Redukcja emisji tlenków azotu ze spalin specjalnych urządzeń techniki cieplnej

• Autorzy: Shkarovskiy Alexander , Maliszewska Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2024.1.3

Warianty tytułu

EN

Reduction of nitrogen oxide emissions from exhaust gases of special thermal equipment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zanieczyszczenie powietrza w mieszkaniach może być w znacznym stopniu wyznaczanie przez stan powietrza atmosferycznego. W mieszkaniach gazyfikowanych dochodzi do interakcji niektórych szkodliwych składników spalin, pochodzących z kuchenek gazowych i z zewnątrz, przede wszystkim tlenków azotu (NOx). Szczególnie niebezpieczne, z tego punktu widzenia, może być sąsiedztwo obiektów przemysłowych o niewysokich kominach. Artykuł przedstawia wyniki badań nad zmniejszeniem emisji tlenków azotu z pieców przemysłowych, w których warunki spalania nie mogły być zmienione. Badania wykonano dla technologii produkcji spieków ceramicznych w zakładzie wyrobów radiotechnicznych. Przedstawiono wyniki badań efektywności kilku opracowanych technologii denitryfikacji, w tym metody selektywnej katalitycznej redukcji amoniakiem, adsorpcyjnej metody z różnymi odczynnikami, czy też katalitycznej metody, bez zastosowania reagentów. Opracowane metody pozwalają na obniżenie emisji NOx od 30÷60%. Atutem opracowanych technologii jest możliwość ich połączenia z istniejącym układem oczyszczania gazów od pyłów produkcyjnych. Ważnym szczegółem było także występowanie w procesie technologicznym substancji mających właściwości katalityczne. Do dalszych badań i wdrożenia wybrano technologię selektywnej katalitycznej redukcji NOx amoniakiem, połączoną z istniejącym „mokrym” dwustopniowym układem odpylania spalin.

EN

Air pollution in homes may be largely determined by the condition of atmospheric air. In gasified apartments, some harmful components of exhaust gases from gas stoves and from outside interact, especially nitrogen oxides (NOx). From this point of view, the vicinity of industrial facilities with low chimneys may be particularly dangerous. The article presents the results of research on reducing nitrogen oxide emissions from industrial furnaces in which the combustion conditions could not be changed. The research was carried out for the technology of ceramic sinter production in a radiotechnical products plant. The results of research on the effectiveness of several developed denitrification technologies are presented, including the selective catalytic reduction method with ammonia, the adsorption method with various reagents, and the catalytic method without the use of reagents. The developed methods allow for reducing NOx emissions by 30÷60%. The advantage of the developed technologies is the possibility of combining them with the existing gas purification system from production dust. Another important detail was the presence of substances with catalytic properties in the technological process. For further research and implementation, the technology of selective catalytic reduction of NOx with ammonia, combined with the existing “wet” two-stage exhaust gas dust removal system, was selected.

Słowa kluczowe

PL

technika sanitarna; zanieczyszczenie powietrza; tlenki azotu; denitryfikacja; mieszkania gazyfikowane; kuchenki gazowe; piece przemysłowe; spieki ceramiczne; redukcja katalityczna; adsorpcja katalityczna

EN

sanitary engineering; air pollution; nitrogen oxides; denitrification; gasified apartments; gas stove; industrial oven; ceramic sinters; catalytic reduction; catalytic adsorption

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 1
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Shkarovskiy Alexander

• Koszalin University of Technology, Poland
• Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Russia

• https://orcid.org/0000-0002-2381-6534

autor

Maliszewska Agnieszka

• Koszalin University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8785-951X

