碳酸钠对甲烷先进再燃影响的实验研究

在管式石英反应器上实验研究了碳酸钠对使用尿素溶液作为还原剂、甲烷作为再燃燃料的先进再燃过程的影响。结果表明:先进再燃的最佳脱硝温度与最佳脱硝效率都要比选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)要高,而先进再燃区域相对更低的氧含量以及相对更高的反应温度可以显著抑制N2O的生成;弱氧化性气氛下,碳酸钠在整个反应温度区域都可以有效促进脱硝效率的提高,使得脱硝温度窗口宽度得以扩大,存在碳酸钠时最佳脱硝效率可高达95%以上,而在过量空气系数为1.15、反应温度为1200℃时碳酸钠可以将脱硝效率提高2倍多;碳酸钠的添加可能促使了HNCO向NH3转化的反应,使得先进再燃过程整个温度范围内的HNCO泄漏量大幅降低,而低温区域的NH3泄漏量则明显增大,尤其N2O排放进一步降至接近于零的水平。     

O2/CO2燃煤气氛下有机钙再燃脱硝性能

采用沉降炉实验系统研究了O2/CO2燃煤气氛下醋酸钙、醋酸调质石灰石和木醋调质石灰石再燃脱硝性能,探索了CO2浓度、温度、再燃比、氧浓度、停留时间、SO2、氨氮比等反应参数对再燃和先进再燃脱硝的影响。结果表明：O2/CO2气氛下,提高CO2浓度有助于有机钙再燃脱硝反应。有机钙再燃和先进再燃脱硝适宜工况参数：温度范围1223~1373 K、再燃比为14%~17%、再燃区入口氧浓度为3%左右、停留时间为0.8 s,氨氮比为0.75。典型工况条件下,有机钙基本再燃脱硝效率为62.0%~82.7%,先进再燃脱硝效率88.3%~95.6%。醋酸和木醋调质石灰石再燃和先进再燃脱硝性能略优于醋酸钙。O2/CO2气氛下有机钙再燃在最佳脱硫温度下不能获得最大脱硝效率,先进再燃可以明显改善脱硝性能。最佳反应条件下木醋调质石灰石先进再燃脱硫脱硝效率分别为73.2%和94.8%。     

选择性非催化还原脱硝特性试验研究

采用锅炉燃烧模拟装置研究了氨水和尿素的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱硝性能,考察了工况参数对脱硝效率的影响,并研究了添加剂碳酸钠、乙醇、甘油和乙酸甲酯对SNCR脱硝特性的影响。试验结果表明氨水和尿素脱硝适宜工况参数：温度窗口927~ 1 110 ℃,最佳反应温度约1 000 ℃,停留时间约为1.2 s,氨氮比为1.5。氨氮比为1.5的典型试验条件下时,氨水和尿素的最大脱硝效率为90%左右。一定参数范围内,增加氨氮比、增加停留时间、较高的初始NO浓度都会提高SNCR脱硝效率。烟气中氧浓度增大尿素的脱硝效率明显降低,氨水的还原能力降低不明显。碳酸钠可以拓宽SNCR温度窗口,并使其向低温方相移动。有机添加剂在较低温度下激发还原反应,提高低温下氨剂还原效率,降低了最大脱硝效率。碳酸钠可以减少喷入氨剂引起的CO排放,在较低温度下有机添加剂可不同程度地增加CO排放。     

选择性非催化脱硝反应非等温过程的实验研究

建立了完善的选择性非催化脱硝(selective noncatalytic reduction,SNCR)反应的非等温实验系统,探讨了初始反应温度、氧气含量和还原剂与烟气流速比对非等温SNCR过程的影响,随初始反应温度升高,脱硝效率先升高再减小,在1 273~1 323K范围内,脱硝效率达到最大70%以上;氧气含量的增加在温度低于1 250 K时可以提高脱硝效率,在温度高于1 250 K时会导致脱硝效率降低,氧气浓度为2.5%时,最大脱硝效率可以达到85.4%;在温度低于1250 K时,反应处于动力控制区,还原剂与烟气流速比的增加使脱硝效率降低,在温度高于1 250 K时,反应处于混合控制区,流速比的增加使脱硝效率升高,流速比为5.0时最大脱硝效率可以达到79%;文中非等温SNCR的实验结论有助于工程实际中的选择性非催化法脱硝系统的优化。     

