звукового давления на рабочем месте соответствует допустимому значению.

В соответствии с требованиями к уровню шума на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ шумящее оборудование (печатные устройства, серверы и т.п.), уровни шума которого превышают нормативные, должны находиться вне помещения с ПЭВМ. Рабочее место не соответствует данному требованию, т.к. печатное устройство находится в помещении с ПЭВМ.

7.2.4 Электробезопасность

Опасность поражения электрическим током существует всегда, если имеется контакт с устройством, питаемым напряжением 36 В и выше. Зоной повышенной электроопасности являются места подключения электроприборов и установок. Для обеспечения безопасной, безаварийной работы электрооборудования к его устройству и эксплуатации предъявляется ряд соответствующих требований: защитное зануление, защитное заземление, провода и кабели размещать в недоступных местах.

Электромагнитный импульс.

В соответствии с требованиями к уровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ (СанПин 2.2.2/2.4.1340-03) временный допустимый уровень напряженности электрического поля в диапазоне часто 5 Гц-2 кГц, создаваемого ПЭВМ на рабочем месте пользователя не должно превышать 25 В/м, что не соответствует данным на рабочем месте.

7.2.5 Организация рабочего места

Экран видеомонитора от глаз пользователя находится на расстоянии 630 мм, что соответствует требованиям к организации рабочих мест пользователей ПЭВМ (СанПин 2.2.2/2.4.1340-03), где прописано о том, что расстояние экрана до глаз пользователя должно составлять 600-700 мм.

Общие требования к организации рабочих мест, прописанные в СанПин 2.2.2/2.4.1340-03 в п. 9.6 и 9.7 выполняются. Конструкция рабочего стула обеспечивает поддержание рациональной рабочей позы при работе на ПЭВМ, позволяет изменять позу с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Тип рабочего стула выбран с учетом роста пользователя, характера и продолжительности работы с ПЭВМ.

Рабочий стул подъемно-поворотный, регулируемый по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а так же расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра независима от других параметров, легко осуществляема и имеет надежную фиксацию.

Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула полумягкая, с нескользящим, слабо электризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающие легкую очистку от загрязнений.

Требования к организации и оборудованию рабочих мест (СанПин 2.2.2/2.4.1340-03) п.10 так же выполняются. Высота рабочей поверхности стола регулируется в пределах 680-800 мм. Рабочий стол имеет пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной не менее 500 мм, глубиной на уровне колен не менее 450 мм, на уровне вытянутых ног не менее 650 мм. Клавиатура расположена на поверхности стола на расстоянии 150 мм от края, обращенного ко мне.

Таблица 7.2

Вредный производственный фактор	Нормативная величина	Нормативный документ
Помещение для работы с ПЭВМ	4,5 м2	СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03
Уровень шума	50 дБА	СН 2.2.4/2.1.8.562-96
Уровень ЭМП: напряженность электрического поля плотность магнитного потока	25 В/м 250 нТл	СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03
Микроклимат: температура относительная влажность абсолютная влажность	20 0С 58 % 10 г/м3	СанПиН 2.2.4.548-96
Освещенность	300-500 лк	СНиП 23-05-95
Организация рабочего места: высота стула ширина сиденья глубина сиденья радиус изгиба переднего края сиденья угол наклона сиденья высота поверхности стола над полом	420 мм 340 мм 380 мм 20-50 мм 0-4 0 700 мм	СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03
Время продолжительности работы	до 6 ч	СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03
Время регламентированных перерывов	90 мин	СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03

Мероприятия по защите или нормализации опасного и вредного производственного фактора:

- проводить проветривание в помещении, контролировать параметры теплоносителя системы отопления и воздуха в помещении;

- при возникновении зрительного дискомфорта и других неблагоприятных субъективных ощущений, несмотря на соблюдение санитарно-гигиенических и эргономических требований, рекомендуется применять индивидуальный подход с ограничением времени работы с ПЭВМ;

