高温还原性气氛条件氨还原NOx机理研究

在一维管式炉上进行高温下NH₃还原NO_x特性实验研究，并基于化学反应动力学模型对实验工况进行模拟计算，分析在近零氧工况下NH₃/NO_x反应过程中关键基元反应及主要活性基团变化规律，探究高温下氨还原NO_x反应机理。结果表明：在无氧或者氧气体积分数为0.1%工况时，反应温度窗口明显向高温偏移，NH₃/NO_x还原反应进行的拐点温度为1 100℃,反应过程中关键的基元反应为NH₂/NO_x还原反应，温度对这组基元反应的一阶敏感性系数决定了最佳反应温度窗口；OH与NH₂自由基是反应中重要的活性基团，其浓度的积累也影响反应温度窗口，无氧工况下最佳反应温度窗口为1 300～1 400℃;无氧工况下NH₂自由基主要由3条反应路径还原NO_x,NH与NNH自由基是最重要的中间产物，而HNO的存在会造成NO_x质量浓度增加。     

温度与氧气浓度对NH3还原NO特性耦合影响研究

为揭示烟气温度和氧浓度对NH₃还原NO过程的影响，通过对3种典型氮氧化物机理模型的对比与验证，选取Glarborg1998机理模型对不同温度(800～1 600℃)及O₂浓度下NH₃还原NO反应进行化学反应动力学研究.结果发现：在一定O₂浓度条件下，NH₃还原NO过程仅在一定温度窗口内才能获得较高的脱硝效率，这主要是由于H能与O₂反应生成O、OH以促进NH₃分解生成NH₂，保证NH₂还原NO；温度过高会促进NH₂氧化，导致脱硝效率降低.高温条件下O₂浓度降低时，虽然抑制了OH基团的形成，但H与CO₂、H₂O反应生成OH的反应速率明显增大，促进了NH₂的生成及其对NO的还原；同时，O₂浓度降低也抑制了NH₂氧化生成NO的反应，使得高温还原性气...     

基于410t/h Compact型流化床锅炉的SNCR影响因素探究

对1台以尿素为还原剂、配备Compact型旋风分离器的循环流化床锅炉的选择性非催化还原脱硝性能进行了数值模拟,重点研究了温度、氨氮摩尔比、NO初始浓度和O_2浓度对SNCR反应性能的影响规律。计算结果表明:最佳NSR在1.4左右,最佳温度在1 173 K附近;O_2浓度的变化对选择性非催化还原反应的影响和温度密切相关,当温度高于1 150 K时,O_2浓度的增加会导致还原剂的氧化反应加剧,使得脱硝效率随O_2浓度的上升而下降,温度越高,氧化反应越剧烈,脱硝效率下降趋势越明显;同时,O_2浓度的上升,有利于最佳脱硝温度向低温方向移动,综合考虑,认为烟气中O_2浓度不应高于3%。     

O2/CO2气氛下煤燃烧NOx排放特性的实验研究

利用管式电阻炉在O₂/CO₂气氛和O₂/N₂气氛下对煤粉燃烧过程中NO_x排放特性进行实验,研究在不同停留时间、炉内燃料/氧化学当量比、温度、氧浓度等因素对燃煤过程中NO_x放特性的影响,并对这两种燃烧方式下NO_x的排放特性进行对比。结果表明:在O₂/CO₂气氛下NO_x的生成量要远远低于O₂/N₂气氛下NO_x的生成量。随着停留时间的延长,NO_x沿程释放特性是先增大后减少。随着燃料/氧化学当量比的增加,NO_x排放浓度也呈现出先增加后降低的趋势。随着炉内温度的增加,2种气氛下NO_x的排放浓度均增加。随着氧浓度的提高,NO_x排放浓度增大。     