Bibliografia

• [1] Bityurin V., Bocharov A., Filimonova E. 2003. "Simulation of the Physical and Chemical Processes in the Chemical Compression Reaktor". Combustion and Atmospheric Pollution. Ed. Roy G., Frolov S., Starik A. Torus Press Ltd., Moscow. P. 188.
• [2] Cui X., Tang C., Zhang Q. 2018. "A Review of Electrocatalytic Reduction of Dinitrogen to Ammonia under Ambient Conditions". Adv. Energy Mater. 8, pp. 1-25. DOI: 10.1002/aenm.201800369.
• [3] Dal Secco, S. et al. 2015. "Using a genetic algorithm and CFD to identify low NOx configurations in an industrial boiler". Fuel 158, pp. 672-683. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.06.021.
• [4] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola) (wersja przekształcona) [dostęp 2013-11-17].
• [5] Fan N. et al. 2013. "Electrochemical denitrification and kinetics study using Ti/IrO2-TiO2-RuO2 as the anode and Cu/Zn as the cathode. Chem. Eng. J. 214, pp. 83-90. DOI: 10.1016/j.cej.2012.10.026.
• [6] Gayen P. et al. 2018. "Electrocatalytic Reduction of Nitrate Using Magnéli Phase TiO2 Reactive Electrochemical Membranes Doped with Pd-Based Catalysts". Environ. Sci. Technol. 52, pp. 9370-9379. DOI: 10.1021/acs.est.8b03038.
• [7] Hwang Y., Kim D., Shin H. 2011. Mechanism study of nitrate reduction by nano zero valent iron. J. Hazard. Mater. 185, 1513-1521. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.10.078.
• [8] Janta-Lipińska S., Shkarovskiy A. 2020. "Investigations of nitric oxides reduction in industrial-heating boilers with the use of the steam injection metod". Archives of Environmental Protection V. 46, No 2. P. 100-107. DOI:10.24425/aep.2020.133480.
• [9] Jia, R. et al. 2020. "Boosting Selective Nitrate Electroreduction to Ammonium by Constructing Oxygen Vacancies in TiO2". ACS Catal. 10, 3533-3540. DOI: 10.1021/acscatal.9b05260.
• [10] Ji, Ya. et al. 2021. "Efficient electrocatalysis for denitrification by using TiO2 nanotube arrays cathode and adding chloride ions". Chemosphere. Elsevier BV. 274: 129706. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.129706.
• [11] Kai, G. et al. 2020. "The Dual Effects of Ammonium Bisulfate on the Selective Catalytic Reduction of NO with NH3 over Fe2O3-WO3 Catalyst Confined in MCM-41". Chem. Eng. J. 389, 124271. DOI: 10.1016/j.cej.2020.124271.
• [12] Koebel, M., Madia, G., Elsner, M. 2002. "Selective catalytic reduction of NO and NO2 at low temperatures”. Catalysis Today 73 (3/4), 239-247.
• [13] Krawczyk, P. 2016. "Experimental investigation of N2O formation in selective non-catalytic NOx reduction processes performed in stoker boiler". Polish Journal of Chemical Technology 18, 4, pp. 104-109., DOI: 10.1515/pjct-2016-0078.
• [14] Kuropka, J. 2010. "Reduction of Nitrogen Oxides from Boiler Flue Gases". Environment Protection Engineering 36, 2, pp. 111-122.
• [15] Landman M., Derksen M., Kok J. 2006. "Effect of Combustion Air Dilution by Water Vapor or Nitrogen on NOx Emission in a Premixed Turbulent Natural Gas flame: an Experimental Study". Combust. Sci. Technol. V. 178. P. 623.
• [16] Larionov P. et al. 2022. "Oczyszczanie gazów spalinowych z tlenków azotu i siarki”. Tendencje Rozwoju Nauki i Oświaty 1, pp. 44-48 (in Russian). DOI: 10.18411/trnio-01-2022-14.
• [17] Li C. J. et al. 2015. "Study on desulfurization and denitrification by modified activated carbon fibers with visible-light photocatalysis". J. Fuel Chem. Technol. 43(12), pp. 1516-1522. DOI: 10.1016/S1872-5813(16)30004-4.
• [18] Mahmood A. et al. 2008. "Assessment and Identification of Some Novel NOx Reducing Reagents for SNCR Process". 18th International Congress of Chemical and Process Engineering. Prague, pp. 4835-4837.
• [19] Maliszewska A., Szkarowski A., Chernykh A. 2019. "Normative Problems of the Nitrogen Oxides Concentration Limiting in the Human Residence Environment". Rocznik Ochrona Środowiska V. 21, No 2, pp. 1328-1342.
