煤焦直接还原脱除烟道气氮氧化物

选用3种不同煤焦,采用程序升温和恒温实验方法,在固定床上考察了不同实验条件下的NO转化率和C对NO选择性,分析了煤焦脱硝的机理和影响因素。实验结果表明:NO和O2在煤焦表面发生化学吸附所形成的络合物在脱硝过程中起着关键作用,影响C-NO反应和C-O2反应的竞争与协作关系。在所考察的煤焦中锡林浩特褐煤焦脱硝效果最好,当温度为723 K时烟道气中NO还原率可达99%;在温度623~923 K、O2浓度0~5%范围内,提高温度和O2浓度均有利于提高NO转化率,而降低O2浓度有利于提高C对NO选择性;烟道气中NO浓度越高,其转化率越低,但C对NO选择性越高。     

随机孔模型研究煤焦O2/CO2燃烧动力学特征

在热重分析仪上对焦作无烟煤焦和云浮烟煤焦O₂/CO₂条件下燃烧特性进行研究。确定在不同温度下不同煤焦O₂/CO₂燃烧的特征。利用随机孔模型(RPM)表征两种煤焦反应速率与碳转化率的关系,同时与未反应缩核模型(Model Ⅰ)和混合模型(Model Ⅱ)的拟合结果进行比较。研究表明,在不同反应条件下,随机孔模型具有最佳的拟合效果,相关系数都在0.986以上。比较RPM、ModelⅠ和Model Ⅱ计算结果发现,焦作无烟煤焦的O₂/CO₂等温燃烧的活化能比云浮烟煤焦的高,且同一煤种燃烧反应温度越高反应速率常数越大。由于随机孔模型的结构参数ψ可以很好地表现孔结构变化对煤焦燃烧反应的影响,因此随机孔模型能更加准确地描述煤焦O₂/CO₂燃烧特征。     

基于CFD模拟的臭氧低温氧化烧结烟气中NO过程分析

以256 m²烧结机O₃氧化烧结烟气中NO过程为研究对象,采用CFD数值模拟方法考察了含O₃喷射气体与烧结烟气流动及NO低温氧化特性。通过与76步复杂反应机理的对比验证了11步简化机理的适用性,分析了反应温度、O₃/NO摩尔比以及O₃分布特性对NO氧化效率和不同价态NO _x 转化率的影响规律。通过对简单结构反应器的模拟结果表明：NO₃稳定性较差,烟道内主要氧化产物为NO₂与N₂O₅;随反应温度升高,NO氧化效率基本保持不变,NO₂转化率提高且提升速率逐渐增大而N₂O₅呈相反规律;随O₃/NO摩尔比增大,NO氧化效率提高但提升速率逐渐减小,NO₂转化率先增大后在摩尔比高于1.25时开始减小,而各工况均产生N₂O₅且生成量逐渐增大,其原因为射流核心区可提供高O₃/NO摩尔比条件;通过优化O₃分布器结构改善O₃与烟气接触与混合条件,O₃与NO摩尔比为1.0、停留时间为0.87 s时NO氧化率可提高约12.8%,摩尔比为2.0、停留时间为1.73 s时N₂O₅转化率可提高约15.6%。     

一种典型钒钛系SCR催化剂SO3生成特性研究

选择性催化还原（SCR）技术由于脱硝效率高、选择性好而被广泛应用于烟气氮氧化物排放控制;然而,目前广泛采用的钒钛系SCR脱硝催化剂会使烟气中SO₂氧化成SO₃,烟气中过高的SO₃对电厂安全运行会造成严重影响,也会对环境造成污染。以典型V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂为研究对象,系统研究了SCR脱硝过程中烟气流量、温度、O₂浓度、SO₂浓度等对催化剂表面SO₃生成特性的影响,并进一步对SO₃生成的反应动力学特性进行了分析。研究表明：催化剂表面SO₃生成反应中SO₂的反应级数为0.59,当O₂浓度大于3%时,O₂的反应级数为0,该反应的表观活化能为70.39 kJ/mol;实验条件下,烟气中SO₂浓度增加会使SO₃生成的反应速率提高;O₂浓度对催化剂表面SO₃生成影响并不显著;烟气温度对催化剂表面SO₃生成具有显著影响,高温会促进SO₃的生成。     

