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。

添加剂作用于选择性非催化还原过程的研究进展

阐述了选择性非催化还原工艺的原理和主要影响因素,探讨了各种添加剂作用于SNCR过程的特点。通过分析添加剂对试验结果的影响,以及参照添加剂作用于NO x还原的化学动力学机理,评估了添加剂在拓宽反应温度窗口、降低最佳还原温度、提高温度窗口内的脱硝效率、减少氨泄漏以及抑制二次污染物(N2O、NO2及CO)排放等方面的作用。分析了SNCR过程中添加剂的作用规律,为进一步探索其他新型高效添加剂提供了理论依据,以实现脱硝效率高、经济性好、二次污染物排放少的NO x控制手段。

煤粉工业锅炉的选择性非催化还原脱硝性能试验改进

采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝须克服脱硝效率偏低和氨逃逸严重等现象,对其进行试验改进可提升多种类型锅炉的脱硝性能。基于煤粉工业锅炉SNCR试验系统,通过试验测量2种炉膛结构、不同容量的煤粉工业锅炉炉膛温度分布,从喷枪支数、温度和SNCR等方面阐述对脱硝性能的影响,对4个供热站的15台锅炉进行SNCR优化改造,增加喷枪开孔和电磁流量计并改造SNCR系统管路,进而对SNCR优化改造效果进行评估,从而研究单喷枪和多喷枪组合对选择性非催化还原(SNCR)脱硝性能的影响。结果发现:喷枪组合的脱硝效率一般优于单喷枪,主要取决于炉膛内温度分布,即需获得最佳脱硝反应温度和氨氮物质的量比及找到锅炉SNCR的最佳喷枪位置;当炉膛截面平均温度为800~900℃、氨氮比为1.5~2.0时,SNCR可达到较好的脱硝效率且氨逃逸较低;对供热站改造前后的脱硝反应剂用量进行分析,发现改造后的尿素用量比未改造前总体降低23.2%,液氧用量总体降低75.3%,即改造后的尿素用量和液氧用量均显著降低,说明供热站SNCR改造能够大幅降低煤粉锅炉的运行成本。

选择性非催化还原脱硝性能的实验模拟分析

选择性非催化还原(SNCR)脱硝是利用还原剂NH_(3)将烟气中NO还原为N2的NOx净化技术,对SNCR脱硝性能进行实验模拟研究。考察温度、初始NH_(3)和NO摩尔浓度比值(NSR)和O_(2)含量等影响因素对脱硝效率的影响。结果表明:在950~1100℃的温度范围内,SNCR可以取得50%以上的脱硝效率;脱硝效率随氧含量增加逐渐下降;随着初始NH_(3)和NO摩尔浓度比值(NSR)增加,脱硝效率先增加后趋于平缓,最佳NSR为1.5。综合考虑经济、环保及脱硝效率等因素,选取温度为950~1100℃、NSR为1.5、O_(2)含量为4.4%的条件时,能取得满意的脱硝效果。

添加剂协同选择性非催化还原NO的过程研究

在多功能脱硝实验台上研究了不同条件下加入钠盐、含氧有机化合物以及天然气3类添加剂，对选择性非催化还原（SNCR）NO过程的影响．结果表明：碳酸钠随氨水、尿素喷入炉膛，提高了全部实验温度下SNCR的脱硝率，喷入炉膛的碳酸钠最佳质量浓度为950mg／m^3；900℃时，实验选用的5种钠物质均能一定程度提高SNCR的脱硝效率，其促进能力以乙酸钠、甲酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠的顺序降低；800-900℃时，乙醇、丙三醇、乙酸甲酯均明显提高了SNCR的脱硝率，但在1000℃时又不同程度降低了NO最高还原率；加入天然气改变了SNCR脱硝反应的温度特性，拓宽了反应温度窗口，并且几乎没有影响最佳脱硝效率，通入的天然气量越大脱硝率越高，但考虑到天然气的燃尽，建议天然气／NO物质的量比取1．0．

混合过程对选择性非催化还原反应的影响

分别采用柱塞流反应器模型和Zwietering反应器模型对携带流反应器上完成的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)反应进行反应动力学模拟。模拟与实验结果比较表明:Zwietering反应器模型可以较好地描述携带流反应器中心射流和环形射流的混合过程;温度低于900℃时,化学反应速率较低,SNCR反应主要受反应动力学因素控制,混合过程对SNCR反应影响较小;温度高于950℃时,化学反应速率增加,混合过程对SNCR反应的制约明显;混合特征时间的增加,高于950℃时SNCR反应脱硝效率降低,SNCR反应温度窗口变窄。

固体高分子脱硝剂选择性非催化还原NO_(x)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O_(2)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CO_(2)形式析出,N和C元素生成NH、CH_(2)和CN等自由基,CH_(2)和CN则通过与O_(2)、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。

