SCR催化剂表面NH3和NO吸附实验与机理研究

选择性催化还原(SCR)技术被广泛应用于大型燃煤机组烟气氮氧化物脱除中,脱硝效率达到90%以上。烟气温度下降会导致SCR系统的催化剂受损,在停机之前会停止向SCR系统喷氨,导致此期间的NO_x排放超标。采集并计算了某电厂停炉过程中排放NO的数据,实验发现NO排放量在此过程中仍会有不同幅度的降低。运用密度泛函理论(DFT)基于V_2O_5团簇模型研究了NO和NH_3在催化剂不同吸附位上的吸附机理。研究结果表明:NO不会稳定吸附在催化剂的表面;NH_3既能吸附在钒基表面的Lewis酸性位,又可吸附在Br?nsted酸性位,而且更稳定。由此可知,停机后由于吸附在催化剂表面的NH_3与烟气中的NO反应,使得出口处的NO量降低。     

商业SCR催化剂在蓄热式换热条件下脱硝性能的数值模拟

为了进一步减少HiTAC(高温空气燃烧)过程中产生的氮氧化物NOx,将蜂窝状SCR(选择性催化还原)催化剂植入HiTAC系统的蓄热室中,建立了关于蓄热式换热及NO催化还原的一维数学模型,其中反应物吸附及反应过程依从Eley-Rideal机理,对催化剂在非稳态下脱硝性能进行了数值模拟研究。结果表明:反应速率常数与停留时间对应值——速度的倒数的变化幅度均随换向时间延长而增大;气体速度随空速呈完全线性变化;出口NO浓度呈周期性变化;NO转化率随换向时间的延长而增大,随空速的增大而减小。     

我国电站锅炉SCR脱硝系统服役过程中的运行规律

对我国典型电厂SCR脱硝系统烟气温度、流速分布、烟气体积分数、脱硝效率和氨逃逸率等主要性能参数进行了现场试验研究.结果表明:反应器出口NO体积分数和入口流速分布不均匀;入口流速相对偏差与出口NO体积分数相对偏差呈明显正相关;流场分布不均和催化剂老化是影响我国电站锅炉SCR脱硝系统性能的关键问题.     

一种火电厂SCR系统的级联型机理仿真模型

针对火电厂SCR系统仿真模型的建模难点,提出了一种基于级联结构的SCR系统仿真建模方法,设计了基于粒子群算法的SCR系统仿真模型参数辨识方法,用于辨识气体吸附与解吸附、NO消耗速率和NH_3氧化速率等相关动力学方程的参数,可以兼顾SCR出口NO_x质量浓度和氨逃逸量2个关键目标,并通过某600 MW超临界机组SCR系统的建模算例对所提方法的有效性进行验证。结果表明:此方法有效解决了仿真模型与仿真步长的匹配问题,可为喷氨系统控制器全面优化设计研究提供支撑。     

柴油机尿素SCR后处理系统排放特性试验研究

影响尿素SCR后处理系统性能的因素很多,如喷嘴形式、喷射位置、辅助空气、催化剂性能等.通过发动机台架试验,对影响尿素SCR性能的因素进行了研究.结论如下:喷嘴形式和喷射方向对尿素的雾化和空间分布有很大影响;喷嘴距离催化剂越远转化效率越高;本系统采用0.2 MPa的辅助空气压力较为理想;NOx的转化效率随着催化剂温度的升高而提高;催化剂温度越低其储氨能力越强;SCR催化剂对NO与NO2的比例、HC和CO的浓度有影响.     

省煤器分级在提升700MW燃煤机组SCR脱硝系统投运率的应用研究与实践

通过实施省煤器分级改造来提高700 MW燃煤机组低负荷段SCR脱硝系统投运率的工程案例进行了研究分析。结果表明:改造后各负荷段(250 MW^700 MW)SCR入口烟气温度得到不同程度提高,且均满足SCR脱硝催化剂连续喷氨的参数要求,NO x排放浓度普遍降低,特别是低负荷段尤为明显,完全符合当前国家及地方环保要求;同时,锅炉排烟温度进一步降低,额定工况下锅炉效率略有提升,有效保证了机组的安全、经济、稳定运行。此外,改造后该机组每年可为电厂减亏1924万元。实践证明:该项技术改造方案取得了较好的工程效果,为国内采用SCR脱硝系统的燃煤机组有效解决低负荷段NO x的排放难题提供了可靠的技术参考。     

350MW等级超临界机组氨区扩容改造方案探讨

近十年,国内对电站锅炉燃煤污染物的控制进行了大量工作,为了脱除烟气中的NO,,在工业生产中作为N0*重要排放源的燃煤电站锅炉均配备了SCR脱硝装置。由于还原剂制备系统是SCR脱硝装置的重要组成部分,因此本文针对液氨还原剂将重点介绍其制备系统如何增容与扩建。     

SCR催化器热失活数值仿真

分析SCR催化器的老化形式,从催化剂颗粒直径和反应速率变化的角度对催化剂热失活特性进行研究.基于反应动力学模型,考虑SCR催化剂相对活性的降低,建立了SCR催化器热失活动力学模型.采用Fluent耦合CHEMKIN的技术路线,结合SCR催化器快速老化试验循环进行100,h的热失活模拟,建立SCR催化器二维流动模型,模拟载体入口处的温度变化,并以载体不同径向处的温度为单孔道的初始条件计算催化剂的平均粒径和相对活性变化.热失活前后催化剂的性能指标变化情况表明:NO转化效率随老化时间降低,起燃特性随老化过程明显恶化.     