固体高分子脱硝剂选择性非催化还原NOx特性

在流化床反应器中研究了固体高分子脱硝剂选择性非催化还原(PNCR)脱硝效率、影响因素及反应机理。结果表明,固体脱硝剂炉内发生非催化还原反应,在850～1150℃范围内,随着温度升高,脱硝效率逐步增加,在950℃达到最佳(97%左右),之后脱硝剂主要受高温氧化反应的影响,脱硝效率下降。氧气不利于脱硝反应,随着氧气的增加,脱硝效率逐渐降低;水蒸气加入能减弱O₂的氧化作用,延迟脱硝剂的高温氧化反应。固体脱硝剂热分解过程的O元素主要以CO₂形式析出,N和C元素生成NH、CH₂和CN等自由基,CH₂和CN则通过与O₂、O和OH反应而消耗炉内强氧化性基团,抑制NO的生成,加快NH等自由基与NO还原反应而实现高效脱硝。该研究结果为高分子脱硝技术的应用提供了理论支撑和技术参考。     

低温等离子体用于柴油机尾气脱硝的实验

柴油机作为卡车、重型机械以及船舶的主动力装置仍被广泛采用,其尾气中氮氧化物的脱除技术也是目前的研究热点。本文搭建了模拟柴油机尾气的配气系统,采用介质阻挡放电产生低温等离子体（non-thermal plasma,NTP）的方法对模拟柴油机尾气进行了脱硝的实验研究。实验结果表明：针对本系统,电源效率和能量密度随着输入电压的增大而升高,当输入电压高于60V时,电源效率在90%以上;在O₂/N₂条件下,随着O₂浓度以及能量密度的增加,NO生成量逐渐增加,NO₂生成量先增加后降低最终趋于稳定;在NO/N₂条件下,低温等离子体对NO的脱除率接近100%;在NO/O₂/N₂条件下,随着NO浓度的增加,临界O₂浓度升高,O₂体积分数为1%时脱硝效率在90%以上,O₂体积分数高于14%时低温等离子体的脱硝率为负值,且随着能量密度的增加,生成的NO _x 浓度也更高,O₂浓度对低温等离子体的脱硝性能起决定性作用;在低能量密度时,加入NH₃会提高脱硝性能,高能量密度时NH₃会略微降低NTP的脱硝性能,当加入H₂O模拟真实柴油机尾气成分且喷氨时,获得的脱硝率最高为40.6%。     

光催化联合海水NaHSO3还原脱除船舶烟气中NO的研究

为减少船舶柴油机烟气中NO的排放,将光催化技术与紫外/NaHSO₃高级还原技术联合还原脱除模拟烟气中NO。制备了Ag/TiO_2-x/泡沫陶瓷光催化剂,利用自制的光催化海水喷淋反应器考察了温度、液气比、NaHSO₃浓度、空速、NO浓度对脱硝率的影响。结果表明,随着温度的升高,脱硝率提高;液气比为3～6 L/m³时,脱硝率变化较小;随着NaHSO₃浓度的增大,脱硝率先升后降;空速和NO浓度增大都不利于脱硝。光催化联合海水NaHSO₃能还原脱除NO,NO质量浓度为1 000 mg/m³时,脱硝率可达66.6%,N₂选择性为67.54%,NH⁺₄选择性为13.16%。     

LaMnO3/生物炭催化剂低温NH3-SCR催化脱硝性能研究

以La-Mn钙钛矿氧化物为活性组分,生物炭为载体,利用浸渍法制备负载型脱硝催化剂LMO/BCNA。利用固定床反应装置考察了催化剂的催化活性以及耐硫耐水性能,100～250℃范围内,NO转化率>80%,N₂选择性>90%,225℃时NO转化率最高,为95.8%,对应的N₂选择性为95.4%。与氧化物相比,负载型催化剂的催化活性大幅提升,同时也扩宽了工作温度区间;生物炭载体的引入,减弱了催化剂对H₂O、SO₂的吸附,增强了耐硫耐水性能。应用稳态动力学方法构建催化反应动力学模型,在实验条件范围且O₂含量为5%时,催化NH₃-SCR反应过程中NO、O₂、NH₃的反应级数分别为0.66、0、0,并得到LMO/BCNA催化的反应活化能为25.52 k J/mol,低于商用钒钨钛催化剂的化学反应活化能(40～94 k J/mol)。     