35t/h链条炉SNCR脱硝特性的试验研究

对一台35 t/h链条炉进行了SNCR(选择性非催化还原)过程的试验研究。结果显示:以尿素为还原剂的脱硝率比氨水高4%~10%,但随着锅炉负荷的增加,氨水脱硝率下降的梯度较平缓;氨氮比一定时,加大还原剂的喷射流量可以提高脱硝率;氨基与氮氧化物混合程度的好坏影响着脱硝效果;温度是影响SNCR技术脱硝程度的重要因素,制约着喷枪的布置位置及方式。本试验条件下,链条炉的脱硝率在13%~32%之间,初步验证了中小型工业链条炉上采用SNCR技术是可行的。     

天然气再燃还原NO的实验研究

天然气再燃是控制燃煤电站氮氧化物排放的先进技术。对天然气再燃还原NO的关键影响因素进行了系统实验研究,发现脱硝效率随着天然气/NO摩尔比以及温度的增加而提高;再燃区存在最佳过量空气系数,α在0.8左右时脱硝效率最高;延长再燃区停留时间有利于降低NO的排放,但超过1.53s后,继续增加停留时间对脱硝效率的影响并不明显。     

水蒸气与添加剂对生物质再燃/高级再燃脱硝特性的影响

以稻壳和氨气还原剂为对象,利用携带流脱硝试验装置,研究了再燃区反应温度(T2)、再燃区化学计量比(SR2)、水蒸气含量、添加剂种类与浓度等对生物质再燃/高级再燃脱硝效果的影响。结果表明:随着T2升高,生物质再燃与高级再燃的脱硝效率呈现不同的趋势,高级再燃下脱硝效率呈现先上升后下降再趋于稳定的趋势,其相应的脱硝窗口温度为950~1 100℃。随着SR2降低,稻壳再燃脱硝效率逐渐升高,而高级再燃脱硝效率先增加后降低,最佳SR2在0.7~0.9之间。随着水蒸气含量增加,生物质再燃/高级再燃脱硝效率均呈现先增加后降低的趋势,水蒸气量为4%左右时脱硝效率最佳。添加剂对生物质再燃/高级再燃脱硝均有一定的促进作用,其中Fe2O3促进作用最为显著,NaOH和Na2CO3次之,KCl和Ca(OH)2的促进作用较差。添加剂浓度(50~150?mol/mol)对脱硝效率的影响不显著,水蒸气与添加剂耦合可显著增加生物质再燃/高级再燃脱硝效率;与无水蒸气和无添加剂相比,4%水蒸气含量与100?mol/mol Na2CO3耦合作用的再燃/高级再燃脱硝效率分别提高13.5%与11.4%。     

300 MW机组循环流化床锅炉选择性非催化还原系统模拟及优化研究

通过模拟300 MW机组循环流化床（CFB）锅炉的选择性非催化还原（SNCR）脱硝过程,研究了反应温度、氨氮摩尔比、还原剂雾化粒径、还原剂喷射速度等对SNCR脱硝效果的影响,并对某电厂300 MW机组CFB锅炉的SNCR脱硝系统进行了优化。结果表明:在800~ 1 000 ℃的反应范围内,随着温度和氨氮摩尔比的升高,脱硝效率随之提高;还原剂雾化粒径的增加和喷射速度的提高对脱硝效率提升的幅度很小;某300 MW机组CFB锅炉SNCR系统及运行参数优化后,锅炉在3个典型负荷下均实现了NOx的超低排放,最大脱硝效率达到了74.2%。     

甲烷先进再燃脱硝特性的实验研究

为了获得高效、低成本的NOx脱除技术,在一管式石英反应器上对使用尿素溶液作为还原剂、甲烷作为再燃燃料的先进再燃过程进行了实验研究,结果表明:①随着再燃区过量空气系数α2的增加,AR过程的最佳脱硝温度(topt)先升高而后再降低,最高温度出现在α2=1.0左右,R=2.0时最佳脱硝温度可高达约1 250℃;②AR最佳脱硝效率在α2=1.13附近达到极大值,即还原剂宜喷入弱氧化性气氛中为合适,R=1.5时最佳脱硝效率即高达约90.7%;③AR过程在取得高脱硝效率的同时可以有效控制尾部的NH3泄漏,相对于NH3而言HNCO需要更高的温度才能促使其消亡;④AR过程的N2O排放只在1～2个实验温度点时才明显出现,同时N2O排放量也相对较低。     