- в случае когда характер работы требует постоянного взаимодействия с ВДТ (набор текста или ввод данных и т.п.) с напряжением внимания и сосредоточенности, при исключении возможности периодического переключения на другие виды трудовой деятельности, не связанные с ПЭВМ, рекомендуется организация перерывов на 10-15 мин через каждые 45-60 мин работы;

- в помещении, оборудованном ПЭВМ, проводить ежедневную влажную уборку и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ;

- рабочий стол разместить таким образом, чтобы видеодисплейные терминалы были ориентированы боковой стороной к световым проемам;

- к общему освещению дополнительно установить светильники местного освещения;

- для освещения применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ;

- проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год;

- проведение упражнений для глаз через каждые 20-25 минут работы за ПЭВМ;

- устройство перерывов после каждого академического часа занятий, длительность не менее 15 минут;

- проведение во время перерывов сквозного проветривания помещения с ПЭВМ;

- осуществление во время перерывов упражнений физкультурной паузы в течении 3-4 минут;

- проведение упражнений физкультминутки в течении 1-2 минут для снятия локального утомления, которые выполняются индивидуально при проявлении начальных признаков усталости.

8. Экономика и организация производства

8.1 Технико-экономическое обоснование

Актуальность дипломной работы заключается в том, что снижение выбросов загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем развития теплоэнергетики. В дипломной работе приводятся теоретические данные и результаты лабораторных работ, проводимых с целью исследования образования NO и NO2. Все результаты, полученные опытным путем, проанализированы и сопоставлены с теоретическими. На основе лабораторных исследований охарактеризованы условия образования NO и NO2, предложены методы по минимизации образования NO и NO2 в технологических тепловых агрегатах, установлена зависимость влияния технологических параметров, таких как скорость движения продуктов сгорания топлива, температуры нагрева печи и др. на образование NO и NO2.

8.2 Построение сетевого графика выполнения дипломной работы

Таблица 8.1

Работа	Наименование работ	Формулировка событий	Время
1-2	Получение задания на НИР от кафедры	Задание получено	1
2-3	Составление технико-экономического обоснования	ТЭО составлено	2
2-5	Составление первоначального литературного обзора по НИР	Литературный обзор составлен	2
3-4	Изучение безопасных приемов работ при экспериментах	Безопасные приемы изучены	2
5-6	Изучение действующего оборудования и существующей методики исследования	Действующее обор. и сущ. методика изучены	3
6-7	Опробование и отладка оборудования, прибора, инструментов	Оборудование и приборы опробованы	3
7-8	Подготовка рабочего места для проведения эксперимента	Рабочее место подготовлено	2
4-8	Ожидание	Ожидание закончено	0
8-9	Получение экспериментальных данных	Данные получены	2
9-10	Сопоставление экспериментальных данных с литературными	Данные сопоставлены	20
9-11	Анализ полученных данных	Данные проанализированы	23
10-11	Ожидание	Ожидание закончено	0
11-12	Обобщение результатов эксперимента	Результаты обобщены	4
12-13	Построение графиков, таблиц	Графики построены	3
13-14	Общее оформление раздела по охране труда	Раздел оформлен	2
13-15	Общее оформление пояснительной записки	Записка оформлена	7
14-17	Оформление плакатов	Плакаты оформлены	8
15-16	Подготовка к предварительной защите на кафедре	К защите подготовлен	2
16-17	Получение рецензий	Рецензия получена	1
17-18	Подготовка доклада, внесение дополнений и исправлений в пояснительную записку, плакаты	Доклад подготовлен	2
18-19	Защита на ГЭК	Диплом защищен	1
Итого:	90