铜铈改性镁铝尖晶石作为助催化剂同时脱除FCC烟气中的SOx,Nox

为降低催化裂化烟气中的SO_x、No_x,采用溶胶凝胶法合成了Mg-Al尖晶石,并通过共胶法进行金属氧化物改性制备得到催化裂化烟气脱硫脱硝助催化剂。在小型固定床反应装置上考察了铜铈改性以及烟气中O₂含量对尖晶石脱硫脱硝性能的影响,并在小型提升管装置上考察了铜铈复合改性后尖晶石同时脱硫脱硝的性能。结果表明：经铜铈复合改性后的尖晶石脱硫活性最高,40min内仍能保持90.67%的SO₂脱除率;含铜尖晶石的脱硝性能最优,450℃后NO转化率达100%。烟气中O₂含量对脱硫有利而对脱硝不利,当O₂含量过高时,NO不能有效脱除。原位红外漫反射分析表明：含铜尖晶石良好的脱硝性能是因为其含有的Cu⁺对CO优异的吸附性能,O₂的影响在于其与CO的反应,导致CO消耗。提升管装置评价实验结果表明：主风量为0.6m³/h时,CuCe-MgAl脱硫效率为59.96%,脱硝效率为87.63%。当主风量为0.8m³/h时,脱硫效果提升至74.50%而失去了脱硝功能。     

煤粉炉SNCR对SO3生成影响的数值模拟

基于详细化学反应机理,利用CHEMKIN-PRO软件中的平推流反应器研究了选择性非催化还原（SNCR）脱硝过程对SO₃生成作用,以及烟气中SO₂、NO、O₂和H₂O的体积浓度对SO₃生成量的影响。结果表明,氨的注入改变了SO₃生成机理和主要路径,明显促进烟气中SO₂向SO₃氧化。在NH₃的体积浓度为300 μl·L^-1、SO₂的体积浓度为2000 μl·L^-1、停留时间1.9 s内温度从1373 K降低至573 K时,生成的SO₃体积浓度大于10 μl·L^-1。随着SO₂体积分数的降低,生成的SO₃体积浓度减小,但转化率有所增加;此外生成的SO₃体积浓度随O₂体积浓度、NO体积浓度和停留时间的增加而增加,随着H₂O体积浓度的增加而减小。燃用高硫煤时,SNCR对SO₃的生成作用必须给予重视。     

等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO2/NO联合脱除特性

燃煤锅炉污染物超低排放标准对电厂脱硫和脱硝系统提出了更高的要求。CaO作为脱硫剂可以实现循环流化床锅炉烟气中SO₂的高效脱除,焦炭作为还原剂直接还原NO,同时CaO的存在对焦炭还原NO起催化作用,可以实现燃煤烟气中SO₂/NO的联合脱除。为了探究连续温度变化对CaO/生物质焦联合脱硫脱硝性能的影响,在钙循环捕集CO₂技术背景下,研究了等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO₂/NO联合脱除特性。探究了烟气中O₂和CO₂对CaO/椰壳焦脱除SO₂/NO的影响。结果表明,O₂通过对椰壳焦表面碳原子的活化作用降低了异相还原NO温度,在300~950℃等速升温过程中CaO/椰壳焦的NO脱除效率逐渐增加,780℃以上能实现100%脱硝。O₂也提高了CaO/椰壳焦的脱硫效率。CO₂与CaO的碳酸化反应以及与椰壳焦的气化反应对同时脱除SO₂/NO有明显抑制作用。O₂和CO₂共同作用下,在500~800℃内CaO/椰壳焦的脱硝效率随温度升高而增加,脱硫效率先降低后升高。NO促进了CaO/椰壳焦脱除SO₂,而SO₂对脱硝有抑制作用。800℃时CaO/椰壳焦同时脱除SO₂和NO的效率分别为97.7%和93.9%。     

