Төменгі NOx шығарындылары бар отын жағыштар: Энергияны үнемдеу істеріне қолдау көрсету

Төменгі NOx оттықтары деген не және олар шығарылымды қалай азайтады?

Дәстүрлі оттықтардан айырмашылықтары мен анықтамасы

Төменгі NOx жағу құрылғылары азот тотықтарының шығарындысын жалын температурасын дәлірек басқару және отын-ауа араласу қатынастарын жақсарту арқылы азайту мақсатындағы жану жүйелері ретінде жұмыс істейді. Кәдімгі жағу құрылғылары кейде 2800 градус Фаренгейттен (1538°C) жоғары ыстықта жұмыс істейді, бұл термиялық NOx тез пайда болатын жағдайлар туғызады. Төменгі NOx нұсқалары сатылы жану процестерін қолдану немесе шығарылған газдардың бір бөлігін жүйеге қайта шығару арқылы осы мәселені шешеді. Бастапқы жану сатысында оттегі аз болғанда және толық араласу кейінірек болғанда, АҚШ-тың Қоршаған ортаны қорғау басқармасының (EPA) деректері бойынша, бұл жүйелер кәдімгі үлгілерге қарағанда NOx деңгейін 40-60 пайызға дейін төмендетеді. Қатаң экологиялық стандарттарға сай келуі қажет болатын өнеркәсіптер үшін, әсіресе Калифорнияның Оңтүстік Жағалау Ауа Сапасы ережелеріне бағынатын аймақтар үшін, төменгі NOx технологиясын орнату қазіргі уақытта тек жақсы практика ғана емес, сонымен қатар тәжірибеде міндетті шарт болып табылады.

Жану Процестеріндегі NOx Пайда Болу Ғылымы

NOx үш негізгі механизм арқылы түзіледі:

1. Жылулық NOx : Азот пен оттегі 2 500°F (1 371°C) жоғары температурада реакцияға түскенде пайда болады.
2. Тез NOx : Жалын шекарасында көмірсутектер мен атмосфералық азоттың тез реакцияға түсуінен пайда болады.
3. Отындық NOx : Көмір немесе ауыр мұнай сияқты отындардағы азот қосылыстарынан пайда болады.

Төменгі NOx горелкалары жалын динамикасын өзгерту арқылы бұл процестерді болдырмақ үшін қолданылады. Ультра-құрғақ алдын-ала араластыру мен жалынның бөлек орналасуы сияқты әдістер бастапқы жанудың жергілікті ыстық аймақтарын төмендетеді және оттегінің қолжетімділігін шектейді, бұл жылулық және тез NOx түзілуін тиімді түрде басуға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік шығарындыларды бақылаудағы төменгі NOx горелкаларының рөлі

Өнеркәсіптер осы жағымдықтарға ауысқан кезде табысқа әсер етпей-ақ қатаң EPA шығарындыларының мақсаттарына жетуі мүмкін. Өткен жылы жүргізілген кейбір зерттеулер бұл тақырыпта өте қызықты нәтижелер көрсетті. Компаниялар FGR технологиясы бар арнайы төменгі NOx жағымдықтарын будың қазандарына орнатқан кезде, олар 99%-ға жуық жану тиімділігін сақтай отырып, NOx деңгейін 9 млн-нан төмен қысқартты. Бұл өте тамаша көрсеткіш. Бірақ біз әлі де тоқтамадық. Сатылы ауа жануын енгізген зауыттарда жылу шығыны азайғаны соншалық, отынның пайдаланылуы 15-тен 20 пайызға дейін төмендеді. Осының бәрі не мағынаны білдіреді? Негізінен, шығарындыларды азайту қосымша ақша талап етпейді. Кейде бұл тіпті ақша үнемдеуге мүмкіндік береді.

Төменгі NOx жағымдықтарының жұмыс істеуінің негізгі технологиялары

NOx шығарындыларын азайту үшін жалынның пішінделуі мен температураны реттеу

Есептеуіш гидродинамикасын қолдана отырып, заманауи төменгі NOx жағыштар жалынды дәлме-дәл пішіндеп, жылуды біркелкі таратады және температураның шұғыла көтерілуінен сақтайды. Негізгі термиялық NOx түзілуінің порогы болып саналатын 1300°C-тан төменгі жану температурасын ұстау арқылы (EPA 2022) бұл жүйелер дәстүрлі жағыштарға қарағанда 40–60% төменгі NOx шығарындыларын қамтамасыз етеді.

Өте Төменгі NOx Шағын Аралас Жану: Тиімділік және Шығарындылардың Пайдалы Әсері

Аралас жану жүйелерінде отын мен ауа жану алдында мұқият араласады, осылайша жану құрғақ жағдайларда жүреді. 2024 жылғы Өнеркәсіптік Жану Хабарламасында айтылғандай, бұл әдіс реакция кинетикасын бақылау арқылы 99%-дан астам жану тиімділігін сақтай отырып, NOx шығарындыларын 9 ppm-нан төмен деңгейге жеткізуге мүмкіндік береді.