Результаты расчета параметров сетевого графика

Таблица 8.2

Работа	ф i-j	ф PHi-j	ф POi-j	ф ПН i-j	ф ПО i-j	R i-j	r i-j
1-2	1	0	1	0	1	0	0
2-3	2	1	3	7	9	6	0
2-5	2	1	3	1	3	0	0
3-4	2	3	5	9	11	6	0
5-6	3	3	6	3	6	0	0
6-7	3	6	9	6	9	0	0
4-8	0	5	5	11	11	6	6
7-8	2	9	11	9	11	0	0
8-9	2	11	13	11	13	0	0
9-10	20	13	33	16	36	3	0
9-11	23	13	36	13	36	0	0
10-11	0	33	33	36	36	3	3
11-12	4	36	40	36	40	0	0
12-13	3	40	43	40	43	0	0
13-14	2	43	45	43	45	0	0
13-15	7	43	50	43	50	0	0
14-17	8	45	53	45	53	0	0
15-16	2	50	52	50	52	0	0
16-17	1	52	53	52	53	0	0
17-18	2	53	55	53	55	0	0
18-19	1	55	56	55	56	1	0

8.3 Оптимизация сетевого графика

Оптимизация сетевого графика осуществляется путем перераспределения времени с ненапряженных путей на критический путь. Это осуществляется в несколько этапов, в зависимости от реальных возможностей. Результаты записываются в таблицу. Перед оптимизацией сетевого графика определяется оптимальная продолжительность выполнения всего комплекса работ. Для этого сложим продолжительность всех путей графика и полученную сумму разделим на количество путей. В результате получаем теоретически самый короткий срок выполнения всех работ. Оптимизируя график, следует по возможности приблизится к этой цифре:

В результате оптимизации графика сроки выполнения работ сокращаются на А %:

Результаты оптимизации записываются в таблицу 8.3.

Оптимизация сетевого графика

Таблица 8.3

№ пути	Первоначальная длительность пути	Этапы оптимизации
		первый	второй
		изменение	результат	изменение	результат
1 2 3 4 5 6 7 8	47 47 50 50 53 53 56 56	+ 2 + 2 + 1,5 + 1,5 - 1,5 - 1,5 - 2 - 2	49 49 51,5 51,5 51,5 51,5 54 54	+ 2,5 + 2,5 - - - - - 2,5 - 2,5	51,5 51,5 - - - - 51,5 51,5

8.4 Расчет затрат на проведение экспериментальной работы

8.4.1 Затраты на заработную плату

Заработная плата основная складывается из стипендии за время дипломной работы и зарплаты руководителя дипломной работы, консультантов, лаборантов, привлекаемых к работе:

Зосн = Зрук + Зк.эк. + Зк.ОБЖ,

Зрук - зарплата руководителя за одного дипломника, р.;

Зк.эк - зарплата консультанта по экономике за одного дипломника, р.;

Зк.ОБЖ - зарплата консультанта по ОБЖ за одного дипломника, р.

Зрук = Зм ·m/Fм ,

Зм - зарплата руководителя за месяц 12000 р.;

m - кол-во времени, приходящегося по нормативам на одного дипломника, 24ч

Fм - месячный фонд рабочего времени, 128 ч

Зрук = 12000·24/128 = 2343,75 р.

Дополнительная зарплата считается в процентах от зарплаты руководителя работы, консультантов и составляет 10-12 %:

Здоп = (0,1…0,12) · Зрук =234,375 р.

Отчисления во внебюджетные фонды берутся в процентах от основной и дополнительной з/п:

Звн = 0,26 (Зрук + Здоп) = 0,26 (2343,75+234,375) = 670,31 р.;

Консультант по экономике:

Зэк = 10000· 4/128 = 312,5 р.;

Здоп = (0,1…0,12) · Зрук = 31,25 р.;

Звн = 0,26 (Зэк + Здоп) = 0,26 (312,5+31,25) = 89,375 р.;

Консультант по ОБЖ:

Зобж = 7000· 1/128 = 54,69 р.;

Здоп = (0,1…0,12) · Зрук = 5,469 р.;

Звн = 0,26 (Зобж + Здоп) = 0,26 (54,69+5,469) = 15,64 р.;

Зосн =2343,75 + 312,5 + 54,69 = 2710,94 р.

