Evaluation of NOx Production Mechanisms
- 1. امیرکبیر صنعتي دانشگاه
)تهران تکنیک (پلي
شیمي مهندسي دانشکده
پایانکارشناسي نامه
گرایشغذایي صنایع
عنوان
تولید های مکانیزم بررسيNOx
نگارش
سلیماني علي
استادراهنما
دکتررشیدی فریبرز
شهریور39
- 3. تعهدنامهاثر اصالتتاريخ:
اينجانبسلیمانی علیمی متعهدپژوهشی كار حاصل نامه پايان اين در مندرج مطالب كه شوم
در كه ديگران دستاوردهاي به و بوده امیركبیر صنعتی دانشگاه اساتید راهنمايی و نظارت تحت اينجانب
مآخذ و منابع فهرست در و ارجاع متعارف روال و مقررات مطابق است شده استفاده آنها از پژوهش اين
گرديد ذكرهم مدرك هیچ احراز براي ًالقب نامه پايان اين .است ه.است نگرديده ارائه باالتر يا سطح
زمان هر در تخلف اثبات صورت درساقط اعتبار درجه از دانشگاه توسط شده صادر تحصیلی مدرك ،
.داشت خواهد قانونی پیگیري حق دانشگاه و بوده
نامه پايان اين از حاصل حقوق و نتايج كلیهمی امیركبیر صنعتی دانشگاه به متعلق.باشدهرگونه
عملی و علمی نتايج از استفادهتكثیر و چاپ يا ديگران به اطالعات واگذاري ،نسخه ،برداريترجمه ،و
.است ممنوع امیركبیر صنعتی دانشگاه كتبی موافقت بدون نامه پايان اين از اقتباس
ذكر با مطالب نقلمآخذ.است بالمانع
- 4. چكیده
أ
چکیده
عبارتNOxا دو بهاز عبارتند كه نیتروژن مهم كسیدNOو2NOنیتروژن خود برخالف .كند می اشاره
سالمتی براي و اند خطرناك بسیار شده ذكر مورد دو ًاخصوص آن اكسیدهاي است ضرر بی تركیبی كه
با همراه و شوند می تشكیل احتراق هاي محفظه در اكسیدها اين .باشند می مضر زيست محیط و انسان
طی و شده زيست محیط وارد احتراق از حاصل گازهايهیدروكربن چون هم ديگر مواد با تركیبهاي
گازها اين تنفس همچنین .شوند می ازن و دود مه ، اسیدي هاي باران تشكیل به منجر آب بخار و نسوخته
مختلف هاي مكانیسم بررسی به تحقیق اين در .شود می افراد در تنفسی و ريوي مشكالت ايجاد موجب
اي .پردازيم می ها آالينده اين تولیدبا سوخت يا هوا در موجود نیتروژن تركیب از ها آالينده ناكسیژن
توانند می گوناگونی هاي مكانیسم طی احتراق هواي در موجودشناخته مكانیسم سه .شوند می تشكیل
تولید ي شدهNOx.سوختی و سريع ، حرارتی مكانیسم : از عبارتندمكانیسمبیانگ سريع و حرارتی هاير
تشكیلNOxتركیب طريق ازاكسیژنبه هم سوختی مكانیسم و اند احتراق هواي در موجود نیتروژن و
تشكیلNOxكه دارند وجود هم ديگري هاي مكانیسم .پردازد می سوخت در موجود نیتروژن طريق از
پرداخت آنها توضیح به ًامشروح تحقیق اصلی متن در و اند شده شناخته كمتر مكانیسم سه اين به نسبته
.است شده
واژهکلیدی های:
، احتراقNOx، حرارتیNOx، سوختیNOxسريع،NO،2NO
- 5. مطالب فهرست
ب
مطالب فهرست
مقدمه...........................................................................................................................1
1ترکیبات با آشنایيNOx...............................................................................................2
1-1نیتروژن اكسیدهاي...................................................................................................3
1-2NOx؟ چیست......................................................................................................3
1-3محیطی زيست اثرات.................................................................................................4
1-3-1دود مه...........................................................................................................7
1-3-2اسیدي باران و اسید نیتريک تشكیل........................................................................7
1-4بهداشتی اثرات........................................................................................................8
1-5تولید منابعNOx....................................................................................................9
1-5-1ايجاد طبیعی منابعNOx....................................................................................9
1-5-2صنعتی منابعايجادNOx...................................................................................9
1-6تشكیلNOxها شعله در........................................................................................11
1-7انتقال بر حاكم معادالتNOx...................................................................................11
2NOxحرارتي............................................................................................................11
2-1تشكیلNOxحرارتی.............................................................................................12
2-1-1غلظت نمودن فرض ثابت شبهN..........................................................................14
2-1-2حساسیتNOxدما به حرارتی...........................................................................14
2-1-3محاسبات تفكیکNOxشعله و...........................................................................16
2-1-4اكسیژن راديكالهاي غلظت تعیین...........................................................................16
2-1-5راديكالهاي غلظت تعیینOH.............................................................................17
2-1-6بندي جمع....................................................................................................18
2-2گازي توربین احتراق ي محفظه..................................................................................19
2-2-1احتراق ي محفظه ساختار..................................................................................19
2-2-2احتراق ي محفظه سازي شبیه.............................................................................19
2-2-3گیري نتیجه..................................................................................................21
9NOxسریع.............................................................................................................22
- 6. مطالب فهرست
ت
3-1تشكیلNOxسريع...............................................................................................23
3-2ايجاد مكانیسمNOxسريع......................................................................................23
3-3ايجاد بر موثر فاكتورهايNOxسريع...........................................................................24
3-4سرعت ي معادله تعیین............................................................................................25
3-5هیدروكربنی هاي سوخت اغلب براي كلی سرعت...............................................................26
3-6اكسیژن به نسبت واكنش ي مرتبه...............................................................................27
4NOxسوختي..........................................................................................................28
4-1نیتروژنی پیوند حاوي سوختهاي..................................................................................29
4-2واكنش مسیرهاي...................................................................................................31
4-3تشكیلNOxمايع و گازي هاي سوخت از سوختی..........................................................32
4-4تشكیلNOxسیانید هیدروژن واسط حد از سوختی(HCN)...........................................32
4-4-1تولیدHCNگازي سوخت يک در........................................................................32
4-4-2تولیدHCNمايع هاي سوخت در........................................................................33
4-4-3مصرفHCN................................................................................................33
4-4-4منبعHCNانتقالی ي معادله در.........................................................................34
4-4-5منبعNOxانتقالی ي رابطه در...........................................................................35