Төменгі Айналыс Ағыны Технологиясымен Құрғақ Шағын Аралас Жану

Төменгі айналмалы инжекторлар турбулентті, бірақ тұрақты араластыруды қамтамасыз етіп, толық жанудың ұзақтығын ұзартады. Бұл тәсіл отынның бірінші белдеуіндегі оттегіні шектейтін екі сатылы үдерісті құрады, осылайша prompt және термиялық NOx-тің түзілуін азайтады және жалынның тұрақсыздығын болдырмауға мүмкіндік береді.

Толық жану мен төменгі шығарындылар үшін бөлек жалын конструкциясы

Импульстік ағындарды пайдаланып, жалын шетін жанартау беттерінен бөлу арқылы бұл конструкция металл бөлшектердің жылу өткізгіштігін минималдандырады. Нәтижесінде шашыратылған жану бекітілген жалындармен салыстырғанда 150–200°C температураны төмендетеді және жылу өнімділігін жоғалтпай отырып, NOx өндірісін әлдеқайда кемітеді.

Жану өзгерістері: Сатылап және циркуляциялау әдістері

NOx-ті тиімді басу үшін ауа мен отынды сатылап беру

Отын және ауа жану процесі кезінде қашан бір-бірімен әрекеттесетінін бөлу арқылы сатылы жану жұмыс істейді, бұл бірден оттегінің мөлшері тым көп болатын ыстық аймақтардың пайда болуын тоқтатады. Нақты түрде ауа сатысы үшін EPA-ның 2023 жылғы деректері бойынша, қажетті ауаның шамамен 40-60 пайызы кейінірек, процесс барысында беріледі. Бұл алдымен отынның мол болатын аймақты құрады, ол азот тотықтарының түзілуіне қиындатады. Отын сатысы негізінен дәл осы идеяны қолданады, бірақ оның орнына қанша отын енгізілетініне назар аударады. Бастапқы қоспа әдеттегіден әлдеқайда әлсіз болып қалады, бастапқы кезде эквиваленттік коэффициент шамамен 0,95-тен төмен болып қалады. Екі әдіс де NOx шығарындыларын әлдекайсы қысқартады, әдетте 30-50 пайызға дейін. Кейбір жақсы реттелген жүйелер тиімділікті көптеген өнеркәсіптік қолданыстар үшін жеткілікті деңгейде сақтай отырып, концентрацияны 55-80 миллионнан бір бөлікке дейін төмендетуі мүмкін.

Түтін газының циркуляциясы (TGC) және жалын тұрақтылығы мен NOx деңгейлеріне әсері

Өнеркәсіптік пештердегі алдын-ала араластырылған және диффузиялық жалындар

30 ppm NOx-тан төменгі шығарындылар қажет болатын қолданулар үшін алдын ала араластыру жағыштары, әсіресе таза отындармен жұмыс істеген кезде, әдетте негізгі шешім болып табылады. Керісінше, көптеген ауыр өнеркәсіптік салалар сұйық отын немесе синтез газын қамтитын операциялары үшін диффузиялық жағыштарға сүйеніп отырады. Алайда, жаңа гибридтік тәсілдердің осы саңылауды жабуға бастағаны қызықты. Бұл жетілдірілген жүйелер бөлшектеп алдын ала араластыру әдістерін сатылы диффузиялық әдістермен ұштастырады, бұл оларға цемент пештеріндегі сияқты қатаң жағдайларда да шамамен 35 ppm NOx деңгейлеріне жетуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, олар әртүрлі отын түрлері бойынша жақсы икемділікті сақтайды. 2023 жылғы Industrial Heating Journal журналының есебіне сәйкес, бұл жаңашылдықтар шығарындыларды бақылау технологиясында маңызды қадам болып табылады.

Бауларда, пештерде және процестік жылу бергіштерде төменгі NOx деңгейі бар жағыштардың өнеркәсіптік қолданылуы

Жетілдірілген жағыш жүйелерін қолдана отырып өнеркәсіптік пештердегі NOx-ті азайту

Қазіргі заманғы пештерде NOx шығарындыларын 60% дейін азайту үшін FGR және сатылы ауа енгізу қолданылады. Мысалы, қайта жабдықталған болат шамоттау пештері өнім шығару көлемін сақтай отырып, шығарындыларды 18 ppm-ге дейін төмендетті — бұл өнімділікті жоғалтпай-ақ EPA-ның Таза Ауа заңы талаптарын орындау деген сөз.