Результаты расчета приведены в таблице.

Расчет затрат на заработную плату

Таблица 8.4

Исполнитель работ	Время выполнения работы, ч.	Заработная плата	Отчисления во внебюджетные фонды, р.
		Зосн	Здоп
Научный руководитель	24	2343,75	234,375	670,31
Консультант по ОБЖ	1	54,69	5,469	15,64
Консультант по экономике	4	312,5	31,25	89,375
ИТОГО:	30	2710,94	271,094	975,325

8.4.2 Расчет энергетических затрат

Затраты на электроэнергию

Зээ = Цээ · , р

где Цээ - тариф на один кВтч, 2,61 р/кВтч;

Мi - мощность i-го вида прибора или оборудования, кВт;

ti - время использования i-го вида оборудования, прибора, 6 ч.;

mi - количество приборов, оборудования, шт.:

- газоанализатор 1 шт.;

- электропечь сопротивления 1 шт.;

Величина средний потребляемой мощности Мi определяется по установленной мощности Nуст (по паспорту) и среднему коэффициенту загрузки по мощности Ki

Pi = Nуст · Ki, кВт.

- газоанализатор P = 2,17·1=2,17 кВт.;

-электропечь сопротивления P = 8·1=2,17 кВт.;

Результаты расчета приведены в таблице.

Расчет энергетических затрат

Таблица 8.5

Наименование оборудования	Мощность электро прибора Nуст, кВт	Коэфф. исполь- зования мощности Ki	Время использова-ния ti, ч	Кол-во израсхо-дованной электро-энергии, кВтч	Цена 1 кВтч Цээ, р	Сумма затрат на электроэнергию Зээ, р
Газоанализатор Quintox	2,17	1	6	13,02	2,61	33,9687
Электропечь сопротивления камерная лабораторная	8	1	6	48	2,61	125,23
ИТОГО:						159,199

8.4.3 Расчет амортизационных отчислений от стоимости оборудования

Данные затраты определяются по формуле:

, р

где Соб.i - стоимость единицы оборудования или прибора;

Нам - норма амортизации оборудования или прибора;

Тоб.i - время использования оборудования в экспериментальной работе, дни;

Т2 - возможное число часов использования оборудования в течение года.

Результаты расчета приведены в таблице.

Расчет затрат на амортизацию оборудования и приборов

Таблица 8.6

Наименование оборудования	Стоимость оборудования, Соб.i, р	Время использования оборудования, Тоб.i, ч	Норма амортизации, Нам, %	Сумма амортизационных отчислений, Зам, р
Газоанализатор Quintox	442 000	1	11,4	349,92
Электропечь сопротивления камерная лабораторная	98 000	1	11,4	77,58
ИТОГО:				427,5

8.4.4 Прочие затраты

Величина прочих расходов принимается в процентах от затрат на заработную плату. Для ЛГТУ процент прочих затрат составляет 30 %. Сводная смета затрат на проведение экспериментальной работы приведена в таблице.

Сводная смета затрат

Таблица 8.7

№	Наименование затрат	Сумма, р
1. 2. 3. 4.	Затраты на заработную плату Энергетические затраты Амортизационные затраты Прочие затраты	2710,94 р. 159,199 р. 427,5 р. 1010,625 р.
ИТОГО	4308,264 р.

Библиографический список

1. Н.Ф. Тищенко 'Справочник. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе'. М.: Химия, 1993 г., 320 с.

2. И.Я. Сигал 'Образование окислов азота в процессах горения и пути снижения выбросов в атмосферу'. Л.: Недра, 1977 г., 296 с.

3. И.Я. Сигал 'Защита воздушного бассейна при сжигании топлива'. Л.: Недра, 1988 г., 312 с.