4-5تولیدNOxآمونیاك واسط حد طريق از سوختی)3(NH.................................................35
4-5-1تولید3NHگازي سوخت يک در.........................................................................35
4-5-2تولید3NHمايع سوخت يک در...........................................................................36
4-5-3مصرف3NH..................................................................................................36
4-5-4منبع3NHانتقالی ي معادله در...........................................................................37
4-5-5منبعNOxانتقالی ي رابطه در...........................................................................38
4-6تولیدNOxسنگ زغال از سوختی..............................................................................38
4-6-1تولید اول شماتیکNOxسنگ زغال از سوختی.......................................................38
4-6-2تولید دوم شماتیکNOxسنگ زغال از سوختی......................................................39
4-6-2-1كاهشNOxزغال سطح روي.....................................................................41
4-6-2-2سطح مساحتBET.................................................................................41
4-6-2-3تولیدHCNفرار ذرات طريق از...................................................................41
- 7. مطالب فهرست
ث
4-6-3تولید سوم شماتیکNOxسنگ زغال از سوختی......................................................42
4-6-4تولید چهارم شماتیکNOxسنگ زغال از سوختی...................................................42
4-6-4-1تولید3NHفرار تركیبات از.........................................................................43
4-7تشكیل ي مقايسهNOxاحتراق درمتانتوسط2/CO2Oهوا و......................................44
5تشکیل دیگر های مکانیسمNOx................................................................................45
5-1تشكیلNOxمجدد احتراق طی.................................................................................46
5-2تشكیلNOxواسط حد طريق ازO2N........................................................................46
5-2-1تشكیل مكانیسمNOxواسط حد طريق ازO2N.....................................................47
5-3تشكیلNOxمكانیسم طريق ازNNH.......................................................................49
5-3-1تشكیل گرمايNNH.....................................................................................51
5-3-2عمر طولNNH............................................................................................51
5-4واكنش2NNH + O.............................................................................................51
5-5واكنشNNH + O...............................................................................................52
5-6تولید مكانیسمNOxطبیعی گاز هاي شعله در...............................................................55
5-7تشكیلNOxناآرام هاي شعله در...............................................................................58
نتیجه و بندی جمعگیری................................................................................................59
آتي تحقیقات برای پیشنهادات.........................................................................................61
مراجع و منابع................................................................................................................61
- 8. مقدمه
1
مقدمه
آالينده از يكی نیتروژن اكسیدهايتوربین اصلی هاينیروگاههاي رشد با رو اين از هستند گازي هاي
به توجه با و كشور در تركیبی سیكل و گازينگرانی ،جهانی جديد استانداردهايزيست هايمحیطدرباره ی
آالينده اين انتشار و تولیداصلی فاكتور ، توربین به ورودي گاز حرارت درجه كه آنجا از .است افزايش به رو
تولید باعث آن بودن باال و است سیستم بازده بر اثرگذارNOxمی بیشتريشودكنترل و كاهش تكنیک ،
انتشاربگونه بايدباشد نداشته نامطلوب تـأثیر توربین عملكرد بر كه شود اتخاذ اي.
انتشارNOxاليه تخريب و اسیدي بارانهاي تشكیل بر عالوهاوزونتشكیل سبب ،اوزونالي درههاي
انتشار مخرب اثرات به توجه با .است شهرها هواي آلودگی اصلی و اولیه عامل خود كه شده جو پايینی
NOxتوربین باالي راندمان با و مناسب كاركرد همچنین و موجودات ساير و انسان سالمت بر،گاز هاي
روش بررسیكاهش مختلف هايNOx.است گرفته قرار متخصصان توجه موردروش بتوان اينكه براي
انتشار از جلوگیري براي مناسبیNOxاتخاذمكانی ابتدا بايد نمودبشناسیم را آن تشكیل هاي زم.از
روش جملهمرسوم هايتولید كاهشNOxمیمشعل از استفاده به توانبا احتراق هايNOx، پايین
دودكش گاز بازگشت ،بخار يا آب پاشش(FGR)،انتخابی كاتالیست با كاهش(SCR)مجدد احتراق ،
، سوختبهینهاشاره كاتالیستی احتراق و احتراق سازي.كرد
در نیتروژن اكسیدهاي تشكیلفرآينداحتراقدرمولكول تجزيه نتیجه در ،گاز توربینهاي2Nو
2Oبوجود سبب ، تجزيه اين از بعد واكنش كه است اكسیژن و نیتروژن هاي اتم بهاكسیدهاي آمدن
نیتروژن, NO)2, NO3, NOO2N,3O2, N4O2, N5O2(Nاكسید كه شد خواهدو نیتروژن
دياكسیدتشكیل درصد باالترين با نیتروژنسهم ،عمدهدارند آلودگی انتشار در اي.
تركیباتNOxتشكیل كنند می استفاده نیتروژن حاوي هواي از كه احتراق موتورهاي در همواره
تركیبات .گردند تشكیل توانند می برق و رعد ايجاد اثر در طبیعی طور به همچنین .گردد میNOxطی
مه تشكیل به منجر هايی واكنشدودا و اسیدي باران ،وزو.شوند می تروپوسفري ن
دوتشكیل اساسی مكانیزمNOxدرتوربین مشعل: از عبارتند گازي هاي
احتراق هواي در موجود نیتروژن اكسیداسیون(NOxسريع و حرارتی)
شیمیايی تبديالتپیونسوخت نیتروژنی دهاي(NOxسوختی)
- 10. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
3
1-1نیتروژن اکسیدهای
اكسیدهايشده شناختهي: از عبارتند نیتروژن
1)O2N.شود می حل آب در و است رنگ بی گازي كه اكسید نیتروس به موسوم
2)NO.شود می حل آب در اندكی مقدار به و است رنگ بی گازي كه اكسید نیتريک به موسوم
3)2NOدر زيادي مقدار به و بوده قرمز به مايل و اي قهوه گازي كه اكسید دي نیتروژن به موسوم
.شود می حل آب
4)2O2N.شود می حل آب در كمی مقدار به و است رنگ بی گازي كه اكسید دي نیتروژن دي
5)3O2N.است آب در حل قابل جامد يک كه اكسید تري نیتروژن دي
6)3O2Nآب در زيادي مقدار به و بوده قرمز به مايل و اي قهوه گازي كه اكسید تترا نیتروژن دي
.شود می حل
7)5O2Nاكسید پنتا نیتروژن ديمی حل آب در زيادي مقدار به و است رنگ سفید جامد يک كه
.شود
.نمايند می اسید تولید آب با واكنش طی نیتروژن اكسیدهاي اين از بعضی
1-2NOx؟ چیست
NOxمونواكسید نیتروژن شامل كه دارد نیتروژن هاي اكسید به اشاره(NO)نیتريک بعنوان كه
اكسید دي نیتروژن و شود می شناخته نیز اكسید)2(NOتركیبات ديگر شامل تواند می چنین هم .است
و نیتروژناكسیژناكسید تترا نیتروژن مثل متداولند كمتر كه)4O2(Nپنتااكسید نیتروژن و)5O2(N
باشد نیز.( ازت برخالفبی و طعم بی گازيبو% ي دهنده تشكیل و78اتمسفر ازاست ضرر بی گازي كه )
براي ازت اكسیدهاي ،خطرناك انسانآلوده دو آنها میان در ولی است زياد ازت اكسیدهاي تعداد .هستند
نیتريک اكسید مهم ي كننده(NO)نیتروژن اكسید دي و)2(NOنیتريک اكسید .باشند می(NO)،
سمی حدي تا و رنگ بی گازياستشود می تولید باال ًانسبت حرارت در و احتراق هنگام به كه.حرارت
حرارتی چنین .باشد می هوا ازت و اكسیژن تركیب مناسب كه است باال حدي به احتراقكوره در فقط
گاز جهت بدين .شود می تولید باال فشار در احتراق يا و قوي هايNOبهسیلندرهاي در زياد مقدار
انرژي تبديل اعمال ساير و حرارتی نیروگاههاي ،اتومبیلمقدا .گردد می تولیدگاز از ريNOبی ًانسبت كه
نیتروژن اكسید دي گاز به تبديل اتمسفر در است خطر)2(NO.است خطرناك بسیار گازي كه شود می
- 11. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
4
اكسیداسیونNOبه2NO، باال هاي غلظت دراست آهسته ، پايین هاي غلظت در و سريع،در بجز
وجود خورشید نور و هیدروكربن كه موارديباشد داشته.