采用选择性非催化还原脱硝技术的600MW超超临界锅炉炉内过程的数值模拟

借助Fluent软件平台,对1台600 MW煤粉炉建立了数学模型,模拟了炉内流动、传热及燃烧过程.计算获得的炉膛出口平均烟温和烟气组分浓度与设计值符合良好,表明计算是合理的.采用三菱现代燃烧技术(MACT)燃烧技术和PM燃烧器使得NOx生成量较少,且一部分生成的NOx被还原,炉膛出口NOx浓度较低,为216 mg/kg,但可满足选择性非催化还原技术对初始NOx浓度的要求.根据选择性非催化还原反应的"温度窗"条件,适合进行选择性非催化还原脱硝反应的炉膛空间在标高为67m附近的区域,该区域内NOx总的分布规律是炉膛中心浓度低,壁面附近高,有利于采用还原剂从壁面喷射的方案.

携带流反应器上混合过程对添加H_2的选择性非催化还原影响研究

采用柱塞流反应器(plug flow reactor,PFR)模型和Zwietering反应器模型对携带流反应器(entrained flow reactor,EFR)上添加H2的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)反应进行反应动力学计算分析。实验和计算结果表明:采用Miller98机制和Zwietering反应器模型可以较好地描述混合过程对添加H2的SNCR脱硝过程的影响。反应温度低于725℃时,化学反应速率低,反应主要受化学反应速率的控制,混合过程对NO还原反应影响很小。而温度高于725℃时,混合过程对NO还原的影响明显。反应产率分析表明,混合过程对添加H2的SNCR过程影响,主要以反应NH3+H=NH2+H2的途径使NH2活性基团减少,降低了脱硝效率。

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350mg／m^3（标准状态，6％O2，干烟气）；而当结合了SNCR运行时，NOx则达到了200mg／m^3以下，同时尾部氨泄漏小于7．6mg／m^2。低负荷情况下脱硝率较高，对于51％负荷（φNH3）／φNO）等于1．0），NOx降至160mg/m^3，而此时的尾部氨泄漏只有1．14mg/m^3。此外，根据负荷及φ（NH3）／φ（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。

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（selectivenon—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927-1110℃，最佳反应温度约1000℃，停留时间约为1．2S，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。

CO含量对烟气选择性非催化还原反应的影响

分别以氨水和尿素溶液作为还原剂,在管式反应器上详细研究了CO含量对烟气SNCR(选择性非催化还原)脱硝性能的影响。结果表明,CO含量增加导致:(1)SNCR脱硝温度窗口和最佳脱硝温度向低温方向移动,同时脱硝温度窗口宽度变窄、最大脱硝效率降低,尤其是以氨水作为还原剂时更为突出;(2)N2O排放的峰值升高;当以尿素溶液作还原剂时,N2O排放温度窗口主要向低温方向扩展;当以氨水作还原剂时,N2O排放温度窗口向低温和高温两个方向扩展;(3)NH3及HNCO残留量曲线向低温方向移动。维持相同的(CO)/(urea),氨氮比增加将导致最佳脱硝温度略微降低。氨氮比或氧含量的变化对NOx、N2O、NH3及HNCO的排放趋势没有影响。

410t/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410t/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。

碳酸氢铵选择性非催化还原烟气中的氮氧化物

总结了国外选择性非催化还原技术的应用情况,在一台小型沉降炉上进行碳酸氢铵溶液喷射、还原模拟烟气中氮氧化物的实验研究．研究表明:碳酸氢铵溶液在合适的反应温度(750-950℃)下,氨氮比为1-2,即可取得50％-80％的NOx还原;氨氮比为2．3时,NOx还原率高达87％．使用碳酸氢铵烟气脱硝技术,效果较好,二次污染物N2O的生成少,且经济安全．

添加H_2对选择性非催化还原影响的实验与模拟研究

在一管式石英反应器上采用实验结合模拟的方式详细研究添加H2对选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)过程中NOx、N2O、NH3排放以及N2转化率的影响,实验采用氨水作为还原介质。随着H2添加量的增加,实验与模拟结果均表明:脱硝温度窗口、最佳脱硝温度持续向低温方向移动,最佳脱硝效率有所降低,而脱硝温度窗口宽度则呈现出先增大后减小的趋势;N2O生成峰值逐渐升高,其生成的温度窗口主要向低温侧扩展,同时,NH3泄漏曲线也向低温方向偏移;扣除N2O影响的N2转化率最大值将低于对应的最佳脱硝效率,但达到最大N2转化率时的温度将比相应的最佳脱硝温度要略高。通过CHEMKIN软件对添加H2后的脱硝反应机制进行了分析,认为反应H2+OH=H+H2O的加强是引起脱硝特性改变的起始原因;H的大量存在间接促使了NO2作为中间产物的生成,而NO2对于脱硝效率的提高以及N2O排放的控制都是不利的。

