5.1. Pochodzenie tlenków azotu w spalinach

5.2. Metody ograniczenia emisji tlenków azotu – systematyka metod

5.3. Techniki ograniczania emisji tlenków azotu

5.4. Analiza porównawcza

1

2

Klasyfikacja

Pochodzenie

Od czego zależy ich ilość

tlenki
termiczne

azot w
powietrzu
wprowadzo-
nym do
spalania



temperatura

płomienia (głównie),



stężenie tlenu

w strefie spalania

(mniej)

tlenki
paliwowe

azot
związany
chemicznie z
paliwem



zawartość azotu w

paliwie (głównie),



stężenie tlenu w

strefie spalania

(głównie)



temperatura

płomienia (mniej)

tlenki
n

atychmia-

stowe

powstają jedynie w początkowej strefie
płomieni węglowodorowych w wyniku
działanie rodników CH

i

na azot z

powietrza

współczynnik nadmiaru powietrza

termiczne tlenki azotu stanowią około
85 % całkowitej ilości tlenków azotu w
spalinach

3

P
A
L
E
N
I
S
K
O

Rodzaj paliwa

Inne czynniki

Metoda

Technika

gaz ziemny

mała moc

obniżanie temperatury
spalania

recyrkulacja spalin, płomień kinetyczno-
dyfuzyjny

duża moc

uboga mieszanka, spalanie
dwustopniowe, recyrkulacja spalin

olej opałowy

lekki olej

jak dla gazu

recyrkulacja spalin, dwustopniowe
rozpylanie oleju

ciężki olej

jak dla węgla

recyrkulacja spalin, stopniowanie
powietrza, reburning gazem

węgiel

palniki pyłowe

ograniczanie nadmiaru
powietrza, stopniowanie
powietrza i paliwa

palniki niskoemisyjne, OFA, reburning

selektywna redukcja niekatalityczna SNCR

S
P
A
L
I
N
Y

selektywna redukcja katalityczna SCR

p

roces z wykorzystaniem węgla aktywnego

p

roces równoczesnego usuwania NO

x

i SO

2

przy użyciu wiązki elektronów

Proces CORONOX

Proces katalityczno-absorpcyjny DESONOX

Proces amoniakalno - ozonowy

Proces oksydacyjno-absorpcyjny

4

recyrkulacja spalin:
a) zewnętrzna,
b) i c) - wewnętrzna

stopień recyrkulacji spalin, %

Stopień recyrkulacji r
– stosunek masy spalin
zawracanych do komory
paleniskowej do masy spalin
opuszczających komorę

wpływ stopnia recyrkulacji na
zawartość NO

x

w spalinach:

a)

węgiel brunatny▲

b)

paliwo gazowe, ◄

Recyrkulacja zewnętrzna:

● wykorzystanie wentylatora
podmuchu, lub zastosowanie
odrębnego wentylatora,
● kontrola stopnia recyrkulacji,
● paleniska gazowe, paleniska
rusztowe i pyłowe (węgiel)

Recyrkulacja wewnętrzna:

● wykorzystanie iniekcyjnego
oddziaływania strumieni,
wypływających z dysz palników,



brak kontroli recyrkulacji,



głównie palniki olejowe

5

Jest to sposób na ograniczenie emisji tlenków paliwowych a więc stosowany dla paliw
zawierających azot. W ubogich płomieniach, a więc przy dużym współczynniku nadmiaru
powietrza azot paliwowy szybko utlenia się (tlenki azotu). W bogatych płomieniach, a więc przy
niedomiarze powietrza azot paliwowy w dużym stopniu ulega konwersji do N

2

.

Metoda stosowana w paleniskach pyłowych. Skutki uboczne: niedopał, szlakowanie oraz korozja.

▲
korelacja pomiędzy udziałem NO

x

i

CO w spalinach

Wpływ współczynnika
nadmiaru powietrza na
stężenie NO

x

w spalinach

odlotowych z kotła
OP-650 dla różnych
konfiguracji palników ►

korelacja pomiędzy udziałem NO

x

i

CO w spalinach

6

Metoda powszechnie stosowana w paleniskach
pyłowych: 15 – 25 % powietrza podawanego do
palników kieruje się jako powietrze wtórne
dodatkowymi dyszami nad palnikami pyłowymi
na jednym lub kilku poziomach. Dzięki
rozdziałowi powietrza, spalanie w I strefie
przebiega z niedomiarem tlenu (



=0,8-0,9), co

obniża temperaturę spalania i sprzyja konwersji
azotu paliwowego do N

2

.