2NOدررا آن ترتیب بدين و شود می تشكیل براحتی فتوشیمیايی واكنشمحصوالت از يكی
كارخانجات دودكش از .است زياد حرارت در احتراق آن اصلی منبع كه صورتی در ، نامند می فتوشیمیايی
نیز منفجره مواد تولید و شیمیايی كود2NOاتمسفر بهكنند آلوده از يكی ازت اكسید دي .شود می وارده
اي قهوه رنگ به گاز اين .باشد می مهم هايقرمز به مايلب ، استهديد موثري بطور گاز اين علت همین
بوي بعالوه .كند می كم شهرها در راغلظت در آن زننده و تندppm2-1خودروها .است تشخیص قابل
انتشار براي مهمی منبع2NOهستن.دنیتروژن بزرگ شهرهاي مثل پرترافیک مناطق درديمنتش اكسیدر
ي بعنوان هوا در شدهک.گیرد قرار توجه مورد بايد و است مهم محیطی زيست ي آالينده
O2N)نیتروس (اكسیدبه موسوم تركیبات جزو است اي گلخانه گاز يک كهxONاين .باشد نمی
تركیبات برخالف گازNOxمی تركیب اين از .دارد كاربرد زيادي موارد در آيند می شمار به آالينده كه
.كرد استفاده كننده اكسید تركیب يک و بیهوشی داروي ، غذايی مواد براي افزودنی بعنوان توان
EPAتركیباتNOx: است كرده تعريف زير بصورت را
"نیتروس اكسید جز به نیتروژن اكسیدهاي تمام"
اكث دراز زيادي مقدار باال دماهاي در گرمايش فرآيندهاي رNOxبه خروجی دودكش در موجود
اكسید نیتريک شكل(NO).است
1-9محیطي زیست اثرات
واكنشNOxتشكیل به منجر خورشید نور حضور در آلی فرار تركیبات بااوزوناين كه شود می
اوزودر امر اين و داشت خواهد آنها عملكرد كاهش و ريوي هاي بافت به آسیب همچون سوئی عوارض ن
شديدتري تأثیر آسم به مبتال افراد همچنین و مسن افراد ، خردسال افراد همچون حساس افراد مورد
.داشت خواهد
اوزون)3(Oپ فرابنفش هاي اشعه مقابل در زمین از است بااليی اتمسفر در كهخورشید رانرژي
اينجا در .است نامطلوب پايینی اتمسفر در آن وجود اما كند می محافظتNOداده واكنش اكسیژن با
و اوزون تولید به منجر2NOم: شود ی
2 2 3NO + HC + O + sunlight NO + O
- 12. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
5
انسان در تنفسی مشكالت ايجاد موجب تواند می كه است سالمتی براي مضر تركیب يک اوزون
اين .شوداز و زراعی محصوالت ديدن آسیب باعث اوزون .شود می گلو و بینی ، چشم سوزش باعث ماده
.شود می ديگر مواد و منسوجات رفتن بین
NOxتخريب موجباوزون.شود می استراتوسفرياوزونفرابنفش تشعشعات استراتوسفري
.كند می جذب ، است آور زيان زمین كره روي در حیات براي كه را خورشیديNOxطريق از شده تولید
( اكسید نیتروس شیمیايی تجزيه ي نتیجه در اما رسد نمی استراتوسفر به احتراقO2N-)آور خنده گاز
.شود می ايجاد تابشی نیروي اثر بر
NOxبا همچنینآلی شیمیايی موادتركیبات از زيادي انواع و دهد می واكنش راحتی به رايج
كرد اشاره نیترات راديكالهاي و نیتروسامین به توان می تركیبات اين ي جمله از .كند می تولید را سمی
تشكیل راه يک ًااخیر .شوند بیولوژيكی هاي جهش موجب است ممكن بعضی كهاوزونطريق ازNOx
شناخته( كلريد نیتريل ايجاد هنگام و دهد می رخ ساحلی مناطق در ًاعمدت كه است شدهCl2NOاز )
تماس طريقNOx.شود می ايجاد نمک مه با
گاز2NOرشد میزان از و گذاشته اثر گیاهان رويكند می كم آنهاتركیب آب بخار با همچنین ،
شدهباعث ونیتريک اسید تولیدمیشودفلزات خورنده كهاست.
5O2→ N3+ O2NO
5O2→ N3+ NO2NO
3O → HNO2+ H5O2N
سزائی به نقش نیز اسیدي هاي آئروسل و ها باران تشكیل در نیتروژن اكسید دي.داردبه آئروسل
جويزمان مدت كه است ذراتی حاوي كه شود می اطالقیبه . مانند می معلق هوا در، ديگر عبارت
كلوئ سیستم آئروسلیداست يباشد گاز آن پیوسته فاز كهنمونه مه .اياست آئروسل يک از.
از بخشی و گردد برمی زمین به اسیدي باران شكل به باران توسط حاصل نیتريک اسیدبا آن
نظیر هايی نمک تولید قلیايی تركیبات ديگر يا آمونیاك3NO4NH.نمايد می
3NO4→ NH3+ HNO3NH
تغییرات باعث نیتروژن اكسیدهايتغییرات شامل زيست محیط در اي گستردهرقابت در پتانسیل
كاهش ،خشكی هاي سیستم و مرطوب هاي سرزمین در گیاهی هاي گونه بینديد قدرتكردن اسیدي ،
و ها ماهی براي خطرناك سمی مواد سطح افزايش نیز و آبی منابع.باشد می آبزيان ديگروجود2NOدر
- 13. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
6
تازه آب شدن اسیدي باعث محیطو ها جلبلک ناگهانی رشد ،مرگ و ها رودخانه بستر در اكسیژن كاهش
گردد می آبزيان.