柴油机钒基与沸石基SCR催化剂对比试验研究

在柴油机台架上比较了钒基、Cu沸石、Fe沸石选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂的稳态转化效率、动态反应特性、副反应产物等性能,试验中SCR喷射系统、催化剂规格和封装形式保持一致。试验结果表明:Cu沸石SCR低温转化效率高于钒基SCR和Fe沸石SCR;前置柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)能够显著提高钒基SCR和Fe沸石SCR催化剂低温转化效率;NO2/NOx摩尔比超过50%时,钒基SCR催化剂的转化效率下降,沸石SCR催化剂的转化效率不受影响;钒基SCR催化剂比沸石SCR催化剂的饱和氨存储量低,动态响应速率也较快,在低温段Cu沸石比Fe沸石SCR催化剂吸附氨气的能力更强;SCR反应中,Cu沸石SCR催化剂比钒基和Fe沸石SCR催化剂更容易生成N2O,当有前置DOC时Cu沸石SCR催化剂的N2O生成量进一步提高。     

基于流场不均匀度对SCR效率影响的探究

利用Fluent数值模拟软件对某600 MW燃煤电站锅炉的SCR(选择性催化还原法)脱硝系统进行数值模拟,研究了不同工况下SCR管道内部的流场和浓度场变化情况。引入相对标准偏差系数来衡量第一层催化剂入口处烟气浓度、速度以及温度的不均匀度,并重点分析了不均匀度随工况的变化趋势。研究表明:低负荷下烟气中的NO、NH_3浓度的不均匀度以及烟气温度的不均匀度高于其他工况,在50THA、75THA、THA、BRL、BMCR负荷下NO浓度、NH_3浓度和烟气温度的不均匀度逐渐降低。在50THA和BMCR负荷下,NO浓度不均匀度分别为0.399 131 436%、0.271 308 784%;NH_3浓度的不均匀度分别为11.431 272 594%、11.294 855 634%;烟气温度的不均匀度分别为0.081 935 553%、0.079 103 890%,NO和NH_3浓度变化趋势的吻合程度会下降。其原因是:低负荷下流场不均匀度升高导致SCR脱硝效率降低,可以通过有针对性地优化锅炉运行、SCR脱硝系统的设计等来减缓催化剂的失活速率。     

一氧化碳作用下铁对一氧化氮的催化还原实验与动力学过程分析

实验和分析了Fe在Co作用下对NO的催化还原过程，在1123K时，在CO作用下，NO的转化率为70％，Fe,NO和CO系统中，反应后的表面呈现出多孔的特点，分析认为，在高温条件与NO在铁氧化物上的吸附能力比CO强而使反应表面存在铁氧化物；基于反应过程中反应界面由Fe,NO或铁氧化物，CO中反应速率慢的决定等假设，初步建立了上述反应的物理与数学模型。     

甲烷/丙烷在氧化铁表面还原NO的红外原位研究*

利用漫反射红外傅里叶变换光谱仪(DRIFTS)对甲烷/丙烷在氧化铁表面还原NO的反应进行了原位研究,分析了不同气体在氧化铁表面的吸附特点以及在有O_2条件下甲烷/丙烷还原NO的中间产物生成特性。结果表明,氧化铁对NO有着较好的吸附能力,NO能够以不同桥式硝酸盐与硝基的形式吸附于氧化铁表面。这些吸附物种热稳定性各不相同,并且可能会被氧化铁中的晶格氧氧化产生新的吸附物种,对进一步与还原剂发生选择性催化反应有着重要的作用。甲烷与丙烷在氧化铁表面还原NO的微观反应机理通过一系列路径完成。还原剂吸附于氧化铁表面,与由NO吸附形成的含氮吸附物种相互反应,形成一系列碳氢中间产物,通过进一步反应还原NO;在氧气存在的情况下,O_2会参与碳氢还原剂与含氮吸附物种的竞争反应,并形成R—COO-、CH3COO-等更多活性中间物种,这些活性中间物种通过与NO不断的反应最终还原NO为N2。     

二氧化氮消除柴油机排气中炭烟过程基础研究

用热重法对柴油机排气中的炭烟与NO2的反应性能进行了研究，考察了反应温度和NO2浓度对消炭速率的影响，并根据实验数据在NO2气氛下对炭烟的消炭速率进行了反应动力学处理，得到了可用以计算炭烟消炭速率的动力议程与有关的参数。与在氧气气氛下炭烟消炭速率的比较可见，NO2的消炭速率远大于O2。     