富氧气氛下改性生物质焦脱汞的氧化机理

富氧燃烧作为新型燃烧方式可以有效减少CO₂排放,提高燃烧效率,与传统燃烧方式相比,烟气组分也产生较大的变化。玉米秸秆焦可以作为吸附剂在燃烧后阶段对汞进行脱除。本文采用1% NH₄Cl溶液浸渍的玉米秸秆焦为吸附剂,在富氧气氛下探究NO及O₂对汞氧化脱除机理。文中指出玉米秸秆焦经浸渍改性处理后,其表面孔隙结构更加丰富,比表面积以及总孔容积增大。同时,改性后表面官能团的数量大大增加,尤其是含氧的官能团,对汞的吸附起着重要作用。富氧气氛下NO与生物质焦表面的O₂和含氧基团反应生成具有氧化作用的NO₂,与零价汞反应促进汞的去除。NO和O₂共存时对零价汞的氧化有更明显的促进作用。O₂含量的增加也会促进生物质焦对汞的吸附,这主要是由于O₂的强氧化作用导致,与零价汞发生非均相氧化反应生成HgO。此外,含氧官能团化学键的断裂也为汞的氧化提供了氧自由基团。     

添加剂CH3COONH4对介质阻挡-电晕放电耦合法脱除NO、SO2的影响

采用自行研究设计的介质阻挡-电晕放电等离子体反应装置在模拟烟气中进行NO、SO₂的脱除研究。考察了O₂、CO₂、水蒸气等气体组分对脱除NO、SO₂的影响,并进一步探讨了添加剂CH₃COONH₄对脱除NO、SO₂的影响及作用机理。实验结果表明：O₂、CO₂和水蒸气浓度的增加对NO脱除有抑制作用,而引入CH₃COONH₄后,这些抑制作用会被减弱,使NO的脱除率得到大幅度提升,但这些抑制作用不会完全消除。在引入CH₃COONH₄后,气体组分和输入电流的变化对脱除SO₂的影响不明显,SO₂脱除率可达到94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.27%的CH₃COONH₄后,NO初始浓度不变的条件下,SO₂含量较少时,对NO的脱除影响不明显,随着SO₂浓度的增加,NO的脱除率不断下降,增加CH₃COONH₄的添加量可消除SO₂的影响;另一方面,在SO₂初始浓度恒定的条件下,随着NO含量的增加,SO₂的脱除率保持在94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.51%的CH₃COONH₄后,输入电流2.5A时,NO的脱除率达到72%。     

碳氧官能团对煤焦低温还原NO的影响

在450℃对神木煤制半焦还原NO进行研究,采用Raman、FT-IR、XPS等分析方法探究了半焦脱硝影响因素与其表面碳氧官能团的关系。结果表明：热解制焦温度、烟气中氧气浓度以及负载金属对脱硝效果的影响都与半焦表面碳氧官能团有关,降低热解温度、增大氧气浓度、负载金属均有利于增加C—O官能团。采用XPS表征对金属负载半焦表面的碳氧官能团进行分析,发现热力学相对稳定的C—O官能团含量与脱硝指标之间存在明显的线性关系(R²>0.96)。研究进一步揭示了热力学稳定的C—O官能团在半焦脱硝过程的重要地位。     

Simultaneous desulfurization and denitrification of flue gas by pre-ozonation combined with ammonia absorption

A process of simultaneous desulfurization and denitrification of flue gas was conducted in this study. The flue gas containing 200 mg·m^-3 NO, 1000-4000 mg·m^-3 SO₂, 3%-9% O₂, and 10%-20% CO₂ was first oxidized by O₃ and then absorbed by ammonia in a bubbling reactor. Increasing the ammonia concentration or the SO₂ content in flue gas can promote the absorption of NO_X and extend the effective absorption time. On the contrary, both increasing the absorbent temperature or the O₂ content shorten the effective absorption time of NO_X. The change of solution pH had substantial influence on NO_X absorption. In the presence of CO₂, the NO_X removal efficiency reached 89.2% when the absorbent temperature was raised to 60 °C, and the effective absorption time can be maintained for 8 h, which attribute to the buffering effect in the absorbent. Besides, both the addition of Na₂S₂O₃ and urea can promote the NO_X removal efficiency when the absorbent temperature is 25 °C, and the addition of Na₂S₂O₃ had achieved better results. The advantage of adding Na₂S₂O₃ became less evident at higher absorbent temperature and coexistence of CO₂. In all experiments, SO₂ removal efficiency was always above 99%, and it was basically not affected by the above factors.     