واكنشی طی زياد دماهاي در اما ، دهند نمی واكنش هم با محیط دماي در نیتروژن و اكسیژن
داخلی احتراق موتورهاي در دما اين .گردند می نیتروژن از گوناگونی اكسیدهاي تشكیل به منجر گرماگیر
وايجاد اثر در همچنین ، شود می احتراق به منجر هوا با سوخت يک وقتی ها نیروگاه در موجود بويلرهاي
.شود می حاصل برق و رعد
جو شیمی در1
از منظورNOxهاي غلظت مجموعNOو2NO.باشد میاين غلظت روز طی در
نسبت و بود خواهد تعادل در هم با دو2/ NONOخور نور تابش شدت بهتبديل به منجر كه ( شید
2NOبهNOغلظت و )شود میاوزونبا كه (NOي دوباره تشكیل به منجر و داده واكنش2NOمی
.دارد بستگی )شود
اكسیژن اضافی مقدار حضور صورت در،نیتريک اكسید(NO)اكسید دي به و داده واكنش آن با
نیتروژن)2NO(غلظت به تبديل اين براي الزم زمان .شد خواهد تبديلNOبستگی هوا در موجود
.بود خواهد متغییر زير جدول مطابق كه دارد
1
atmospheric chemistry
NO concentration in air
(ppm)
Time required for half NO to be
oxidized to NO2 (min)
20000 0.175
10000 0.35
1000 3.5
100 35
10 350
1 3500
- 14. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
7
1-9-1دود مه
وبا فرار آلی تركیبات كه قتیNOxفوتوشیمیايی دود مه ، دهند واكنش خورشید نور حضور در
، ها بچه شرايط اين در .آيد می شمار به تابستان فصل در ًامخصوص مهمی آلودگی كه شود می تشكیل
كه است ممكن كنند می كار باز هاي محیط در كه افرادي و آسم مثل ريوي هاي بیماري به مبتال افراد
هاي بافت ديدگی آسیب دچار.شوند ريه عملكرد در اختالل و ريويكه است مه و دود از تركیبی دود مه
آال غلظت كه مواقعی در.شود می تشكیل باشد زياد ها ينده
مخلوط با تماس در خورشید نور كه وقتی .شود می اتمسفر در ديد میدان كاهش باعث دود مه
2NO.شود می تولید فوتوشیمیايی دود مه ، گیرد قرار اتمسفر در موجود ي نسوخته هیدروكربنهاي و
1-9-2تاسیدی باران و اسید نیتریک شکیل
حذف در باران2NOحال اين با .است موثر اتمسفر از2NOاسید تشكیل موجب آب با تماس در
نیتروس)2(HNOنیتريک اسید و)3(HNO.اند خورنده ًاشديد كه شود میNOغالب ي گونهNOx
.است صنعتی احتراق فرآيندهاي در تولیديNOدر
با اتمسفر2Oتولید موجب و داده واكنش2NO.شود می
تشكیل با2NOباران آب با تماس و اتمسفر درنیتريک
تماس كه چیز هر با اسیدي باران .شود می تشكیل اسید
را آن كند پیدامانند ، كند می تخريبدرختان ، گیاهان :
، ساختمانها مثل انسان توسط شده ساخته بناهاي و
. ... و برجها
- 15. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
8
: دهد می رخ زير صورت به آب با نیتروژن اكسید دي واكنش
3+ HNO2O → HNO2+ H22 NO
: شود می تجزيه زير صورت به نیتروس اسید سپس
O2+ 2 NO + H3→ HNO23 HNO
منجر ًانهايت آب با تركیب اين كه ، دهد می تشكیل را اكسید دي نیتروژن و شده اكسید نیز اكسید نیتريک
: شود می اسیدي باران تشكیل به
3O → 4 HNO2+ 2 H24 NO + 3 O
رشد براي كه كند می نیترات تولید آنجا در كه ، شود می خاك وارد سرانجام شده تشكیل نیتريک اسید
مف گیاهان.است ید
1-4بهداشتي اثرات
NOxذرات و نیتريک اسید بخار تشكیل به منجر ديگر تركیبات و رطوبت ، آمونیاك با تركیب در
آنها ديدگی آسیب موجب ريوي حساس هاي بافت اعماق به نفوذ با توانند می ريز ذرات .گردد می ديگر
تشديد يا ايجاد موجب ذرات اين استنشاق .شد خواهد نارس مرگ به منجر حاد موارد در كه شوندبیماري
(يک آمفیزم همچون تنفسی هايبیماريمزمنريويكهطیآنكیسههايهوايی(حبابچهريه در )ها
بیشاندازه ازمی گشادنتیجه در و شوندخاصیت ،ارتجاعیرشتههايیكهكیسههايهوايیبه راهنگام
تنفسبازبسته ومیبین از كنندمیرودبر و )لوله پوشش (التهاب ونشیتبرونش هايك هوا مجراهاي ،ه
ريه به را نايمی متصل هاكنند.دارد وجود نیز قلبی هاي بیماري تشديد امكان و شود می )
NOحالت ، سینه تنگی ، گلو و چشم سوزش باعث تواند می و است سمی ي ماده يک انسان براي
تدريجی دادن دست از و سردرد ، تهوعب قوايدنیبا مدت طوالنی تماس .شودNOايجاد باعث تواند می
سیانوز ، تنفس سختی ، شديد هاي سرفه(شدن كمِنخو هموگلوبین مقدارگردش درم كهتغ به نجرییر
رنگو پوستغشامخاطى هاىآبی رنگ بهمىگردد).شود فرد مرگ و
2NOيک و دارد اي كننده خفه بوي كه است پذير واكنش ًاشديد و قرمز به مايل اي قهوه گاز يک
خیلی ريه ورم و شیمیايی هاي التهاب ايجاد توانايی دلیل به ماده اين .است قوي ي كننده اكسید عامل
.است خطرناك و سمیتماساز كمتر ( مدت كوتاه3با ) ساعت2NOمتعارف غلظت باباعثدر تغییر
تنفسی مجاريوبیماري و گردد می تنفسی هاي بیماري سابقه داراي شهروندان در ها شش عملكرد
- 16. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
9
هايكودكان تنفسی5تا12گاز معرض در طوالنی مدت به انسان اگر .دهد می افزايش را سال2NOقرار
كم هاي غلظت در حتی ،گیردانجام مطالعات .گذاشت خواهد سوء اثر ريه روي ،كه است داده نشان شده
می انسان در تنفس قدرت شدن كم باعث گاز اين با مواجههشود.
