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。     

高温条件下氨还原剂脱硝特性试验研究

针对NH₃在高温区的脱硝特性进行研究，采用配气的方法在一维管式炉上进行实验，研究不同O₂浓度、反应温度、氨氮摩尔比等关键因素对高温区氨还原NO_x特性的影响．结果表明：氧浓度的升高使NH₃/NO的最佳反应温度下降，脱硝效率出现下降趋势；近零氧工况下NH₃还原NO_x最佳反应温度窗口向高温偏移，反应温度为1 300℃时还原效率最高；随着氨氮摩尔比的增加，NO_x的还原效率随之增加，最佳氨氮摩尔比为1.5，无氧工况下脱硝效率可达95%以上，为进一步优化脱硝技术提供参考．     

O2/CO2/H2O气氛下CO燃烧机理的分子动力学模拟研究

采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法研究了O₂/CO₂/H₂O气氛下CO的燃烧。结果表明：根据化学平衡原理,高浓度CO₂抑制CO的氧化,同时CO₂在高温下参与反应CO₂+H—→CO+OH,进一步抑制CO氧化。在较低温度条件下,较高浓度H₂O的三体效应显著,抑制了CO氧化。另一方面,在较高温度条件下,H₂O参与的H₂O+H—→H₂+OH和H₂O+O—→OH+OH反应占据其化学作用的主导地位,进而促进CO氧化。随着O₂浓度的增加,CO的氧化速度加快。     

温度和还原剂对LNT还原过程的影响

针对稀燃氮氧化物捕集器(LNT)还原过程中的产物和副产物,搭建了以CO和H₂为还原剂的LNT还原模型,该模型包含了LNT还原过程中副产物N₂O和NH₃的详细产生机理．利用该模型模拟研究了温度对N₂、N₂O和NH₃表面反应的影响,分析了温度和还原剂体积分数对LNT还原效率的影响．模拟研究结果表明,CO还原NO时,在低温下易生成N₂O,在高温下生成N₂,并且随着温度升高,NO和CO的转化率逐渐增加并到达最大值;H₂作为还原剂时,在低温条件下会同时生成N₂O和NH₃,NH₃生成速率更高,高温时还原的主要产物是N₂;NO/H₂反应中,NO转化率在低温时先升高后降低;随着CO体积分数的增加,NO和CO的转化率会先升高再降低,过高的CO体积分数会抑制NO的转化率,但是提高温度可以缓解这一问题．     

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。     

燃煤耦合城市污泥燃烧特性与NOx生成行为模拟

利用自定义燃烧模型对煤粉与城市污泥共燃过程进行数值模拟,研究不同掺烧比例下共燃过程的燃烧特性、NO_x体积分数空间分布和生成行为等。结果表明：污泥对煤粉第一阶段燃烧有明显的促进作用,在掺烧比例≤3%时,对煤粉第二阶段燃烧也有促进作用,而在掺烧比例≥6%时有抑制作用;在燃烧器出口附近氮存在形式丰富,大部分NH₃在该区域转换为HCN,少量转换为HNO和NH₂等,而在回流区后半段,HCN体积分数明显降低,NO体积分数上升,随着燃烧反应的进行,部分NO被还原成HCN和HNO;NO_x生成行为主要集中发生在燃料燃烧的2个阶段,在第一阶段,NO的生成过程主要为NH被O和O₂氧化以及N被O₂氧化,第二阶段主要为NH被O氧化以及N被CO₂氧化;NO被CH₃还原成HCN是2个阶段中NO被还原的主要过程。     

添加生物质气化气的选择性非催化还原研究

提出利用生物质气化气为选择性非催化还原技术（SNCR）反应的添加剂,并进行相应的反应动力学计算。计算结果表明生物质气化气作为添加剂可以提高低温条件下SNCR反应的脱硝效率。生物质气化气主要成分为H₂、CH₄和CO,其中H₂和CH₄对温度窗的作用明显,CO的效果较小。各种气体成分主要通过促进OH基元生成来促进相对较低温度下脱硝反应过程的进行。     

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。     

CO2和H2O气氛下甲烷MILD富氧燃烧NO和CO生成机理

利用 Chemkin 软件中对冲火焰模型对 CO₂和 H₂O 气氛下甲烷 MILD 富氧燃烧进行详细数值模拟,对比了两种气氛下 NO 和 CO 的排放规律和生成机理．结果表明,MILD-CO₂燃烧模式下 CO 排放浓度约为 MILD-H₂O 燃烧模式下的 3 倍．敏感性分析发现 CO₂的分解会增加 CO 排放浓度,而 MILD-H₂O 燃烧模式下 H₂O 分解生成的 OH 基团促进了 CO 的氧化,降低了 CO 的排放浓度．同时,MILD-CO₂燃烧模式下 NO 排放浓度约为MILD-H₂O 燃烧时的 4 倍,且 MILD-H₂O 燃烧模式下 NO 生成对氧化剂进口温度的变化不敏感．通过分离 NO 生成路径发现,两种气氛下 N₂O 中间体路径主导了 NO 的生成,NO 再燃可以消耗 20%以上生成的 NO,其余路径相对不重要．结果表明 MILD-H...     