煤焦异相还原NO的实验研究

在U形石英管固定床反应器中实验研究了乌达煤焦对NO的异相还原作用。乌达煤焦在程序升温和快速升温条件下还原NO的实验结果表明,反应温度超过700°C时,NO的还原率开始迅速上升,在实验范围内,温度维持在800°C～1000°C之间,NO的还原率较高。反应区的初始氧气浓度越高,NO的还原率越低,表明煤焦与氧气的反应和煤焦还原NO的反应之间存在着较强的竞争作用。制焦温度越高、煤焦粒径越粗,NO的还原率越低,表明制焦条件对煤焦还原NO的反应性有较大影响。     

用活性碳纤维净化发动机排气中NOx的试验研究

由于反应速度缓慢，通过单纯化学反应的方法降低ＮＯｘ是比较困难的，在本研究中，一种新型的活性碳纤维（ＡＣＦ）作为吸附材料用于降低ＮＯｘ。试验结果表明，ＡＣＦ具有较好的吸附净化效果，而且其消耗也极其缓慢。     

催化剂对贫煤焦还原NO动力学参数的影响

通过对中国一种贫煤焦还原N0的实验，确定不同条件下该反应的动力学参数及催化剂对这些参数的影响。结果表明，在贫氧条件下(a＜1)，催化剂对贫煤焦还原N0具有重要的催化作用，可降低贫煤焦与N0还原反应的活化能，增大频率因子，从而提高反应速率和N0的还原率。     

高水分煤在流化床中燃烧时NO_x的排放特性

通过数值计算,研究了高水分煤在流化床中燃烧时ＮＯ的排放特性及其形成的主要影响因素。结果表明煤中的水分,床内的ＣＯ浓度和空－燃比等都对于ＮＯ转换率有较大影响。     

含氧基团在活性碳纤维表面的存在及对NO的还原

利用程序升温还原（TPR）、程序升温脱附（TPD）等试验方法，证明了未改性、硝酸基、铜基的活性碳纤维（ACF）上存在含氧基团。在微型反应器中对这些ACF与NO的反应产物进行了定量测定，发现NO脱除与ACF含氧量和表面含氧基团存在及分布有关。还考察了CO的存在对该反应的影响。     

Hydrogen addition effect on NO formation in methane/air lean-premixed flames at elevated pressure

The present study investigates freely propagating methane/hydrogen lean-premixed laminar flames at elevated pressures to understand the hydrogen addition effect of natural gas on the NO formation under the conditions of industrial gas turbine combustors. The detailed chemical kinetic model which was used in the previous study on the NO formation in high pressure methane/air premixed flames was adopted for the present study to analyze NO formation of methane/hydrogen premixed flames. The present mechanism shows good agreement with experimental data for methane/hydrogen mixtures, including ignition delay times, laminar burning velocities, and NO concentration in premixed flames. Hydrogen addition to methane/air mixtures with maintaining methane content leads to the increase of NO concentration in laminar premixed flames due to the higher flame temperature. Methane/hydrogen/argon/air premixed flames are simulated to avoid the flame temperature effect on NO formation over a pressure range of 1–20atm and equivalence ratio of 0.55. Kinetic analyses shows that the N₂O mechanism is important on NO formation for lean flames between the reaction zone and postflame region, and thermal NO is dominant in the postflame zone. The hydrogen addition leads to the increase of NO formation from prompt NO and NNH mechanisms, while NO formation from thermal and N₂O mechanisms are decreased. Additionally, the NO formation in the postflame zone has positive pressure dependencies for thermal NO with an exponent of 0.5. Sensitivity analysis results identify that the initiation reaction step for the thermal NO and the N₂O mechanism related reactions are sensitive to NO formation near the reaction zone.     

Numerical study on flame structure and NO formation in CH4–O2–N2 counterflow diffusion flame diluted with H2O

Numerical study on flame structure and NO emission behaviour has been conducted to grasp chemical effects of added H₂O on either fuel‐ or oxidizer‐side in CH₄–O₂–N₂ counterflow diffusion flames. An artificial species, which has the same thermodynamic, transport, and radiation properties of added H₂O, is introduced to feasibly isolate the chemical effects. Special concern is focused on the important role of remarkably produced OH radicals due to chemical effects of added H₂O on flame structure and NO emission. The reason why the difference of behaviours between the principal chain branching reaction rate and flame temperature appear is attributed to the drastic change of reaction step (R120) from the production to the consumption of OH. It is also, however, seen that the most important contribution of produced OH due to chemical effects of added H₂O is through reaction step (R127). The importantly contributing reaction steps to NO production are also examined. The production rates of thermal NO and prompt NO are suppressed by chemical effects of added H₂O. The contribution of the reaction steps related to HNO intermediate species to the production of prompt NO is also stressed. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.