1-5تولید منابعNOx
1-5-1ایجاد طبیعي منابعNOx
اثر در اكسید نیتريکِقبر زياد بسیار گرماي بدلیل برق و رعد ايجادشكست اثر در و شده ايجادن
تواند می شود تركیب باران آب با اكسید نیتروس كه صورتی در .شود می تشكیل نیتروژن هاي مولكول
.شود اسیدي هاي باران ايجاد به منجر
1-5-2صنعتي منابعایجادNOx
ايجاد اصلی منبع سهNOx: از عبارتند احتراق فرآيندهاي طی
NOxحرارتی
NOxسوختی
NOxسريع
از گزارشی زير شكل درNOxمی مشاهده دهد می نشان را مختلف منابع سهم كه كانادا در تولیدي
.كنید
شكل3-1كلی تولیدNOxكانادا درسال1995=2464سال در كیلوتن
- 17. تركیبات با آشنايی : اول فصلNOx
10
1-6تشکیلNOxها شعله در
تشكیل ناآرام هاي شعله مولكولی سطح در و آرام هاي شعله درNOxشیمیايی فرآيند چهار به
تشكیل : شود می داده نسبت مجزاNOxتشكیل ، حرارتیNOxتشكیل ، سريعNOxو سوختی
.مجدد احتراقNOxنیتروژن اكسیداسیون با حرارتی.شود می تشكیل احتراق هواي در موجود اتمسفري
NOxسواكن توسط ريعشعله ي جبهه در ، باال سرعت شهايوNOxنیتروژن شدن اكسید از سوختی
مجدد احتراق مكانیسم .آيد می بوجود سوخت در موجود،NOxواكنش به محدود را شده تشكیل كلی
NO.نمايد می ها هیدروكربن با
1-7انتقال بر حاکم معادالتNOx
تشكیل سريع و حرارتی هاي مكانیسم برايNOx: كنیم می استفاده را زير ي معادله
( ) .( ) .( )NO NO NO NOY VY D Y S
t
تشكیل سوختی مكانیسم مورد درNOxنیتر حاوي واسط حد ذرات چونبايد شوند می تولید وژن
بر عالوه: نمود حل نیز را زير معادالت باال ي معادله
( ) .( ) .( )HCN HCN HCN HCNY VY D Y S
t
3 3 3 3
( ) .( ) .( )NH NH NH NHY VY D Y S
t
، باال عبارات درYمنبع هاي ترم و هستند گازي فاز در مربوطه اجزاء جرمی جزء بیانگر ها(S)هر
توج با ًابعد جزءگردند می تعیین مكانیسم نوع به ه
- 19. : دوم فصلNOxحرارتی
12
2-1تشکیلNOxحرارتي
تشكیلNOxهستند دما به وابسته ًاشديد كه ها واكنش از اي مجموعه ي وسیله به حرارتیبه و
مكانیسم عنوانZeldovich.گردد می تعیین شوند می شناختهZeldovichاولینبه كه بود كسی
اهمیتاينواكنشهابرد پی.تشكیل اصلی هاي واكنشNOxشرح به نیتروژن مولكولهاي از حرارتی
:است زير
(1)75.1 /H kcal mol 1
1
2N O NO N
k
k
مصرف بعدي واكنشهاي در تواند می واكنش اين طی در تولیدي نیتروژن.شود
(2)32.1 /H kcal mol 2
2
2N O NO O
k
k
مكانیسمZeldovichمقدار صحیح بینی پیش به قادر زير موارد درNO: نیست تولیدي
مرطوب هواي
زياد ماند زمان و پايین دماي در احتراق
هیدروژن سوخت از غنی و استوكیومتري هاي شعله–هوا
هاي شعلهسوخت از غنی يا كم ماند زمان با هیدروكربنی
تولید بینی پیش براي لذاNO.داريم نیاز تري پیشرفته مكانیسم بهواكنش كه است شده داده نشان
مخلوط در و باشند استوكیومتري به نزديک ها نسبت كه شرايطی در واكنش اين و است درگیر هم سومی
: است اهمیت حائز سوخت از غنی هاي
(3)1 48.7 /H kcal mol
3
3
N OH NO H
k
k
ذرات حاوي كه مرطوب هاي سیستم در واكنش اينH.دهد می رخ ، باشند میكه سوم ي معادله
هیدروكسیل راديكال با نیتروژن اتم واكنش بیانگر.( )OHتوسط استLavoie،HeywoodوKeck
ايجاد در توجهی قابل سهم كه مكانیسمی به آنرا و شد افزوده مكانیسم بهNOxدارد،.كرد تبديلمجموع
واكنش سه اينبهي يافته توسعه مكانیسمZeldovichاست معروف.
: ها واکنش شرایط
.است محدودكننده اول واكنش
- 20. : دوم فصلNOxحرارتی
13
باال دماهاي در( 1800 )T Kشرايط ورقیقسوخت لحاظ ازی.دهند می رخ
.است نیاز زيادي ماند زمان ًاعمدت
غلظت اگرOوOHتولید سرعت ، باشد تعادلی مقدار از بیشترNO.يابد می افزايش
تولید ، اقامت زمان و حرارت درجه افزايش باNOxپیدا افزايش خطی و توانی شكل به ترتیب به
میكند.
توسط و شده گیري اندازه متعدد تجربی مطالعات در ها واكنش اين سرعت ثابتBaulch et al.
وHansonوSalimianارزيابی اساس بر .است گرفته قرار ارزيابی موردHanson&Salimian
: باشند می زير صورت به سرعت ثوابت
1k،2kو3kو رفت هاي واكنش براي سرعت ثابت ترتیب به1-kو2-kو3-kسرعت هاي ثابت ترتیب به
.باشند می برگشت هاي واكنش برايزير شكلي نحوه ي دهنده نشان.است دما با سرعت ثوابت تغییر
3
( / . )Value m gmol snk
8 38370/
1.8 10 T
e
1k
7 425/
3.8 10 T
e
1k
4 4680/
1.8 10 T
Te
2k
3 20820/
3.8 10 T
Te
2k
7 450/
7.1 10 T
e
3k
8 24560/
1.7 10 T
e
3k
- 21. : دوم فصلNOxحرارتی
14
دماها ي كلیه در نمودار به توجه با1k.است سرعت ي كننده محدود اول واكنش لذا و است بقیه از كمتر
كه گیريم می نتیجه نمودار از همچنین1kشديدتر دما با آن تغییرات و دماست تابع بقیه از بیشتر خیلی
.است بقیه از
تشكیل خالص نرخNO( هاي واكنش طريق از1و )(2و )(3: شود می محاسبه زير ي رابطه توسط )
1 2 2 2 3 1 2 3
[ ]
[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ]
d NO
k O N K N O K N OH K NO N K NO O K NO H
dt
غل تمام واحد باال ي رابطه درظتها3
gmol / m.است
تشكیل سرعت ي محاسبه برايNOوNغلظت بهO،HوOH.داريم نیاز
2-1-1ثابت شبهنم فرضودنغلظتN
تشكیل سرعتNOxحرارتیاز (بیشتر باال دماهاي در فقط1800 Kچون است مالحظه قابل )
( زيادي انرژي به نیتروژن مولكول در موجود گانه سه پیوند شكستن براي941 KJ/gmol.داريم نیاز )
( واكنش زياد فعالسازي انرژي در مطلب اين1مكانیسم در سرعت ي كننده كنترل ي مرحله كه )توسعه
ي يافتهZeldovich.است كم نیتروژن هاي اتم اكسیداسیون انرژي حال اين با .است مشاهده قابل است
با آزاد نیتروژن مصرف سرعت ، هوا از غنی ي شعله يک مثل كافی مقدار به اكسیژن وجود صورت در