城市污泥流化床燃烧过程中气态污染物排放特性

在6kW_th鼓泡流化床实验台上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了烟气再循环气氛和空气气氛下燃烧温度、过量氧气系数、二次风比率对气态污染物排放特性的影响。研究结果表明：燃烧温度升高,NO排放浓度明显升高,SO₂排放浓度亦呈上升趋势;过量氧气系数提高,NO排放浓度呈显著上升趋势,SO₂排放浓度则呈下降趋势;增大二次风比率,NO排放浓度呈现先降低后升高的趋势,但总体减排效果并不明显,SO₂排放浓度出现少量增长;烟气再循环工况下,NO排放浓度随燃烧温度和过量氧气系数变化的趋势与空气气氛燃烧时一致;烟气再循环率从0增加至1,NO排放浓度明显下降;烟气再循环率达到较高值后,NO排放浓度随之提高而降低的趋势减弱;烟气再循环率逐渐升高过程的前期,烟气中CO浓度出现显著升高;再循环率超过0.3后,CO浓度在一定范围内波动,不再升高。     

乙醇胺对介质阻挡耦合电晕放电同时脱除NO、SO2的影响

采用自行设计的介质阻挡耦合电晕放电等离子体反应装置进行了模拟烟气同时脱硫脱硝的研究,分别考察乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂,MEA）在不同模拟烟气体系中对NO、SO₂脱除的影响,深入探讨了MEA在放电过程中与NO的作用机理。结果表明：在N₂/O₂/SO₂/NO体系中,0.56% MEA的加入可以显著消除O₂对NO脱除的抑制作用;在N₂/CO₂/SO₂/NO体系中,MEA会吸收进入体系中的部分CO₂,以减弱CO₂对NO脱除的抑制;在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中,0.56% MEA的加入既可以有效减弱H₂O的影响,也可以使NO的脱除率达到71.28%,继续将MEA的体积分数增大至1.20%时,可将该体系下NO脱除率提高到81.25%;同时,MEA可以在短时间内高效吸收体系内的SO₂,且几乎不受其他气体成分的影响,SO₂脱除率保持在95%左右。     

O2浓度对污泥燃烧还原性气体产生及还原NO的双重影响

在模拟水泥预分解炉装置上研究污泥燃烧过程中还原性气体的产生及其对NO的还原,并系统研究了O₂浓度（体积分数为0～5%）对还原性气体产生及NO还原的双重影响。TG-FTIR特征分析表明,污泥燃烧产生的还原性气体主要为HCN、NH₃、CO和CH₄。进一步实验研究发现O₂浓度对HCN和NH₃的产生有明显影响,HCN和NH₃在O₂体积分数为3%时产生速率最大。同时,O₂浓度对污泥燃烧还原NO有较大影响。在污泥燃烧温度为900℃,烟气中CO₂体积分数为25%、NO浓度为600mg/m³、SO₂浓度为200mg/m³、O₂体积分数为3%时,NO还原率可达到最大（55.8%）。通过还原性物质（NH₃、CO、CH₄和污泥焦）对NO的还原实验研究进一步发现,NH₃和CO是污泥燃烧过程中NO还原的关键物质,且NH₃对NO的还原随着O₂浓度的增加而增加,而CO对NO的还原受O₂浓度的限制。综合分析表明,O₂浓度对污泥燃烧NO还原的影响主要是由NH₃的产生速率差异、NH₃和CO对NO的还原起主导作用且受O₂浓度影响较大等多种因素综合导致。采用污泥作为还原剂进行NO还原是一种高效的方法,在水泥生产中可通过控制O₂浓度获得较高的NO还原率。