CO对NH3还原NO过程的影响与机理研究

为揭示CO对NH₃还原NO过程的影响,在不同CO体积分数下对NH₃还原NO过程进行了实验与模拟研究。实验结果表明：无氧气氛中存在CO时,对1 400℃以下NO还原率无显著影响;CO可提高1 400℃以上的NO还原率。在低氧体积分数条件下,CO的存在能扩展NH₃还原NO反应的温度窗口,使其在1 400℃以上仍保持高NO还原率。在高氧体积分数条件下,CO仅使最佳脱硝温度向低温移动,并使脱硝温度窗口变窄。模拟结果表明：在无氧及低氧体积分数条件下,1 400℃以上时CO可促进NH₂与CO反应生成HNCO,随后HNCO转化为NCO后将NO还原,增强了NO还原过程;高氧体积分数条件下,CO可在较低温度下促进OH、O等基团产生,保证NH₂生成及其还原NO过程进行;但温度升高会加快CO与OH反应产生H,H与O₂反应产生大量O,加速了NH₂氧化,导致NO还原率迅速降低。     

过渡金属掺杂对MnOx-CeO2低温SCR性能的影响

通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂,考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响．其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大,氧化还原能力适中,具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度,有利于低温下NH₃-SCR反应的顺利进行．2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH₃-SCR活性最好,能在100～225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_x转化率,在125℃时NO_x转化率更是达到99.1%,为中低温催化还原烟气中的NO_x提供了新思路．此外,2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力,在150℃下,加入40×10^-6的SO₂反应5 h,其催化活性稳定在98%;在3%的水蒸气下,其效率保持在95%以上．     

焦炭氮释放和NOx生成与还原特性的实验研究

在沉降炉上开展低挥发分贫煤焦炭燃烧实验,研究了反应温度(1 100～1 300℃)、氧气体积分数(0～15%)和初始NO体积分数(0～500 mL/m³)对焦炭氮释放和NO_x生成与还原特性的影响。结果表明：在1 300℃无氧条件下,焦炭和NO发生异相还原反应,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,NO_x还原率由0增加至93.4%。在焦炭燃烧条件下,焦炭氮释放并氧化生成NO_x,此时增加初始NO体积分数抑制焦炭氮向NO_x转化。随着反应温度升高、氧气体积分数降低或初始NO体积分数增加,焦炭氮向NO_x的表观转化率均有所降低。当反应温度为1 300℃、氧气体积分数为5%时,随着初始NO体积分数由0增加至500 mL/m³,焦炭对NO_x的还原作用逐渐增强,NO_x表观转化率由7.9%逐渐降低至-24.2%。     

MILD燃烧方式下燃料NOx生成特性数值模拟

针对MILD燃烧新模式下燃料NO_x生成特性暂不清楚的问题，开展了甲烷MILD燃烧的CFD数值模拟．通过向燃料中添加不同比例的NH₃，考察了NH₃添加对MILD燃烧方式下燃料NO_x生成特性的影响，对于明确MILD燃烧降低燃料NO_x排放的可行性具有重要意义．在分析现有CH₄/NH₃反应机理可靠性的基础上提出了改进模型，并进行了甲烷MILD燃烧火焰结构和NO排放的实验验证．研究结果表明：随着燃料中NH₃含量的增加，无论是常规燃烧还是MILD燃烧下NO排放都相应提高；同时，MILD燃烧下特殊的燃料氧化过程导致NO的还原作用弱于常规燃烧，因此当燃料中初始NH₃体积分数超过1.3%后NO排放值反而高于常规燃烧．     

高温条件下NH3还原NO实验研究

利用固定床实验系统,在800～1 500℃的反应温度范围内进行了NH_3还原NO实验,分析不同气氛条件下反应温度、氨氮摩尔比以及组分浓度对脱硝效率的影响。实验结果表明:氧化性气氛下最佳脱硝温度约为950℃,温度继续升高时脱硝效率开始下降,而还原性气氛下NH_3对NO的还原存在一个临界温度(约1 000℃),低于临界温度时,NH_3对NO没有脱除效果,反而会额外生成NO,超过临界温度后,脱硝效率随着温度的升高迅速跃升至最大,氨氮摩尔比为2.0时最大脱硝效率可达95%,且在1 200℃以上的高温条件下保持稳定;修正后的GADM98模型对NO浓度的预测与实验结果符合较好,活性基团对NH_2的消耗是高温氧化性气氛下脱硝效率下降的重要原因。     