.است دسترسی قابل پايدار شبه حالت يک لذا و بود خواهد برابر آن تشكیل سرعتم تمام در فرض اينوارد
تشكیل سرعت لذا ، است صحیحی فرض باشند سوخت از غنی ًاشديد كه مواردي مگرNOزير بصورت
: آيد می در
2
1 2
1 2 2 2
1 2
1
2 2 3
[ ]
(1 )
[ ] [ ] [ ]
2 [ ][ ]
[ ]
(1 )
[ ] [ ]
K K NO
d NO K N K O
k O N
K NOdt
K O K OH
3
/gmol m s )5(
2-1-2حساسیتNOxدما به حرارتي
( ي معادله به توجه با5تشكیل سرعت اكسیژن غلظت افزايش با كه است واضح )NOمی افزايش
تشكیل كه شود می مشخص همچنین .يابدNOنوع از مستقل اما ، دما از شديد تابعی بايد حرارتی
سوثابت به توجه با حقیقت در .باشد خت( ي شماره واكنش سرعت1كه )و است محدودكننده واكنش
- 22. : دوم فصلNOxحرارتی
15
سرعت ثابت1k، است آن بیانگرباالي دماهاي در2200 Kتشكیل سرعتNOxهر ازاي به حرارتی
مقدار به دما افزايش90 K.شود می برابر دو
NOxاقا زمان به هم و دما به هم حرارتیو است وابسته احتراق ي محفظه در متزير دماهاي در
C751(1400F)مقدارولی است ناچیز آنباالي دماهاي درC1411(2600F)مقدارNOx
.است مالحظه قابل بسیار تولیدي حرارتیمكانیسم ايني عمده بخشNOxتولیدياحتراق از حاصل
.دهد می تشكیل را سبک هاي نفت و گازها
سرعت تغییرات بیانگر زير نمودارهايNOxي محفظه دماي و واكنش دماي با تولیدي حرارتی
م احتراق.باشند ی
شكل2-2تولید سرعت تغییراتNOواكنش دماي تغییر با
- 23. : دوم فصلNOxحرارتی
16
2-1-9تفکیکمحاسباتNOxشعله و
( ي معادله حل براي5اتمهاي غلظت )Oآزاد راديكالهاي وOHگونه غلظت بايد اين بر عالوه ، است نیاز
يعنی پايدار هاي2Oو2Nپیشنهاد به .باشیم داشته نیز راZeldovichتشكیل مكانیسمNOxحرارتی
اتم ، پايدار هاي گونه ، دما از تعادلی مقادير فرض باراديكال و اكسیژن هايهايOHتواند میجدااز
احتراق اصلی فرآيندبررسیط اما ، شودغلظت ، گرفته صورت مشاهدات بقراديكالهااتمهاي ًامخصوص
اكسیژنتعادلی سطح از بیشتر بسیاراستتشكیل سرعت بر اكسیژن اتمهاي جزئی تعادل تأثیر .NOx
اتمهاي تعادل فرض با كه دهد می نشان حاصل نتايج و است گرديده بررسی هوا و متان آرام احتراق طی
انتشار سطح مقدار تعیین در شعله ي محدوده در اكسیژنNOxب پیش نتايج با حاصل نتايجشده ینی
28.داشت خواهد اختالف درصد
2-1-4اکسیژن رادیکالهای غلظت تعیین
ناآرام هاي شعله در در راديكالها غلظت درموردصنعتیشده انجام كم خیلی دقیق مطالعاتاست،
.باشد می ناآرام هاي شعله در پديده اين وجود ي دهنده نشان شده انجام كارهاي اماي حاضر حال درک
تشكیل سرعت بر جزئی تعادل تأثیر مورد در مشخص گیري نتیجهNOxنا هاي شعله دروجود آرام
ندارد.
PetersوDonnerhackراديكال تأثیر كه باورند اين برهااز كمتر جزئی تعادل ي25درصد
ايجاد در افزايشNOxتشكیل سرعت بر گذرا تأثیر اصلی عامل و است حرارتیNOxجريان دينامیک
.استBilger et al.سرعت بر اكسیژن اتمهاي حد از بیش افزايش تأثیر ناآرام هاي شعله در گويد می
تشكیلNOx.است مالحظه قابل بسیار
ي يافته توسعه مكانیسم تركیب مسئله اين حل براي روش يکZeldovichدقیق مكانیسم يک با
به ًالقب روش اين .است متعدد مراحل و مختلف هاي گونه ، واكنش زيادي تعداد شامل كه است احتراق
اين كامپیوتري محاسبات براي الزم زياد زمان دلیل به اگرچه ، است شده بررسی مطالعاتی اهداف منظور
ه جريان به آن تعمیم و نشد پذيرفته اقتصادي لحاظ از روش.گرديد مواجه مشكل با ناآرام اي
روش ، تعادلی روش : كرد استفاده توان می روش سه از اكسیژن راديكالهاي غلظت تعیین براي
روش و جزئی تعادلتخمین.پردازيم می هريک شرح به كه غلظت
- 24. : دوم فصلNOxحرارتی
17
1)تعادلي روش
تشكیل سرعتNOxبخش لذا و هیدروكربنهاست اكسیداسیون سرعت از كمتر بسیار حرارتی
ي عمدهNOxفرآيند توان می موارد اغلب بنابراين .شود می تشكیل احتراق فرآيند تكمیل از پس حرارتی
تشكیلNOxم از جدا را حرارتیكاهاي واكنش تعادل فرض با و گرفت نظر در احتراق هاي واكنش نیسم
سرعت احتراقتشكیلNOxتشكیل سرعت ي محاسبه روش اين توسط .نمود محاسبه راNOxحرارتی
.شد خواهد ساده زيادي حد تاگاه آن: شود می محاسبه زير عبارت از اكسیژن اتم تعادلی غلظت
(6)
1
2
2[ ] [ ]PO K O
جايگذاري باPK: داشت خواهیم
1 1 31090
5 2 2
2[ ] 3.97 10 [ ] T
O T O e
3
/gmol m )7(
كهT.است كلوين برحسب
2)جزئي تعادل روش
بازتركیب و تفكیک بیانگر كه زير واكنش فرض با2O.بخشید بهبود توان می را اول روش باشد می
(8)2O M O O M
: آيد می در زير صورت به اكسیژن غلظت ي معادله آنگاه
(9)3
/gmol m
1 1 27123
2 2
2[ ] 36.64 [ ] T
O T O e
.يابد می افزايش اكسیژن اتمهاي جزئی غلظت روش اين در كه
9)روشتخمینغلظت
از است عبارت روش اينتخمین.شیمی پیشرفته مدل يک توسط اكسیژن غلظت
2-1-5رادیکالهای غلظت تعیینOH
راديكالهاي غلظت ي محاسبه برايOHغلظت حذف : گرفت بهره توان می روش سه ازOHاز
ي محاسبه روشNOxغلظت بینی پیش از استفاده روش و جزئی تعادل روش ، حرارتیOH
- 25. : دوم فصلNOxحرارتی
18
1)حذف روشOH
ي يافته توسعه مكانیسم سوم ي معادله كه شود می فرض روش اين درZeldovichصرف قابل
.باشد كردن نظر: اينكه گرفتن نظر در با مطلب اين
2 2 3[ ] [ ]eq eqK O K OH
احتراق موارد براي و شود می انجام باشدرقیق سوخت باگرفته نظر درشود میموارد اغلب در و
.است معقولی فرض
2)جزئي تعادل روش
غلظت روش اين درOHي يافته توسعه مكانیسم سوم ي معادله درZeldovichي رابطه توسط
: شود می بیان زير
(11)3
/gmol m
2 0.57 4595/ 1/2 1/2
2[ ] 2.129 10 [ ] [ ]T
OH T e O H O
9)روشتخمینغلظت
از است عبارت روش اينتخمینغلظتOH.شیمی پیشرفته مدل يک توسط