富氧燃烧方式下NO对SO3生成的影响研究

为了探究NO对SO₃生成的影响机理,在富氧燃烧条件下进行均相和异相实验,利用Chemkin-PRO软件平台进行敏感性仿真分析。结果表明：均相和异相实验中,NO均对SO₃的生成起促进作用;均相实验中,随着NO体积分数的升高,SO₃体积分数升高,且其升高速率逐渐放缓;反应敏感性分析结果表明,NO通过增加O自由基、消耗HO₂和H自由基促进了SO₃的生成;异相反应中,SO₃体积分数随NO体积分数的升高先升高后下降,过高的NO体积分数会对SO₃的生成表现出抑制作用,这可能是由NO氧化与SO₂氧化竞争O自由基导致的,也可能是高NO体积分数下,煤粉燃尽率降低,煤粉中S元素释放不完全所致。     

柴油机排气的O2-NO2对碳烟氧化的协同效应

柴油机排气温度低于873 K时难以直接氧化碳烟,使得柴油机颗粒捕集器（DPF）要实现低温、高效率的再生面临严峻考验．为了明确DPF内O₂-NO₂快速氧化碳烟的反应机制,基于量子化学与化学动力学,采用微观机理结合宏观分析的手段,探究了O₂-NO₂协同氧化碳烟的机理,并对碳烟的氧化进行定性与定量分析．研究表明：O₂-NO₂对碳烟的活性位有竞争吸附作用,NO₂的吸附能明显高于O₂,但O₂与碳烟更易形成C（O）及活性O*.NO₂易与O₂产生的C（O）反应,生成的NO3-可有效氧化活性C*,实现O₂-NO₂对碳烟氧化的协同效应;中等温度为742 K时,O₂与芘基（A4-）反应生成A4O的量保持最多,且O₂与NO₂摩尔分数比为1/2时,A4-的10 s...     

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。     

NH3部分裂解对其均质及非预混自燃特性的影响研究

为促进氨氢可再生能源发展,文章基于高阶离散格式、详细动力学模型对NH₃及NH₃/H₂/N₂燃料的自燃过程进行了直接数值模拟研究,获得了NH₃部分裂解对均质、非预混条件下燃料着火延迟时间、关键反应路径、自燃火焰结构、火焰位移速度等动力学特性的作用机制。研究结果表明：NH₃预裂解可有效降低均质及非预混条件下的着火延迟时间,且在低温工况中尤为明显;在NH₃自燃过程中,NH₃+OH<=>H₂O+NH₂是NH₃消耗主导反应;在NH₃/H₂/N₂自燃过程中,H-O反应体系的增强使得NH₃+O<=>NH₂+OH成为额外的NH₃消耗路径,H+NH₃<=>H₂     

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．     

带伴流的合成气微混火焰特性研究

选用等体积比的CO和H₂合成气为燃料,研究伴流微混单喷嘴的火焰结构。在Fluent平台上,采用稳态不可压的N-S方程进行求解,探究不同出口流速和当量比对微混单喷嘴火焰结构的影响。结果表明:OH的分布与高温区域基本重合,且化学反应释热率与OH高浓度区域相一致。随当量比增加,空气侧流速降低,火焰前缘逐渐相连,最终火焰附着在喷嘴出口;喷嘴出口流速的增加则强化了射流夹带作用,使其携带环境中的HO₂和O₂,迅速将H氧化为OH,从而收缩反应区域厚度;伴流作用促进CO氧化生成HCO的过程,降低主燃火焰向环境散热。     

当量比燃烧天然气发动机铑基三效催化器次生污染物研究

建立了一种适用于当量比燃烧天然气发动机的Rh基三效催化器(TWC)整体模型,研究了排气温度和组分对TWC系统次生污染物N2O和NH3生成特性的影响。结果表明：N2O主要在起燃和低温(400～605 K)下通过CO还原NO反应生成;高温状态下(>850 K)NH3通过H2还原NO反应生成,H2来源于蒸汽重整(SR)和水煤气变换(WGS)反应。H2浓度的增加促进了N2O和NH3生成,高温下N2O会与H2发生还原反应,导致N2O有所降低。H2O和CH4对N2O和NH3生成的影响随着温度变化而变化。在一定温度范围内,随着O2浓度的增加,NH3生成大幅降低;高温下高O2浓度会促进N2O生成。研究还发现,排气中O2浓度在4000 × 10-6左右时,排温控制在580～850 K,能实现N2O和NH3近零排放。     

330 MW电站煤粉锅炉高温主燃区喷氨脱硝的试验研究

在一台330 MW四角切圆煤粉锅炉上进行试验,研究各因素对高温主燃区喷氨脱硝的影响。结果表明：向高温主燃区喷入尿素溶液可有效脱除NO_x,且脱硝效率受锅炉负荷、配风方式和O₂体积分数等因素的影响;在锅炉常规运行的基础上进行主燃区喷氨,随着负荷的增加,最佳R_NSR增大,脱硝效率降低;相对于基准配风方式,在极限配风方式下进行喷氨可以提高脱硝效率,使最佳R_NSR减小;降低锅炉出口O₂体积分数可进一步提高主燃区喷氨的脱硝效率;主燃区喷氨与高速燃尽风协同控制可以在减小NO_x质量浓度的同时对飞灰含碳量和CO体积分数进行有效控制。     

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。     

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。