▲

wpływ udziału powietrza wtórnego w całkowitej ilości powietrza na wskaźnik emisji NOx dla
różnych współczynników nadmiaru powietrza: 1 – 4 %, 2 – 14 %, 3 – 18 %

I strefa



< 1

chłodzenie

II strefa



> 1

paliwo

powietrze pierwotne

Q

powietrze wtórne

7

I stadium



≥ 1

III stadium



> 1

węgiel

powietrze

powietrze

II stadium



< 1

paliwo reburningowe

Reburning – wprowadzenie paliwa dodatkowego (np. gaz ziemny) w ilości
odpowiadającej 10-20 % całkowitej energii chemicznej wprowadzonej w obu rodzajach
paliw; celem jest wytworzenie rodników węglowodorowych

gaz z odmetanowania kopalń
jako paliwo reburningowe

instalacja reburningu pyłem węglowym: 1- młyn główny,
2 – młyn pomocniczy, 3 – wentylator recyrkulacji spalin,
4 – dysze OFA, 5 – palniki reburningowe, 6 – palniki główne

„ultradrobny pył
węglowy w ilości 20-
25 % całkowitej ilości
paliwa, spalany przy



- 0,8 - 09

8

Iniekcja do komory paleniskowej:

a) amoniaku w strefę temperatur 797 – 997

0

C (967

0

C



50

0

C)

4 NO + 4 NH

3

+ O

2



4 N

2

+ 6 H

2

O

b) mocznika w strefę temperatur 950 – 1047

0

C

CO(NH

2

)

2

+ 2 NO + ½ O

2



2 N

2

+ CO

2

+ H

2

O

● w temp. niższych powstaje amoniak

● w temp. wyższych intensyfikuje się proces tworzenia tlenków azotu

np. w przypadku iniekcji amoniaku, w temperaturze

powyżej 1097

0

C zachodzi

reakcja 4 NH

3

+ 5 O

2



4 NO + 6 H

2

O

9

schemat instalacji SNCR

▲

wpływ temperatury na redukcję
NOx podczas iniekcji amoniaku

wpływ dodatku wodoru na stopień
redukcji NOx metodą SNCR ►

10

reaktor

KATALIZATOR

DYSZE WTRYSKU

NH

3

Konwersja NOx do N

2

z wykorzystaniem

amoniaku jako gazu redukcyjnego w
obecności katalizatora (np. V

2

O

5

, Pt, Rh)

w temperaturach 300 - 400

0

C

Reakcje procesowe

6NO + 4NH

3



5N

2

+ 6H

2

O

4NO + 4NH

3

+ O

2



4N

2

+ 6 H

2

O

6NO

2

+ 8NH

3



7N

2

+ 12H

2

O

2NO

2

+ 8NH

3

+ 4O

2



5N

2

+ 12H2O

11

Technika redukcji
emisji tlenków azotu

Efekt redukcji w % dla poszczególnych paliw

gaz

olej ciężki

olej lekki

węgiel

Recyrkulacja spalin

20-80

20-60

10-35

5-10

Palniki niskoemisyjne

20-60

20-40

10-50

10-80

Stopniowanie powietrza

10-40

10-40

10-40

10-50

Obniżona temperatura spalania

10-60

10-60

10-30

Reburning

30-50

10-50

10-50

10-50

Użycie amoniaku lub mocznika

30-80

30-80

30-80

12

Palniki niskoemisyjne

30-55 %

Palniki niskoemisyjne i stopniowanie powietrza

35-70 %

Palniki niskoemisyjne i reburning (gaz ziemny)

60-70 %

Palniki niskoemisyjne i reburning (węgiel)

40-60 %

Palniki niskoemisyjne, reburning (gaz ziemny) z recyrkulacją spalin

55-65 %

Palniki niskoemisyjne i reburning (gaz ziemny) bez recyrkulacji spalin

~ 60 %

SNCR

30-50 %

Hybryda SNCR/SCR

> 80 %

SCR

80-95 %

13

Jednostkowe nakłady inwestycyjne na odazotowanie spalin
(R. Wilk, 1999)

Skutki uboczne



żużlowanie komory paleniskowej



pogorszenie stabilności pracy
palników



wzrost zanieczyszczenia

powierzchni konwekcyjnych



wzrost temperatury wylotowej

spalin



erozja powierzchni

konwekcyjnych



korozja wysokotemperaturowa i

korozja niskotemperaturowa



niezupełne i niecałkowite

spalanie