Қазандықтарды қайта жабдықтауда энергия тиімділігі мен жұмыс шығындарын үнемдеу

Кәдімгі қазандықтарды төменгі NOx шығаратын отын жағатын құрылғылармен қайта жабдықтау жағылу тиімділігін арттырады және отын шығынын 8–12% азайтады. Табиғи газбен жұмыс істейтін жүйелер жиі 92% жылу тиімділігіне жетеді, ал төмен операциялық шығындар мен сәйкестікке байланысты салымдардан құтылу арқасында үш жылдан кем уақыт ішінде пайда әкеледі — ол тамақ өнеркәсібі сияқты энергияға қажетті салалар үшін ерекше маңызды.

Зерттеу мысалы: Мұнай-химиялық процестердегі жылу беруде төменгі NOx шығаратын отын жағатын құрылғылар

Ұлыттық жағалаудағы этилен зауытында диффузиялық отын жағыштарды ультра төменгі NOx моделдерімен ауыстыру NOx шығарылымын 45 ppm-нан 9 ppm-ға дейін төмендетті. Гидрокөміртек қоректендірулерін өзгертуге қарамастан, жану тиімділігі 99,5% құрады. Бұл сәтті ендіру қатаң өнеркәсіптік ортада алдыңғы қатарлы жағыш технологиясының реттеуіш сәйкестігі мен жұмыс сенімділігін қалай қолдайтынын көрсетеді.

Шығарылымдарға сай келуді энергия тиімділігі мен өнімділікпен теңестіру

Қазіргі заманғы өнеркәсіптік жағыштар тиімділікті және шығарылымды сақтаумен қатар қатаң NOx шектеулерін қанағаттандыруы керек. Осы тепе-теңдікті қол жеткізу үшін ақылды дизайн мен бейімделуші басқарулар қажет.

NOx шығарылымын азайтуда жылу тиімділігін сақтау

Сатылы жану мен FGR арқылы алдыңғы қатарлы жағыштар шаманың максималды температурасын 150–200°C-қа төмендетеді — бұл маңызды, себебі 1,400°C-тан жоғары болғанда NOx түзілуі экспоненциалды түрде өседі ( Жану инженериясы шолуы, 2023 ). Бұл реттеулер жылу өнімділігінен айырылмай отырып, шығарындыларды басуға мүмкіндік береді және энергияны тұрақты түрде жеткізуді қамтамасыз етеді.

Аса төменгі NOx жүйелері лауазымның өнімділігіне әсер ете ме?

Бастапқы кезде төменгі NOx жүйелері лауазымның ауысу қатынасы мен жалын тұрақтылығы мәселелеріне тап болды, бірақ қазіргі заманғы конструкциялар 95–98% жану өнімділігін сақтай отырып, 15 ppm-нан төменгі NOx деңгейін қамтамасыз етеді. Нақты уақыттағы оттек үзіндісі мен бейімделуші отын сатылары жүктеме өзгерістеріне тегіс жауап беруге мүмкіндік береді, осылайша аса төменгі шығарындылардың жұмыс көрсеткіштерінен айырылу қажет деген мифті жоққа шығарады.

Оптималды өнімділік пен нормативтік сәйкестікті қамтамасыз ету үшін дайындалған лауазым шешімдері

Өндірушілер қазір пештен булы будың қазандарына дейінгі әртүрлі қажеттіліктерге арналған модульді, қолдануға арналған лауазым конфигурацияларын ұсынады. Сәйкестікке бағытталған энергетикалық стратегиялардың 2023 жылғы талдауы нақты жану басқаруы арқылы тиісті төменгі NOx жүйелерін қолданатын объектілердің сәйкестік шығындарын 32% төмендетіп, отынның өнімділігін 5–7% жақсартқанын көрсетті.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Төменгі NOx лауазымдары деген не?

Төменгі NOx жағартастар — сатылық жану және түтін газының рециркуляциясы сияқты әдістерді қолдану арқылы азот тотықтарының (NOx) шығарындыларын азайту үшін жасалған жану жүйелері.

Төменгі NOx жағартастар шығарындыларды қалай азайтады?

Олар жалын температурасын және отын-ауа араласуын реттейді, сатылық жануды қолданады және бастапқы жану сатыларында қолжетімді оттегіні шектеу үшін қалдық газдарды қайта пайдаланады, осылайша NOx-тің түзілуін азайтады.

Араласқан және диффузиялық жалындар арасындағы айырмашылық неде?

Араласқан жалындар таза газ тәрізді отындар үшін ауа/отын қатынасын дәл реттеуді талап етеді және төменгі NOx шығарындыларымен сипатталады, ал диффузиялық жалындар жүктеменің тербелістерін көтереді және мұнай/синтез газымен жұмыс істейді.

Төменгі NOx жағартастар ақшаны үнемдей ме?

Иә, төменгі NOx технологиясын енгізу шығарындыларды азайтуға, жанудың пайдалы әсер коэффициентін арттыруға және отын үнемдеуге әкеліп соғады, нәтижесінде шығындар төмендейді.