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Inquinanti Chimici Derivanti Dai Processi Di Combustione
per le turbine a gas, caldaie, sistemi energetici
NOx
fanno parte della famiglia dell'NO, monossido di azoto.Si forma in ecc... successivamente in contatto con l'ossigeno formaNO2
NO si forma con vari processi, e ha diverse denominazioni
- Prompt: si forma subito
- Thermal: si forma a seguito di un processo termico
- Fuel: colpa di queste
- Protossido NOx
Thermal NOx
I thermal NOx sono formati tramite l'alta temperatura.Un meccanismo che ne descrive la formazione è il meccanismo diZeldovich
questo è un meccanismo atmosferico che ipotizza la formazionedi NO da ossigeno e azoto tramite vari processi e reazioni; semplificato:
N2 + O2 → 2NO
Meccanismo di Zeldovich esteso
- N2 + O → NO + N
- O2 + N → NO + O
- O + H → NO + H
azoto dissociatoossigeno atomico, radicale OH
sono specie limitateche si fermano soload alta temperatura
Cinetica Chimica - Velocità Di Reazione
quanto velocemente si dissocia e si costituisce una reazione?si può sapere tramite la
"velocità di attuazione".Detto "A" una reagente:
dAA/dt = -KA → dA = ∫−kdt
ln (A()−A(0) )= −kt
A ()tllo = A(0)e−kt
integro così per un intervallo di tempo per una costantecomposizione A0 − A, ottenendo un'evoluzione configurato nelrapportamento nel tempo dell'interazione del reagente.
Per un prodotto si modifica invece la velocità di formazione
B = dB / dt = -KA = -K (1−a)∫(dt) dB / dt→ - k∫(1−2b)ln [(B(t)−1 ) / (B0A−1 )] = −kt → B(t) = 1 − e−kt
k è la costante di velocità nella reazione.Una reazione è in equilibrio se k+[yA]eqK−1[yB]eq dove ΔK+/B−KA
Costante di equilibrio
K+ = Keq
K = Keq
Equazione di Arrhenius
Sia c1 e c2 dei coefficienti dipendenti dalla matrice.
La velocità di una reazione chimica si esprime dunque come:
K(Lt) = C1e
La velocità di reazione dipende dalla temperatura.
Arrhenius è una delle teorie portanti.
Maggiore è la pendenza della retta.
Posso quantificare la velocità di formazione dell'NO
N2 + hv
N + O2 hv NO + O
dyNO/dt = k1yN2yo2 - k3yNOyH
Questa non è un'eq. facile da risolvere.
dy/dt
Ipotesi:
- In un processo di lungo tempo, t → 0 → yNO → yNO
- La velocità è molto bassa:
Con queste ipotesi
d[NO]/dt = 2R1 = 2 K+[ym][yo2]eq
La formazione degli NOx dipende quindi da K+
N2: specie stabile
6. RAPPORTO DI EQUIVALENZA ADIMENSIONALE
φ = rapporto (A/F)st e (A/F)effettivo
φ = (A/F)st / (A/F)2 = A/F questo fattore indica la distanza dalla
(A/F)st equazione stechiometrica
φ > 1 - eccesso metrica
φ < 1 - combustione con eccesso d'aria (combustione magra); A/F > (A/F)st
φ > 1 - combustione con difetto d'aria (combustione ricca); A/F < (A/F)st
Diagrammo per φ -> ∞:
- ad un φ in poi aumenta
- ad un φ in poi si
- i fumi (φ) sono massimi in i
7. LIMITI DI INFIAMMABILITÀ
La miscela non è sempre infiammabile lo es seb e in appositi range del valore di φ tra φmin e φmax
Il limite di infiammabilità del CH4 è basso:
- φmin = 0.7 – φmax = 1.7
8. INNESCO O TEMPO DI ACCENSIONE
Se una miscela raggiunge una determitata temperatura
ris cha l'autoaccensione - La T dipende dal combustibile
- Tmetano: 700 ÷ 750°C
- Tnafta: 300 ÷ 540°C
- TH2: 560°C
9. TEMPO DI RITARDO DELL'ACCENSIONE
È una caratteristica del combustibile, che dipende da
- temperatura
- tipo di fuel
- φ
- pressione
Tzi = Tzi(φ, T; p; fuel)
per T, p, φ (crescenti) – T diminuisce all'aumentare
Tzi α pn φm en dove n, m, ε sono coefficienti empirici
10. TEMPERATURA DI FIAMMA (Te)
La temperatura di fiamma, Te, dipende da φ e si calcola con un bilancio in camera di combustione
dQ= LHV = - liquidi ΔT Ufuel - Ust ΔHst
dT = Te – Tci
∫Uf LHV = (Tu - To)dt - Δr Air - ΔVfuel (Ti - Tai)
UMF LHV = [(Te)out - (To)out] dT = cvg (Tc - To) (To - mep (Ti - Ti)
Tec = Ti + ∫TiToi - (ufuel)
Tec = Ti + wufuel / MF (Te - To) - (cv cp)
in caso di combustione che ci annocchia
Tex = Tu + ∫e (LHV / Xst) / (cv)
7.10.21
Processi chimici relativi alla combustione premix
dal punto di vista di formazione degli inquinanti. E' bene conoscere dal punto di vista chimico ciò che avviene nella fiamma
Si riassume tutto in una macro reazione
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 1° step
Mi dà l'idea di reagenti, prodotti e della loro stechiometria
La stessa reazione può essere la combinazione di 2 step
{ CH4 + 3/2 O2 → CO + 2H2O
{ CO + 1/2 O2 → CO2
prevede una specie intermedia, ie CO per poi ottenere CO2
Questo meccanismo è importante perché di mezzo c'è il CO, specie intermedia che si forma rapidamente e si distrugge lentamente
Ma a causa di un difettoso del mixing potrebbe lasciare CO presente assieme agli altri composti
Altro elemento presente è l'azoto. Nella fiamma e in valle (col meccanismo termico) dà luogo agli NOx
Nel meccanismo in Zeld. avre. che descrive il meccanismo metano → air sono coinvolte 53 specie, tra cui inquinanti
È un processo di natura fisica, ie mixing iniziale, i rimescolii sono processi chimici.
I processi chimici sono suddivisibili in
- reazioni di precombustione
- reazioni di combustione
- reazioni di post combustione
1. reazioni lente, a bassa temperatura (formazione dei radicali, preossidazione). RH + O• → R• + H2O.
La zona di fiamma è soggetta ad un flusso di calore, è questa la zona della pre-combustione, dove le specie si rimescolano con il calore and other processes.
a) è un affondamento notevole dell'incombusto che tra luci a porticolato.
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