层燃锅炉横向空气分级脱硝技术的试验研究

与大多数燃煤层燃锅炉炉膛装有纵向空气分级脱硝工艺不同,尝试在炉排上实现横向的空气分级技术,即使用一次风不均匀配置,减少中心火焰段的供风量,减少量补充到炉床后段,在高温火焰段创造深度还原性气氛,再通过侧壁上的烟气循环射流,让热解气与燃料层有更长的接触停留时间,实现燃料型NO_x排放的降低。该技术在某46 MW燃煤层燃锅炉上进行尝试,试验结果展示：燃烧室中炉排上火焰被拉长,火焰峰值温度的位置由距前墙2.62 m延后至3.52 m处,火焰中出现高CO浓度的还原区。炉排上NO_x的峰值浓度从改造前的535 mg/m³降低至322 mg/m³。尾部烟气中NO_x浓度从350 mg/m³左右降低至260～290 mg/m³,实现脱硝效率17.1%～25.7%。改造对大渣燃尽率、锅炉功率、炉内烟气温度等没有影响。该技术对于层燃锅炉实现炉内火焰脱硝有一定的工业指导意义。     

NH3/DME混合物着火特性试验与数值模拟研究

为了探究NH₃/DME混合物的着火特性，利用激波管测量了初始温度T=1 250～1 800 K、当量比Φ=0.5～2.0、DME掺混比X_DME=0～1.0、压力p=1 MPa条件下NH₃/DME混合物的着火延迟时间。基于测量的试验数据，更新了Issayev等人构建的NH₃/DME燃烧反应动力学模型的部分基元反应，更新后的模型表现出对NH₃/DME着火延迟时间的良好预测。在此基础上，进一步开展了NH₃/DME着火特性值模拟研究。结果表明：NH₃/DME高温着火延迟时间随二甲醚(DME)掺混比的增加呈指数降低；NH₃/DME的着火延迟时间随当量比的增加先降低后升高，且不同温度下达到最低着火延迟时间的当量比不同；中低温下NH₃/DME的着火延迟时间随初始温度的变化规律与高温下不同，呈现出明显的负温度系数(NTC)现象。     

SNCR脱硝过程中固体聚合脱硝剂的性能研究

由于以尿素或氨水为还原剂的传统非催化还原脱硝(SNCR)技术存在还原剂分解不充分、反应温度高、脱硝效率低等问题,固体脱硝剂可用于克服上述问题。以三聚氰胺、尿素、甲醛为基体,制备了一种固体聚合脱硝剂,并分析反应温度、O₂体积分数、H₂O体积分数、停留时间和氨氮比等对其反应活性的影响。结果表明：固体聚合脱硝剂的活性温度窗口与常规还原剂相比较低;当O₂体积分数为1.2%时,脱硝效率最高,为84.2%;H₂O体积分数为1.4%时,脱硝效率最高,为91.4%;而停留时间对脱硝剂反应活性的影响不明显,氨氮比的影响更为明显,当氨氮比为1.5时脱硝效率最高。     

双搅拌反应釜NaClO2同时脱硫脱硝的宏观反应动力学研究

采用自行设计的小型双搅拌反应釜,以NaClO₂溶液为吸收剂,在保持气液传质界面面积不变的条件下开展了模拟烟气同时脱硫脱硝的反应动力学研究。研究了溶液pH、反应温度以及SO₂、NO和NaClO₂初始浓度对SO₂、NO和NO_x反应速率的影响,并得到NO和SO₂的反应级数和反应速率常数。结果表明：在一定范围内适当升高反应温度和降低溶液pH均有利于NO_x反应速率的提高;NO初始质量浓度对SO₂反应速率的影响不显著,但随着NO初始质量浓度的增大,NO和NO_x的反应速率提高;随着SO₂初始质量浓度的增加,SO₂的反应速率增大,而NO_x反应速率呈先增大后变化减缓的趋势;NO和SO₂的反应级数分别为0.699和0.843,反应速率常数分别为6.30 mg^0.301/(m^2.903     