2-1-6بندی جمع
تشكیل سرعتNOx( ي معادله توسط حرارتی5اتمهاي غلظت ي محاسبه براي .شود می تعیین )
( ي معادله در نیاز مورد اكسیژن5( ي معادله از باشد برقرار تعادلی فرض كه حالتی براي )7حالت براي ، )
( ي معادله از جزئی تعادل9يا و )حل هنگام .كنیم می استفاده اكسیژن اتمهاي محلی جرمی جزء از
ي معادله در .نمود انتخاب را مناسب روش توان می مسئلهبخش انتقالی1-7ي محاسبه برايNOSبر
تشكیل مكانیسم اساسNOx: كنیم می استفاده زير عبارت از حرارتی
, ,
[ ]
thermal NO w NO
d NO
S M
dt
كه,w NOMمولكولی وزن بیانگرNOاستبرابر و30.01 g/moleباشد میمقدار و[ ]d NO
dt
( ي معادله از5.شود می محاسبه )
- 26. : دوم فصلNOxحرارتی
19
2-2گازی توربین احتراق ی محفظه
گازي هاي توربین دراز زيادي حجم .شود می انجام احتراق ي محفظه درون سوخت احتراق عمل
طريق از سوختشو می آن وارد كننده پخش نازلهايطريق از كه هوا اضافی مقدار با سوخت اين ، د
باشد صورتی به بايد انرژي سازي آزاد و احتراق عمل .سوزد می و شده تركیب شود می تامین كمپرسورها
ش منبسط هوا كهمناسب يكنواخت و گرم گازي جريان يک كه طوري به يابد افزايش آن سرعت و ده
آزاد حداكثر و فشار افت حداقل با بايد فرآيند اين .شود تولید توريبن.گیرد صورت حرارتی انرژي سازي
حدود احتراق فرآيند از شده آزاد گازهاي دمايC1811تاC2111توربین به ورود براي كه است
حدود ( نشده مصرف احتراق براي كه هوا از مقداري .است مجاز حد از بیشتر خیلی دمايش61از درصد
وارد تدريج به ) هوا جريان كلاحتراق ي محفظهدماي كاهش صرف جريان اين سوم يک حدود .شود می
صرف آن ي بقیه و شود می توربین به ورودي گازهايهاي ديواره كردن خنکاحتراق ي محفظهمی
.شود
2-2-1احتراق ی محفظه ساختار
خروجی و ورودي جريانهاي با همراه بعدي دو مدلودر شده سازي شبیه بعدي سه مدلANSYS
دراشكا.شود می مشاهده زير ل
2-2-2احتراق ی محفظه سازی شبیه
افزارهاي نرم از استفاده با امروزهفرآيندهاي توانیم می واقعی مدلهاي ساخت به نیاز بدون تخصصی
افزارها نرم اين كه مزيتی .كنیم سازي شبیه را گرمايی و هیدرودينامیكی ، شیمیايی ، مكانیكی ي پیچیده
.كنیم گیري اندازه را نظر مورد پارامترهاي توانیم می كامپیوتري مدل از نقطه هر در كه است اين دارند
- 27. : دوم فصلNOxحرارتی
20
تشكیل مناطق توان می گازي توربین يک ي محفظه درون احتراق فرآيند سازي شبیه باNOxرا
.دهند می نشان را سازي شبیه اين نتايج زير اشكال .داد نشان
شكل2-6دما تغییراتشكل2-7غلظتاكسیژن
––––––
شكل2-8غلظت2Nشكل2-9غلظتNO
- 28. : دوم فصلNOxحرارتی
21
2-2-9گیری نتیجه
بیشتر آنها دماي كه مناطقی كه كنیم می مشاهده ، برنامه از آمده بدست گرافیكی نتايج بررسی با
ازK2111غلظت بیشترين داراي ، استNOتشكیل حرارتی مكانیسم ي نتیجه در كه باشند میNOx
انتشار اصلی منبع كهNOxدر .اند آمده بوجود باشد می21كاهش براي تكنولوژي چندين اخیر سال
انتشار كاهش نتیجه در و دماNOxحرارتیها تكنولوژي اين از بعضی .است يافته توسعه و شده ايجاد
: از عبارتند
آب پاشش
بخار پاشش
... و
- 30. : سوم فصلNOxسريع
23
9-1تشکیلNOxسریع
ايجاد به منجر كه دومی مكانیسم وجودNOxتوسط بار اولین براي بشودFenimoreشناخته
عنوان به و شدNOxقابل تشكیل ي دهنده نشان كه دارد وجود خوبی شواهد .شد گذاري نام سريع
ي مالحظهNOxو سوخت از غنی موارد ، پايین دماهاي همچون شرايطی ، است شرايط بعضی در سريع
. باشد كوتاه اقامت زمان كه موارديسطحی هاي مشعل در شرايط ايننوبتی احتراق هاي سیستم ،و
سهم حاضر حال در .شوند ايجاد توانند می گازي هاي توربینNOxكل به نسبت سريعNOxاز حاصل
ها محفظهاين با .است اندك ثابت احتراق يدلیل به حالهاي روشجهت شده اعمالكاهشتشكیل
NOxحرارتی()احتراق هاي محفظه طراحی نوع يا ها كوره ي هندسه اصالح مثلشاهد كه داريم انتظار
تولید میزان افزايشNOx.باشیم سريع
تشكیل موجب توانند می نیز كربن ذرات ها هیدروكربن احتراق اثر درNO.شوندFenimore
تشكیل براي الزم زمان اينكه از قبل كه كرد مشاهدهNOxمقداري ، شود فراهم حرارتیNOدر ًاسريع
راديكالهاي كلی حالت در .شود می تشكیل شعله ي ناحیهXCHمثلCH،2CHو3CHبامولكولهاي
تولید به منجر و داده واكنش نیتروژنHCNمكانیسم اين در .شوند می )سیانید هیدروژن (NOطريق از
ذراتواسط حدگوناگونیجمله ازHCNتولید تواند میمی.شود
NOxسوخت هیدروكربن راديكالهاي با احتراق هواي در موجود نیتروژن واكنش اثر در سريع
تشكیل سوخت پیوندي هاي نیتروژن برخی كه مواقعی در يا و احتراقHCN.شود می تشكیل دهند می
دما به چندانی وابستگی شود می انجام سوخت از غنی شرايط در احتراق كه مواقعی جز به فرآيند اين
ندا.رد
NOxحدود تا صفر از سريع100 ppmداشته وجود تواند می احتراق از حاصل محصوالت در
.باشد
9-2ایجاد مکانیسمNOxسریع
NOxاي مجموعه شامل آن ايجاد واقعی فرآيند .شود می مشاهده غنی هاي شعله در بیشتر سريع
.باشد می واسط حد ذرات از متعددي هاي گونه و پیچیده هاي واكنش ازدر آن براي شده پذيرفته مسیر
: است زير صورت به حاضر حال
(1)2CH + N HCN + N
- 31. : سوم فصلNOxسريع
24
(2)2N + O NO + O
(3)2HCN + OH CN + H O
(4)2CN + O NO + CO
ايجاد عامل عنوان به متعددي هاي گونهNOxهیدروكربنی هاي شعله در سريع: مثلC،CH،
2CHوH2C، اند شده پیشنهادتوسط آن ي عمده مقدار اماCH(واكنش1و )2CH(واكنش5)
.شود می ايجاد
(5)2 2CH N HCN NH
طی ًامتعاقب كه شود سیانو تركیبات و آمینها ايجاد به منجر تواند می ها واكنش اين محصول
تشكیل به منجر زير واكنش مشابه ديگر واكنشهايیNO.شد خواهند
(6)2 ...HCN N N