烟气组分和添加剂对选择性非催化还原脱硝特性的影响

利用携带流脱硝试验装置，研究了反应温度（Tr）、烟气组分（O2、CO、水蒸气）、飞灰以及碱金属添加剂等对选择性非催化还原（selective non-catalytic reduction，SNCR）脱硝效果的影响，探讨了NO还原机理。结果表明：随着反应温度的升高，SNCR脱硝效率呈现先增加后降低的趋势。随着烟气中氧含量的增加，SNCR脱硝效率呈现先快速增加后逐渐降低的趋势，当氧含量为2%时，脱硝效率取得最大值84.6%。烟气中CO存在对SNCR脱硝具有一定的抑制作用。随着烟气中水蒸气含量（0～15%）的增加，脱硝效率呈现先增加后减少并逐渐趋于稳定的趋势，4%水蒸气条件下 SNCR脱硝效率达到最大值，约为73.5%。碱金属（钠、钾）添加剂对SNCR脱硝具有显著的促进作用，燃煤飞灰对SNCR脱硝效率则具有一定的抑制作用，添加125μmol/mol Na2CO3的SNCR脱硝效率可达84.9%，在水蒸气、CO、Na2CO3和飞灰的耦合作用下，仍可获得72.1%的脱硝效率。

选择性非催化脱硝还原中NH_3漏失因素的试验研究(英文)

在选择性非催化还原过程中试试验中,研究不同因素对氨漏失含量的影响。选择性非催化还原过程试验研究是在燃烧试验装置上进行的,在尾部烟道抽取烟气采用化学滴定法测量烟气中的NH3漏失含量。试验结果表明:温度越高,漏失氨含量越低;随氨氮物质的量比的增加,NH3漏失含量不断增加;还原剂质量浓度越低,NH3漏失含量越低;NO初始浓度和停留时间对漏失氨浓度也有影响,NO初始浓度越高NH3漏失浓度越高,停留时间越长漏失氨浓度越低;不同还原剂NH3漏失浓度不同,尿素、碳酸氨、氨水3种还原剂中,尿素的NH3漏失浓度最高,氨水的NH3漏失浓度最低。

电站锅炉选择性非催化还原脱硝实验研究——还原区温度、尿素溶液喷射体积流量的影响

对一台HG410／9．8-YW15型煤粉锅炉，在常规煤粉再燃技术改造的基础上进一步结合了使用尿素溶液喷射的选择性非催化还原（SNcR）技术．实验主要在280、345、410t／h 3个负荷下进行．实验结果表明，各个负荷下，SNCR技术可以将NOx排放降至低于200mg／m^3（标准状态、6％O2体积分数、干态），达到40％～60％的脱硝效率．应选择950℃左右的喷射层进行喷射为宜，温度过高或过低均会导致脱硝效率的降低，过低的温度还会使得尾部NH3排放大量增加．通过增加层喷射体积流量可以提高脱硝效率，在实验范围内得到的层最佳喷射体积流量为1．0～1．6m^3／h．同时，增加层喷射体积流量对NH3及N2O的减排也是有益的，而喷人的水量会对锅炉效率造成约0．5％的损失．

选择性非催化还原脱除氮氧化物的影响因素分析

进行以NH3作为还原剂的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)转化氮氧化物(NOx)的试验研究。考察SNCR转化NOx的各影响因素:温度,初始NH3和初始NOx摩尔浓度的比值η,NOx体积浓度,O2体积浓度,停留时间等对NOx转化率的影响。结果表明在900～1050℃的温度范围内,SNCR可以得到较高的NOx转化率。并且在该温度范围内,η值由0.8变化到1.6时,NOx转化率显著增加。通过对试验数据进行数理分析,对SNCR转化NOx各因素的影响进行了定量研究,得出NOx转化速率与各因素的关系方程。同时考察了H2O2作为添加剂对SNCR的影响,发现H2O2作为添加剂能够降低SNCR对反应温度的要求,对NH3的逃逸有抑制作用,并从机理上给予了解释。

CO对选择性非催化还原脱硝工艺影响的试验研究和模拟

在自行设计的选择性非催化还原(SNCR)脱硝试验台上,通过在还原剂中添加CO,研究了CO对SNCR脱硝工艺的影响,并利用Chemkin 4.1软件对试验工况进行了模拟.结果表明:改进型TB系列喷嘴采用中心逆喷方式可大大增强还原气体与主烟气的混合效果,明显优于工业上常用的侧喷方式,且不存在还原剂的催化分解问题;添加CO可使SNCR工艺的反应温度窗口降低并变宽;在低于875℃的条件下,添加CO有助于提高NOx的脱除效率,随着CO添加量的增加,既定温度下NOx的脱除效率先提高后降低,且随着温度的降低,达到NOx的最大脱除效率所需的CO添加量增大;添加CO可大大减少氨的泄漏量.通过对反应机理中的部分反应进行修正,使得模拟结果与试验结果基本一致.