Кратко и по существу.
1) Механизмы образования NOx
- Тепловой (Zeldovich): при очень высоких температурах распадается N2 и атомарный азот окисляется:
$$\mathrm{O}+{\mathrm{N}}_2\to \mathrm{NO}+\mathrm{N}$$ $$\mathrm{N}+{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{NO}+\mathrm{O}$$ $$\mathrm{N}+\mathrm{OH}\to \mathrm{NO}+\mathrm{H}$$ Интенсивность растёт с ростом пиковой температуры и временем пребывания при высокой T (чувствительно к $T$, заметно при $T>1800\mathrm{K}$).
- Топливный (fuel-N): органическое азотсодержащее соединение в топливе распадается до HCN/NH3, которые окисляются до NO:
$$\mathrm{R}-\mathrm{N}\to HCN/N{\mathrm{H}}_3\to \mathrm{NO}$$
- Мгновенный (prompt, Fenimore): реакции радикалов углеводородов с ${\mathrm{N}}_2$, дающие HCN→NO:
$$\mathrm{CH}+{\mathrm{N}}_2\to \mathrm{HCN}+\mathrm{N}$$
2) Механизмы образования SOx
- Сера в топливе окисляется при сгорании:
$$\mathrm{S}+{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$$ частичная дальнейшая окисление:
$$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2+\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$$ $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ — основной продукт, $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$ образуется при каталитическом/высоком температурном окислении и даёт конденсируемую серную кислоту/сульфаты.
3) Технологические меры по снижению NOx
- Предотвращение образования:
- Снижение пиковой температуры горения: уменьшение локального избытка воздуха, применение умеренного рециркулирующего газа (EGR/FGR). (Эффект на thermal NOx).
- Ступенчатое горение (staged/low-NOx burners): богатая зона → бедная зона; overfire air, staged fuel/air.
- Ограничение времени пребывания при высокой T (быстрое выхолаживание пламени).
- Снижение топлива-N: выбор низкоазотистого топлива или предварительная обработка топлива.
- Активные меры (после/в процессе):
- SCR (Selective Catalytic Reduction) с аммиаком/карбамидом: $4N{\mathrm{H}}_3+4NO+{\mathrm{O}}_2\to 4{\mathrm{N}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ (также реагирует с $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$). Эффективность до $>90\%$ при температуре катализа ~$250-450^{\circ }\mathrm{C}$.
- SNCR (Selective Non‑Catalytic Reduction): впрыск $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ или мочевины при $T\approx 900-1100^{\circ }\mathrm{C}$ даёт частичное снижение ($30-60\%$), без катализатора.
- Катализаторы в двигателях: трехкомпонентные катализаторы (TWC) для бензиновых двигателей при стехиометрии — эффективно снижают NOx, но для дизеля требуются SCR или LNT (lean NOx trap).
- EGR (Exhaust Gas Recirculation) в двигателях — уменьшает peak T и O2 локально.
4) Технологические меры по снижению SOx
- Снижение S в топливе:
- Предварительная очистка топлива (например гидродесульфуризация для жидких топлив), использование низкосернистых сортов.
- Улавливание в мокрой/сухой очистке дымовых газов (FGD):
- Мокрая известковая/известняковая очистка (wet limestone FGD): в основном
$$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2+\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\to \mathrm{CaS}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$$ с последующей окислением до гипса
$$\mathrm{CaS}{\mathrm{O}}_3+\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{CaS}{\mathrm{O}}_4\cdot 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$ Эффективность улавливания $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ обычно $>90\%$.
- Сухие реагенты (поглотители) — Ca(OH)2, NaHCO3 — впрыскиваются в конвекционные зону.
- Морская вода как абсорбент (для котлов на берегу).
- Предотвращение образования $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$: контроль окислительных катализаторов/температуры, т.к. $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$ даёт серную кислоту и аммониевые сульфаты, забивающие SCR.
5) Практические рекомендации для двигателя и котла
- Для двигателей (особенно дизель): сочетать EGR, оптимизацию впрыска (многофазный впрыск, впрыск воды/метанола при необходимости) и послеочистку — SCR (для значительного снижения NOx) + DOC/DPF для CO/HC/сажы. Использовать топливо с низким S для предотвращения SOx и засорения SCR.
- Для котлов: применять low-NOx burners и staged combustion + flue gas recirculation для уменьшения NOx; для SOx — использовать низкосернистое топливо и/или FGD (мокрый известняк) на выпуске. Если нужен высокий КПД снижения NOx — SCR после котла, но учесть взаимодействие $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2/\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$ с системой (осаждение сульфатов, требования к температуре).
6) Ограничения и взаимодействия
- Снижение температуры горения уменьшает NOx, но может повысить CO и сажу — надо балансировать и ставить пост‑обработку.
- SOx в газе ухудшает работу некоторых катализаторов (образование аммониевых солей при использовании NH3/urea) — требуется предварительная очистка/температурный контроль.
Если нужно — могу дать конкретные схемы мер для вашего типа установки (тип топлива, мощность котла/двигателя, требуемые лимиты выбросов).