تولید در توانند می زيادي واكنشهاي غنی هاي مخلوط و ها سوخت درNOحالت ، باشند درگیر
: كنید می مشاهده زير شكل در را سريع مكانیسم كلی
9-9ایجاد بر موثر فاکتورهایNOxسریع
تشكیلNOxماهیت از مستقل و حجم واحد در موجود كربن اتمهاي تعداد با است متناسب سريع
مقدار .است كربن منبعHCNافزايش از متأثر كه هیدروكربن راديكالهاي غلظت افزايش با شده تشكیل
- 32. : سوم فصلNOxسريع
25
باشد می واالن اكی نسبتتولید واالن اكی نسبت افزايش با .يابد می افزايش ،NOxافزايش ابتدا سريع
می ماكزيمم مقدار يک به تا يابد میاكسیژن كمبود دلیل به سپس و رسد.يابد می كاهش
9-4سرعت ی معادله تعیین
واكنش(1)گرديد مشاهده اخیر هاي بررسی در .است واكنش ترين اصلیاست هتولید میزان كه
NOxغلظت میزان باCHاعظم مقدار و دارد نزديكی ي رابطهNOxتوسط شعله در شده ايجاد سريع
به مربوط واكنشCHب میشماره واكنش اينكه فرض با .اشد( ي1)تولید ي كننده كنترلNOxسريع
: باشد
(7)2
[ ]
[ ][ ]o
d NO
k CH N
dt
واكنشهاي به توجه با .نداريم را الزم اطالعات فوق واكنش براي اما1تا5تشكیل بینی پیش براي
NOx.كنیم بررسی هیدروكربن احتراق واقعی مكانیسم يک با همراه را مربوطه واكنشهاي بايد سريع
هزينه بسیار آن ي محاسبه و پیچیده بسیار و است متعددي مراحل شامل هیدروكربنها سوختن مكانیسم
.است بر
تو جهانی سینتیكی پارامتر يک موضوع اين حل برايآقاي سطDe Soeteمقادير او .گرديد تعیین
تشكیل سرعتNOxرا بود شده تعیین تجربی طريق به كه كلیكلی سرعت از عددي گیري انتگرال با
تشكیل2NوNOxتشكیل كلی سرعت كه داد نشان اون .كرد مقايسهNOxزير ي رابطه با را سريع
: كرد بینی پیش توان می
[ ]d NO
dt
(Overall prompt NOx formation rate)-(Overall prompt N2 formation rate)
كه ، شعله ايجاد ي اولیه مراحل درNOxغلظت ، شود می ايجاد سوخت از غنی شرايط در سريع
Oتشكیل به منجر ًاعمدت نیتروژن راديكالهاي و است زيادNOxكم خیلی تولیدي نیتروژن سهم و شده
تشكیل سرعت بنابراين .بود خواهدNOxسريعتشكیل كلی سرعت با ًاتقريبNOxخواهد برابر سريع
.بود
(8)
/RT
2 2
[ ]
[ ] [ ][ ]e aEa
pr
d NO
k O N FUEL
dt
(اتیلن هاي شعله براي4H2C)-: هوا
- 33. : سوم فصلNOxسريع
26
60 /aE kcal gmol،
7 1
1.2 10 ( / )a
prk RT p
رابطه اين درa، است اكسیژن به نسبت واكنش ي مرتبهRو گازهاست جهانی ثابتPاست فشار
واحدشان يكاها ي همه وSIولی است اول ي مرتبه از سوخت و نیتروژن به نسبت واكنش ي مرتبه .است
كه اكسیژن ي مرتبهa.است متغیر و دارد بستگی شرايط به باشد می
9-5هیدروکربني های سوخت اغلب برای کلي سرعت
ي رابطه8توسط گوناگون انواع و قدرت با هاي سوخت از آمده بدست تجربی مقادير باBackmier
et al.شرايط در مدل اين كه داد نشان تجربی نتايج با مقايسه در شده بینی پیش نتايج .گرديد مقايسه
و خطاها كاهش براي .دهد نمی ارائه قبولی قابل نتايج سنگین هاي هیدروكربن براي و سوخت از غنی
تشكیل بینی پیشNOxمدل شرايط ي كلیه در سريعDe Soeteا آمده بدست تجربی نتايج باصالح
ب .شد( سوخت نوع اثر گرفتن نظر در راياتم تعداد مثلسوخت به هوا نسبت و ، كربن هايبراي
)گازي آلیفاتیک هیدروكربنهاي( كننده تصحیح فاكتور يکFمعادله به )زير شكل به معادله و شد افزوده
: گرديد تصحیح
(9)/RT
2 2
[ ]
[ ] [ ][ ]e aEa
pr
d NO
Fk O N FUEL
dt
بنابراينمكانیسم منبع عبارت برايNOx: داريم سريع
prompt , NO W , NO
d[NO]
S = M
dt
: باال فرمول در
(11)2 3
4.75 0.0819 23.2 32 12.2F n
nو است سوخت مولكول هر در موجود كربن اتمهاي تعدادفاكتور .است واالن اكی نسبت
آمده دست به تجربی هاي داده انطباق از تصحیحهاي سوخت براي و ، آيد می بدست نمودار يک روي بر
( آلیفاتیک هیدروكربنی2n+2HnC)بین واالن اكی نسبت براي و6/1تا6/1خارج موارد براي .است معتبر
ازي محدودهبايد را الزم محدوديتهاي شده ذكر.نمود اعمال
aE احتراق براي ، دهیم قرار را هريک مولی جزء اجزاء غلظت مقادير جاي به اگر ، دارد بستگی نوع به
: داريم متان
- 34. : سوم فصلNOxسريع
27
7
1.2 10prk ،30303 /aE kcal gmole
شعله با پیچیده هاي هندسه در .كند می اشاره شعله در كلی واالن اكی نسبت به واالن اكی نسبت مفهوم
محاسبه در است ممكن متعدد هايتولید مقدار آنجايی از اما .باشیم داشته خطا اندكیNOxسريع
تولید با مقايسه درNOxنتايج ، است كوچک خیلی كلی.كرد نخواهند چندانی تغییر حاصل
9-6اکسیژن به نسبت واکنش ی مرتبه
.دارد بستگی شعله شرايط به اكسیژن به نسبت واكنش ي مرتبهآقاي گزارشات براساسDe Soete
: و است وابسته شعله در اكسیژن مولی جزء به ًامنحصر اكسیژن به نسبت واكنش ي مرتبه
2
2
1
3.95 0.9ln
0.35 0.1ln
0
O
O
X
a
X
2
2
2
2
3
3 2
2
4.1 10
4.1 10 1.11 10
1.11 10 0.03
0.03
O
O
O
O
X
X
X
X
- 36. : چهارم فصلNOxسوختی
29
4-1نیتروژني پیوند حاوی سوختهای
و ايجاد در باشند می نیتروژن شامل آلی تركیبات حاوي كه مايع و جامد فسیلی سوختهاي نقش
تولیدNOxحاوي هاي سوخت .است شده شناخته ًالكام احتراق فرآيند ضمن3/1تا2وزنی درصد
.آيند می حساب به نیتروژن اكسید تولید در مهمی منبع نیتروژنموجود نیتروژن وزنی درصد افزايش با
تولید میزان ، سوخت درNOx.يابد می افزايش سوختی
شكل4-1ي رابطهNOxسوخت در موجود نیتروژن وزنی درصد با سوختی
حلقه ناجور صورت به سنگ زغال و مازوت در موجود نیتروژن از زيادي بخش كه است داده نشان مطالعات
.استحلقه ناجور ساختارهايمثلاهمیت از پیريدين و كینولین ، آمینبیشتريتولید درNOxسوختی
.برخوردارنداز برخی زير شكل در.كنید می مشاهده را زغال در موجود نیتروژن حاوي مواد