氣體添加劑對(duì)選擇性非催化還原脫硝反應(yīng)過(guò)程影響的研究.pdf

1、選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)具有成本適中、脫硝效率中等、在老機(jī)組采用相對(duì)容易等特點(diǎn)，在我國(guó)的研究和應(yīng)用處于剛剛起步階段，具有一定的應(yīng)用前景。對(duì)SNCR脫硝性能的一個(gè)嚴(yán)重制約是其脫硝溫度窗口相對(duì)狹窄，本文的研究工作圍繞開(kāi)發(fā)能夠拓寬SNCR脫硝溫度窗的廉價(jià)易得的氣體添加劑展開(kāi)。
　　首先在電加熱的管式流動(dòng)反應(yīng)器試驗(yàn)研究了氣體添加劑CO、CH4和H2對(duì)SNCR反應(yīng)中NO還原的影響以及NH3和添加劑的轉(zhuǎn)化規(guī)律。CO、CH4和H2都

2、能使SNCR脫硝溫度窗向低溫移動(dòng)。綜合考慮最佳溫度降低幅度、溫度窗寬度和脫硝效率等因素，添加劑CH4的性能最好，其主要缺點(diǎn)是會(huì)引起較高的CO排放，在最佳脫硝溫度附近CO排放達(dá)到最高，此時(shí)CH4向CO的轉(zhuǎn)化率在50％以上。
　　在對(duì)單一成分添加劑研究的基礎(chǔ)上，為了給采用煤氣化氣等工業(yè)混合氣做添加劑提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)，本文對(duì)由CO、CH4和H2構(gòu)成的復(fù)合添加劑進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)合添加劑中各組分濃度相差不十分懸殊時(shí)，CO和CH4構(gòu)成的

3、復(fù)合添加劑使SNCR溫度窗改變的效果與單獨(dú)添加其組分CH4的效果比較接近，CO組分所起到的作用相對(duì)較小。H2和CH4構(gòu)成的復(fù)合添加劑的影響與其各組分單獨(dú)作用有比較明顯的差別，說(shuō)明H2和CH4在復(fù)合添加劑中都起到了重要的作用。當(dāng)CO和H2構(gòu)成的復(fù)合添加劑中CO的濃度不多于H2時(shí)，H2對(duì)復(fù)合添加劑的性能起決定性作用。當(dāng)CO的濃度大于H2的濃度時(shí)，CO組分在復(fù)合添加劑中所起的作用趨于明顯和重要。對(duì)CO、CH4和H2構(gòu)成的復(fù)合添加劑，CH4和H

4、2組分起到主導(dǎo)作用，而CO的影響相對(duì)較小。
　　為了分析添加劑影響SNCR的反應(yīng)機(jī)理，并對(duì)此做出預(yù)測(cè)，綜合前人的建模成果及最近的研究進(jìn)展，構(gòu)建了添加劑CO、CH4和H2參與的SNCR基元反應(yīng)機(jī)理，通過(guò)與本文試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照和對(duì)反應(yīng)機(jī)理的分析，參考相關(guān)文獻(xiàn)，針對(duì)機(jī)理中某些基元反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了修正，使之能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。機(jī)理分析表明添加劑CO、CH4和H2主要是通過(guò)自身氧化過(guò)程中形成鏈分支反應(yīng)，促進(jìn)OH等活性基的生成來(lái)

5、影響SNCR反應(yīng)的。由于添加劑氧化形成鏈反應(yīng)的反應(yīng)途徑和反應(yīng)速率不同，造成了它們對(duì)SNCR反應(yīng)的影響有所不同。對(duì)加入復(fù)合添加劑的SNCR脫硝反應(yīng)的作用機(jī)理分析表明添加劑CO、CH4和H2共存時(shí)，添加劑自身的消耗及其影響SNCR脫硝的關(guān)鍵反應(yīng)與各添加劑單獨(dú)作用時(shí)是相同的。組分CO、CH4和H2對(duì)復(fù)合添加劑性能影響有區(qū)別的主要原因是這三者氧化競(jìng)爭(zhēng)OH，并引發(fā)鏈反應(yīng)促進(jìn)OH生成的能力不同。
　　采用本文的基元反應(yīng)機(jī)理和前人提出的混合模型

6、對(duì)添加劑參與的SNCR脫硝反應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用H2做添加劑時(shí)，如果還原氣體（NH3和添加劑H2）與模擬煙氣不能快速混合，最大脫硝效率會(huì)大幅度的下降，這對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出了合理的解釋。
　　本文采用前人提出的兩步總包反應(yīng)和修正反應(yīng)溫度來(lái)體現(xiàn)添加劑影響的方法，通過(guò)對(duì)基元反應(yīng)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，得到了添加劑參與的SNCR脫硝總包反應(yīng)模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。并通過(guò)與基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的比較驗(yàn)證了模型的可靠性。
　　

7、在以上研究的基礎(chǔ)上，采用本文發(fā)展的總包反應(yīng)模型，借助CFD軟件Fluent對(duì)一臺(tái)600MW的電站鍋爐上化學(xué)動(dòng)力學(xué)和流動(dòng)混合等物理過(guò)程共同控制的SNCR脫硝過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，考察了大型鍋爐上采用氣體添加劑改善SNCR脫硝性能的效果。與工業(yè)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及其設(shè)計(jì)值的比較表明計(jì)算模型能夠?qū)Υ笮碗娬惧仩t上SNCR脫硝過(guò)程進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。小型反應(yīng)器上的研究表明添加劑能夠大大加快低溫下SNCR脫硝反應(yīng)速率，進(jìn)而顯著提高脫硝效率并降低NH3漏失。大