深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

基于延迟特性的NOx浓度软测量与喷氨优化

针对NO_x浓度测量延迟导致NO_x排放浓度波动较大的问题,为提升脱硝系统运行的稳定性,试验分析了NO_x浓度测量的延迟时间和锅炉关键控制参数改变后SCR入口NO_x浓度的响应时间,建立了表征锅炉运行动态特性的SCR入口NO_x浓度软测量的数据结构,进一步建立了基于XGBoost算法的动态工况下SCR入口NO_x浓度实时软测量模型。结果表明：SCR入口NO_x质量浓度的测量延迟时间约为1 min,软测量模型能够提前近1 min得到实际NO_x质量浓度,软测量曲线与实际曲线具有理想的跟随性和准确性;软测量模型在660 MW机组上投入应用后,喷氨流量曲线和NO_x排放质量浓度曲线的稳定性得到显著提升。     

涡流混合式SCR系统喷氨特性试验研究

对涡流混合式脱硝系统进行喷氨优化试验。通过喷氨支管手动蝶阀的调节,脱硝出口A侧不均匀度下降了4%;B侧脱硝出口不均匀度下降了24.8%。试验发现,NO_x浓度沿烟道深度方向分布不均。分析可能的原因,一是涡流盘结构限制导致的氨浓度分布不均;二是烟道结构导致的流场不均,从而影响脱硝反应进行得不够均匀。综合考虑经济与环保,推荐净烟气NO_x排放浓度控制在40mg/m³左右。     

低尘SCR系统单孔催化剂模拟研究

在Eley-Rideal化学反应动力学机理基础上,建立了SCR催化剂孔道表面一维模型,重点分析了低尘布置方式下不同参数(催化剂尺寸、反应温度、反应物浓度等)对催化剂脱硝效率的影响。结果表明:随着催化剂沿程长度增加,反应物浓度降低,化学反应速率下降。在孔内流速为4.5m/s、反应湿度为610K时,脱硝效率最大约为75%,温度过高或过低均会降低催化剂脱硝性能。在入口NO浓度为500mg/m~3时,要满足脱硝效率达78%以上,需要氨氮摩尔比大于1.1。适当地降低烟气流速有利于提高脱硝效率,但会增加SO_2氧化,因此在追求较高脱硝效率同时应考虑对SO_2氧化的影响。     

非催化烟气还原脱硝法脱硝特性的试验研究

在沉降炉脱硝试验平台上,对不同氨剂的选择性非催化还原(SNCR)脱硝特性进行了试验研究.结果表明:反应适宜氨氮比为1.5,氨气、尿素、碳酸氢铵脱硝的最佳温度窗口分别为985～1 030℃、775～1 085℃、760～1 075℃,尿素和碳酸氢铵最大脱硝效率达90%,优于氨气的80%;增大氨氮比或降低烟气氧浓度均可提高SNCR脱硝效率;在以尿素作为还原剂的SNCR脱硝反应过程中,协同加入钠盐添加剂可在保证最大脱硝效率基本不变的前提下,使反应温度窗口由782.9～1 086.3℃拓宽为749.5～1 086.3℃.     

煤粉富氧燃烧CO2富集特性与NOx生成量模拟预测研究

分析了富氧下的煤粉燃烧特性、CO₂富集特性和NO_x生成特性,并模拟了CO₂富集和NO_x生成量的协同控制趋势。结果表明：与空气燃烧相比,富氧燃烧条件下CO₂富集分布与NO_x体积分数分布是负协同效应;不同O₂/CO₂体积分数比的富氧下,随着O₂体积分数的增加,炉膛出口的CO₂体积分数和NO_x体积分数都先上升到最大值后稍微下降,呈正协同效应,但出现拐点的O₂体积分数不同;CO₂富集到一定程度时,能有效抑制NO_x的生成量;在富氧条件下,可实现炉膛出口的高CO₂富集与低NO_x生成量的协同控制技术。