影响水煤浆再燃效果的主要因素研究

为了研究使用水煤浆作为再燃燃料在大型电站锅炉上的再燃脱硝效果和影响因素，在1台新建的670t/h的水煤浆锅炉上进行了再燃燃料量比在12.5%~25%、主燃区过量空气系数a1在0.92~1.34、再燃区过量空气系数a2在0.91~1.04之间变化的低NOx燃烧调整试验，分析了再燃燃料量比、再燃区过量空气系数、主燃区过量空气系数、再燃区温度、烟气在再燃区停留时间和混合状况对脱硝率的影响。试验结果显示，相对于均等配风时锅炉的NOx排放量788mg/m3，水煤浆再燃能够有效地降低NOx的排放量，脱硝效果最高可以达到42.5%，说明大型电站锅炉上采用水煤浆再燃是一种有前景的脱硝方法，同时通过试验确定了再燃过量空气系数为0.95时的最佳再燃燃料比为16%，再燃燃料比为25%时，在实验工况范围内，最佳再燃区过量空气系数为0.91。     

选择性非催化还原法在电站锅炉上的应用

对一台HG-410/9.8-YW15型煤粉锅炉,在已进行常规煤粉再燃改造基础上进一步结合了选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)的改造,即对该锅炉采用了联合Reburning/SNCR技术。通过实验运行表明：当仅有再燃投入运行时,NOx可以低于350 mg/m3(标准状态,6%O2,干烟气);而当结合了SNCR运行时,NOx则达到了200 mg/m3以下,同时尾部氨泄漏小于7.6 mg/m3。低负荷情况下脱硝率较高,对于51%负荷(j(NH3)/j(NO)等于1.0),NOx降至160 mg/m3,而此时的尾部氨泄漏只有1.14 mg/m3。此外,根据负荷及j(NH3)/j (NO)的不同,单独SNCR技术在再燃的基础上也实现了38.2%~73.9%的脱硝率。尾部烟道中的氨分布呈现出前墙高于后墙的现象。SNCR的投运对飞灰含碳量、排烟温度及CO排放等几乎没有影响,但会造成尾部排烟量的增加,即对锅炉效率造成了约0.5%的损失。     

地下气化煤气作为多组分还原性气体脱硝的实验研究

为了揭示再燃过程中地下气化煤气作为多组分还原性气体(H2、CO等)降低还原NO的影响规律,在气体反应器实验台上进行了多组分还原性气体脱硝的实验研究。实验结果表明：反应温度不变时,化学当量比增大,NO脱除率逐渐降低;化学当量比较低时,随着反应温度的升高,NO脱除率逐渐升高;化学当量比较高时,再燃区存在一个最佳反应温度条件;停留时间对多组分气体再燃脱硝的影响规律表明,为提高再燃过程的脱硝效率,在锅炉设计时应尽量增加再燃燃料在再燃区的停留时间;再燃燃料比的增加使再燃区还原性气体浓度增加,这必然提高NO与还原性气体的反应速率,有利于进一步提高NO脱除。实验结果有利于了解多组分还原性气体再燃降低还原NO特性,组织良好的燃烧条件,可为理论研究提供参考依据。     

水煤浆挥发分再燃对NO还原的影响

为了解水煤浆再燃过程中均相还原反应效果的影响因素,在固定床反应器上,利用合成烟气模拟再燃区环境,对不同煤种的水煤浆,在不同的浓度、再燃区温度、氧气浓度、颗粒粒径对挥发分再燃效果的影响进行了研究。实验结果显示：挥发分的再燃效果随着水煤浆浓度的降低而升高,随着煤阶的降低而增加。另外,挥发分含量相同,含氮量高的再燃效果要好一些。再燃区反应温度的升高有益于水煤浆挥发分的释放以及再燃反应。挥发分作为再燃燃料时,再燃区烟气含氧量的影响最大,再燃效果随含氧量的增加而降低。制浆原煤粒径的大小对挥发分再燃的效果有所影响,随粒径的减少再燃效果略有增加。     