• [20] Man, C. et al. 2005. "Coal characterization for NOx prediction in air-staged combustion of pulverised coals". Fuel 84, 17, pp. 2190-2195. DOI: 10.1016/j.fuel.2005.06.011.
• [21] Park, H. et al. 2013. "Numerical and experimental investigations on the gas temperature deviation in a large scale, advanced low NOx, tangentially fired pulverized coal boiler". Fuel 104, pp. 641–646. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.06.091.
• [22] Pavlenko, A., Szkarowski, A. & Janta-Lipińska, S. 2014. "Research on Burning of Water Black Oil Emulsions”. Rocznik Ochrona Środowiska 16, pp. 376-385 (in Polish).
• [23] Shen Zh. et al. 2023. "Ultrahighly Alkali-Tolerant NOx Reduction over Self-Adaptive CePO4/FePO4 Catalysts". Environ. Sci. Technol. 57(38), pp. 14472-14481. DOI: 10.1021/acs.est.3c05112.
• [24] Shkarovskiy A., Maliszewska A. 2018. "Wpływ kuchenek gazowych na jakość powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych". Gaz, Woda i Technika Sanitarna No 9(92), pp. 318-321 (in Polish). DOI: 10.15199/17.2018.9.1.
• [25] Shkarovskiy A., Maliszewska A. 2018. "Study of air pollution with combustion products of gas stoves in gas-supplied apartments". Architecture and Engineering Vol. 3, issue 1, pp. 38-43. DOI: 10.23968/2500-0055-2018-3-1-38-43.
• [26] Shkarovskiy A., Maliszewska A. 2018. "The influence of gas cookers on the concentration of hazardous substances in individual kitchens and in living rooms, including ventilation for the final air quality”. E3S Web of Conferences Volume 44. 10th Conference on Interdisciplinary Problems in Environmental Protection and Engineering. EKO-DOK 2018. DOI: 10.1051/e3sconf/20184400160.
• [27] Strelkova A. et al. 2013. "Opracowanie termicznej metody unieszkodliwiania tlenków azotu przy pomocy węgli aktywnych". Wiadomości Samarskiego Centrum Naukowego Rosyjskiej Akademii Nauk. V. 15. 3(6), pp. 1969–1971 (in Russian).
• [28] Turkin A. 2013. "The exhaust Gas Purifying maring Engines Adsorption of Solids In tze Presence of Ozon". Transport business in Russia 6, pp. 129-130 (in Russian).
• [29] Walery, M. 2014. "Medical Waste Management Planning System in the Context of the Model Studies Duration”. Rocznik Ochrona Środowiska 16, pp. 260-278 (in Polish).
• [30] Wang X. et al. 2021. "Recent progress of metal-exchanged zeolites for selective catalytic reduction of NOx with NH3 in diesel exhaust". Fuel 305, 121482. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121482.
• [31] Xu, H., Smoot, L. D. & Hill, S. C. 1999. "Computational model for NOx reduction by advanced reburning”. Energy & Fuels 13, 2, pp. 411-420. DOI: 10.1021/ef980090h.
• [32] Xue, S. et al. 2009. "Experimental investigation on NOx emission and carbon burnout from a radially biased pulverized coal whirl burner". Fuel Processing Technology 90, 9, pp. 1142-1147, DOI: 10.1016/j.fuproc.2009.05.011.
• [33] Zagray, I., Kuzmin, V., Desiatkov, I. 2021. "Monitoring the formation of nitrogen oxides in the furnace of a steam boiler for protection of atmospheric air from pollution". Theoretical Ecology No 3. 126-132. DOI: 10.25750/1995-4301-2021-3-126-132.
• [34] Zając, G. et al. 2017. "Emission Characteristics of Biomass Combustion in a Domestic Heating Boiler Fed with Wood and Virginia Mallow Pellets". Fresenius Environmental Bulletin 26, 7, pp. 4663-4670.
• [35] Zandeckis, A. et al. 2010. "Methods of Nitrogen Oxide Reduction in Pellet Boilers". Scientific Journal of RTU. Environmental and Climate Technologies 4, pp. 123-129. DOI:10.2478/v10145-010-0027-2
• [36] Zhang, X. et al. 2015. "Numerical investigation of low NOx combustion strategies in tangentially-fired coal boilers". Fuel 142, pp. 215-221. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.11.026.
• [37] Zhao D. et al. 2002. "Behavior and Effect on NOx Formation of OH Radical In Methane-Air Diffusion Flame with Steam Addition". Combust. & Flame V. 130. p. 35.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).