选择性非催化还原反应的实验研究与机理分析

在一管式石英反应器上研究了温度、氨氮比R、NOx初始体积浓度等反应参数对氨水选择性非催化还原(SNCR)反应的影响并采用CHEMKTN软件进行了机理分析.结果表明:①最佳脱硝温度约在920～950℃左右,N20排放则在低于最佳脱硝溢度时达到最大值,升高温度可以降低尾部的NH3泄漏:②增加氨氮比可以提高脱硝效率但会增加尾...     

某电厂125MW机组选择性非催化还原脱硝试验探讨

某电厂使用不同质量分数的尿素作为脱硝剂,进行选择性非催化还原（selective non—catalytic reduction,SNCR）脱硝试验。介绍了SNCR脱硝装置的主要组成部分及试验方法,并对试验结果进行对比分析,认为在保证脱硝率的同时,应尽量减小氨逃逸率,以满足环保要求。     

携带流反应器上混合过程对添加H2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(entrined 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.     

选择性非催化还原脱硝技术的应用

为满足国家对发电企业环保综合治理的要求,广州瑞明电力股份有限公司在采用低NOx燃烧技术的同时,应用选择性非催化还原（selective non—catalytic reduction,SNCR）脱硝技术对2台420t／h锅炉进行炉内脱硝改造。为此,介绍了SNCR脱硝技术的机理和组成,并对SNCR脱硝系统的投入对锅炉运行的影响进行了实际的探索。运行结果和性能验收试验表明,投入SNCR脱硝系统后,脱硝率大于30％,氨逃逸量不大于3．0×10^-6,年减排氮氧化物约500t。     

选择性催化还原烟气脱硝控制系统的分析

以某电厂600MW超临界单元机组烟气脱硝控制系统为例,从控制角度分析其控制系统的组成机理。     

选择非催化还原过程中的N2O生成与排放

以煤粉燃烧锅炉为代表的高温燃烧一般不是主要的N2O生成源，但在应用选择非催化还原(SNCR)技术控制NO时，会生成一定的N2O。采用化学动力学计算和试验方法研究N2O排放浓度与SNCR技术使用还原剂类型、还原剂用量、反应温度、混合条件和反应时间之间的规律。试验和计算结果表明当反应时间足够时，反应温度越高、还原剂用量越少，N2O排放浓度越低。在SNCR反应过程中，N2O浓度呈先增后减的变化趋势。氨-SNCR试验结果表明N2O排放浓度在0-7μmol／mol之间。尿素-SNCR中约有8．7％的NO转化为N2O，排放为27．8μmol／mol，可能引起N2O排放问题。     

选择性非催化还原脱硝技术的应用

对现役国产300MW燃煤机组SG-1025/16.7-M313UP型锅炉进行选择性非催化还原(selective noncatalytic reduction,SNCR)脱硝系统改造:通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟及现场锅炉温度场测试,确定喷枪布置位置和数量;采用全伸缩式长喷枪布置,提高尿素溶液覆盖面积,从而提高脱硝率;利用喷枪的不同组合,适应锅炉负荷的变化,保证还原剂的最佳反应温度窗口。改造后NOx的排放质量浓度由360mg/m3降至为210mg/m3,脱硝效率达到41.6%,锅炉运行正常。     

选择性催化还原蜂窝状催化剂工业试验研究

以工业级药品为主要成分,制备选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）蜂窝状催化剂,利用工业试验台对其活性进行测试,取得了催化剂在真实烟气情况下,不同空速、催化剂用量、温度、氨氮比、NO2初始浓度等因素对催化剂活性的作用效果。文中真实烟气环境下SCR脱硝系统运行存在最佳工况范围：SCR反应塔入口温度360～390℃,出口温度330～360℃,氨氮比为0．85～1,空速在4000-6000h-1。此工况下,催化剂脱硝效率可以达到84％。催化剂的75％活性温度窗口为320-400℃,且峰值在380℃处取得。催化剂的脱硝效率随氨氮比变化明显,当氨氮比达到0．9时,催化剂脱硝效率超过80％。催化剂对NO2浓度适应性较好,NO2初始浓度在615～3485mg．m-1范围内,催化剂的脱硝效率始终保持在70％以上。     

NH3选择性非催化还原NO的化学动力学计算及分析

采用基元反应动力学模型,借助CHEMKIN软件对NH3选择性非催化还原NO的过程进行了计算分析,考察了不同反应条件(温度、NH3/NO、停留时间、O2浓度、初始NO浓度)对NO脱除效率的影响,有助于认识SNCR过程的化学反应规律。     

选择性催化还原烟气脱硝技术进展及工程应用

对目前广泛应用及正在研究的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术及催化剂进行了综述。详细分析了影响SCR过程的诸因素，如反应温度、烟气在反应器内的空间速度、烟气流型及与氨的湍流混合，以及催化剂钝化等，并提出了预防措施。指出目前SCR虽然技术成熟，脱硝效率高，但其投资和运行费用亦很高，成为限制SCR发展应用的主要原因。介绍了可使SCR整体成本降低的低温SCR技术的进展和研究目标。     