生物质再燃脱硝特性的实验研究

沉降炉实验结果表明,生物质再燃可以获得70%左右的脱硝效率。在1373 K温度范围内,随着温度的升高,棉秆、麦秆、梧桐木和松木的再燃脱硝效率均有提高。为保证较高的脱硝效率,再燃区过量空气系数、再燃比以及停留时间应分别为0.6～0.8、20%和0.7 s左右。同时,燃料粒径对脱硝效率影响不明显。而随着NO初始浓度的增加,脱硝效率得到相应的提高。     

湍流混合限制下选择性非催化还原过程的数值模拟

基于CFD软件平台,对燃烧研究设备(combustion research facility,CRF)中试试验装置的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱硝过程进行模拟计算,通过与试验结果的比较,验证了该文的数学模型和计算方法。文中研究了在不同的温度、氨氮摩尔比条件下,喷射尿素溶液对脱硝效率和漏失氨的影响。计算结果表明,随着[NH3]/[NO]的增加,NO的还原率逐渐提高,在[NH3]/[NO]为1.0~2.5时可以达到50%~90%的NO脱除效率。同时由于随着氨氮摩尔比的增加,漏失氨也随之增加,因而应合理控制氨氮摩尔比在1.5左右。     

煤粉热解气还原NO的数值研究

基于详细的化学动力学模型Dagaut机理(1 006个反应,145种组分),利用Chemkin4.1软件中柱塞流反应器模型模拟了煤粉热解气再燃还原NO的反应过程,揭示了影响热解气还原NO 2种主要因素(温度和当量比)的作用规律,并研究了热解气中含硫组分对NO还原的影响。结果表明：当量比一定时,温度高于1 100 K后不利于热解气还原NO,当量比为1.25时热解气还原NO的最佳温度是1 100 K;温度一定时,随着当量比增加NO还原效率升高,1 200 K时热解气还原NO最佳当量比范围为1.2~1.6,且随着当量比增加反应器中HCN和NH3浓度增大,而N2浓度减少;在模拟的工况中,热解气中的H2S和SO2对NO还原效率的影响不超过5%,且H2S对NO脱除的影响大于SO2。     

超细煤焦的细度对再燃还原NO的影响

以烟煤和褐煤混煤超细煤粉制作的煤焦作为再燃燃料，用N2，O2，CO2，NO配制模拟烟气，在立式携带流反应器中进行了煤焦再燃还原NO的实验，研究了超细煤焦的细度对炉内1300℃高温烟气中再燃还原NO 的影响。结果表明：①NO 的还原效率随着超细煤焦细度的提高而增大；②在再燃燃料比为20%~25%、再燃区的初始氧浓度为2%~4%的工况范围内，煤焦细度对NO 还原效率的影响显著；③在其它情况相同的条件下，当煤焦细度由154mm筛下提高到71mm筛下时，再燃还原NO的效率增加幅度不大；当煤焦细度由71mm筛下提高到45mm筛下时，再燃还原NO的效率大幅度增加；④NO还原效率与煤焦粒径的2次方成反比。     

410 t/h燃煤锅炉选择性非催化还原气液混合特性的数值研究

基于Fluent平台,对410 t/h燃煤锅炉选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)系统喷射的尿素溶液液滴与烟气的混合过程进行数值模拟研究,同时探讨这一混合特性对脱硝率的影响。研究发现液滴穿透距离对于大空间的气液混合和烟气脱硝有重要影响,而对于给定的喷嘴它由溶液流量和液滴粒径确定;但是由于沿喷射方向存在较大的温度梯度,所以脱硝率还决定于液滴分布的当地温度。模拟结果表明在固定氨氮摩尔比下,喷射流量增大82%,脱硝率可提高8.8%,而随液滴粒径增大则先提高后降低;漏氨量随二者的增大均呈现降低趋势。另外,还将计算结果与实验测量数据进行了对比,以保证数值研究结论的可靠性。