4. В.Н. Шаприцкий 'Защита атмосферы в металлургии'. М.: Металлургия, 1984 г., 216 с.

5. Ю.С. Юсфин 'Промышленность и окружающая среда'. М.: ИКЦ 'Академкнига', 2002 г., 469 с.

6. Ю.Л. Хотунцев 'Экология и экологическая безопасность'. М.: Издат.центр 'Академия', 2002 г., 480 с.

7. А.И. Родионов, В.Н. Клушин 'Техника защиты окружающей среды'. М.: Химия, 1989 г., 512 с.

8. Уорк 'Загрязнение воздуха. Источники и контроль'. М.: Мир, 1980 г., 539

9. Б. Бретшнайдер, И. Курфюст 'Охрана воздушного бассейна от загрязнений'. Л.: Химия, 1989 г., 288 с. И.Н. Карп, Б.С. Сорока, Л.Н. Дашевский, С.Д. Семерина 'Продукты сгорания природного газа при высоких температурах (состав и термодинамические свойства)'. Киев, 1967 г., 382 с. Г.Н. Делягин 'Теплогенирирующие установки'. М.: Стройиздат, 1986 г., 559 с. В.Р. Котлер 'Оксиды азота в дымовых газах котлов'. М.: Энергоиздат, 1987 г., 141 с. 'Оксиды азота в продуктах сгорания и их преобразование в атмосфере: Сб.науч.трудов.'. Киев: Наук.думка, 1987 г., 144 с. В.В. Юшин, В.Л. Лапин, В.М. Попов 'Техника и технология защиты воздушной среды '. М.: Высш.шк., 2005 г., 391 с. С. Калверт, М. Трешоу, Дж.Е. Юкон 'Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справочное издание. Часть 1,2 ' М.: Металлургия, 1988 г., 760 с. В. Страус 'Промышленная очистка газов'. М.: Химия, 1981 г., 616 с. Т.Ю. Салова, Н.Ю. Громова, В.С. Шкрабак 'Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии: Учебник для вузов'. СПб.: Издательство 'Лань', 2004 г., 336 с. 'Энергетика и охрана окружающей среды: Учебное пособие/Под редакцией А.Б. Залогина'. М.: Энергия, 1979 г. 352 с. С.М. Андоньев, О.В. Фильпьев 'Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии'. М.: Металлургия, 1973 г., 200 с. А.Н. Варенков, В.И. Костиков 'Химическая экология и инженерная безопасность металлургических производств'. М.: Интермет Инжиниринг, 2000 г., 382 с. К. Уорк , С. Уорнер 'Загрязнение воздуха: Источники и контроль'. М.: Мир, 1980 г., 539 с., А.С. Тимонин 'Инженерно-экологический справочник. Том 1'. Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2003 г., 917 с. 'Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное) '. Санкт-Петербург, НИИ Атмосфера, 2005 г., 210 с. 'Экология энергетики: Учебное пособие/Под редакцией В.Я. Путилова'. М.: Издательство МЭИ, 2003 г., 716 с. Б.Я. Зельдович, П.Я. Садовников, Д.А. Франк-Каменецкий 'Окисление азота при горении'. М.: Наука, 1947 г., 146 с. И.Н. Карп, Н.Н.. Гриченко, Б.Г. Дьячков 'Топливно-плазменные горелки'. Киев: Наукова думка, 1977 г., 140 с. ОНД-86. 'Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий'. Л.: Гидрометеоиздат, 1987 г., 243с. Ф.Р. Шкляр, В.М. Малкин, С.П. Каштанова, Я.П. Калугин, В.Л. Советкин 'Доменные воздухонагреватели конструкция, теория, режимы работы'. М.: Металлургия, 1982 г., 176 с.

10. 'Экологическая программа электроэнергетики России'. М.: РАО 'ЕЭС России', 1996 г., 56 с.