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350 mg/m3(标准状态,6%O2,干烟气);而当结合了SNCR运行时,NOx则达到了200 mg/m3以下,同时尾部氨泄漏小于7.6 mg/m3。低负荷情况下脱硝率较高,对于51%负荷(j(NH3)/j(NO)等于1.0),NOx降至160 mg/m3,而此时的尾部氨泄漏只有1.14 mg/m3。此外,根据负荷及j(NH3)/j (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。     

三聚氰酸选择性非催化还原脱硝特性的实验研究

采用立式管式炉实验系统研究了三聚氰酸选择性非催化还原脱硝特性,探索了温度、O2浓度、停留时间、三聚氰酸与NO摩尔比、NO初始浓度等反应参数以及CO和H2O对三聚氰酸脱硝特性的影响。实验得出适宜的脱硝反应参数:反应温度约为950℃,温度窗口为876~1150℃,停留时间为1.1~1.2 s,摩尔比为0.5,O2浓度为2%~3%。较高的NO初始浓度可以获得较高的脱硝效率。典型工况参数下,三聚氰酸在900℃时取得最大脱硝效率83.1%,大于900℃后,脱硝效率下降幅度较小,与氨气和尿素选择性非催化还原相比,具有更好的高温脱硝特性。CO和H2O的加入可以提高较低温度时的脱硝效率,拓宽温度窗口,使其向低温方向移动,较适宜的CO浓度约为200μL/L,H2O浓度约为5%。     

不同O2浓度下NH3选择非催化还原NO的实验和模型研究

NO的选择性非催化还原反应是燃烧过程重要的脱硝途径。文中在800~1 200 ℃,初始浓度CNO,ini=200 mmol/mol、CO2,ini=0%~10%、氨氮比CNH3/CNO=1.2的情况下,进行了NH3/NO/O2的均相流反应器的实验和化学动力学模拟研究,着重研究不同氧浓度对NO和N2O浓度变化规律的影响。实验结果表明,在微量氧气杂质(CO2"50 mmol/mol)条件下,脱硝温度更高,而脱硝率达到了95%。化学动力学模型预测的NO和N2O浓度变化规律与实验结果非常吻合：氧浓度的升高使NH3/NO的最佳反应温度下降,同时降低脱硝的效果;N2O生成浓度随着氧浓度的升高而降低,对应N2O最大浓度的温度也降低。微氧工况的N2O最大生成浓度比低氧浓度下更低,而生成温度更高。     

添加剂对选择性非催化还原脱硝及NH3氧化影响的实验研究

为了认识添加剂CO、H2和CH4对选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)脱硝反应以及NH3氧化反应的影响以及添加剂存在的条件下NH3和NO的相互作用,在电加热管式反应炉上进行了实验研究。实验结果表明,无添加剂时SNCR工艺中NH3还原NO的最佳反应温度为925℃,加入CO使最佳温度降低约50℃,加入CH4或者H2使最佳温度降低约100℃。在较低的温度下NH3氧化不生成NO,当反应温度升高,NH3接近被完全消耗时,开始有NO生成。3种添加剂都使NH3发生氧化反应的最低温度降低,并使生成NO的最低温度相应的降低。除了加入H2的工况外,NO能够显著地提高NH3的氧化消耗速率。     

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。     

加入甲烷促进选择性非催化还原反应的机理验证和分析

通过敏感性和反应途径分析,修正了?A机理模型的部分反应参数,并利用实验结果及文献数据进行了验证,进而利用修正后的机理模型对加入CH4的选择性非催化还原(SNCR)反应进行深入分析。分析结果表明修正后的模型可准确模拟加入CH4的SNCR反应。在SNCR反应中加入CH4,其氧化反应使得OH和HO2等基元含量增加,激发了NH3形成NH2,在较低温度下促进了SNCR反应,减少了氨泄漏。CH4与NH3的氧化过程形成竞争,导致较高喷氨量时反应温度窗口向高温拓展。对固定氮总量(nNO+ )和nTFN+nCO的分析表明,加入250 mL/L左右的CH4可起到最佳效果。加入CH4还使SNCR反应速率大大加快,从而缩短了反应时间。相对于常规SNCR反应,在合适的反应温度下,加入CH4不会使N2O、NO2的产量增加,也不会产生明显的CO,nTFN和nTFN+nCO的排放量显著减少。     

加入CH4促进选择性非催化还原的CFD模拟研究

在实验研究和机理分析基础上利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent,结合简化的反应机理模型,对沉降炉脱除NOx实验过程进行了模拟研究。模拟结果表明,在较低反应温度(1 073 K)下,喷入的氨基还原剂基本不与烟气中的NOx反应,形成较高的氨泄漏;而在较高的反应温度(1 373 K)下,喷入的氨基还原剂部分被烟气中的氧气氧化为NOx,导致NOx脱除效率较低。加入微量CH4能够促进较低温度下的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)反应,并减少氨泄露。在较高温度下SNCR反应速率加快,仍有部分NH3被氧化为NOx,但总体NOx脱除效率有所提高。模拟结果与实验结果的对比分析表明,采用简化的反应模型和CFD结合可以对常规SNCR反应和加入CH4的脱除NOx反应过程进行较为准确的模拟。