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选择性非催化还原与先进再燃技术的实验及机理研究

吕洪坤

  随着我国经济的高速发展,能源与环境问题日益显现。而燃煤电站锅炉是环境中主要的NOx排放源之一,本文希望通过低成本的方式实现对电站锅炉NOx的减排。选择性非催化还原(SNCR)及更进一步的联合再燃/SNCR技术,其投资、运行成本相对SCR低的多,但仍可以获得中等乃至较高的脱硝效率,完全可以满足我国目前的NOx排放标准。 首先,本文通过实验结合CHEMKIN模拟的方式对Thermal DeNOx以及NOxOUT进行了研究,针对NOxOUT还特别进行了尿素热分解的实验研究。实验发现:尿素在600℃热解温度下可以在2s内达到完全分解,温度升高对NH3的生成基本上是有利的;相同条件下,氨水将在相对稍低的最佳脱硝温度下达到比尿素溶液更高的最佳脱硝效率。而采用类似方式针对锅炉内部可燃性烟气组分对SNCR过程影响的研究结果则表明:可燃性烟气组分的增加,使得脱硝效率曲线、N2O转化率曲线、N2转化率曲线、NH3泄漏曲线、HNCO泄漏曲线整体上均持续往低温方向移动。同时本文补充研究了炉内大量存在的水蒸气以及另外添加的碳酸钠对脱硝过程的影响,结果发现:水蒸气量的增加,使得脱硝效率曲线明显往高温方向扩展,脱硝温度窗口将扩大,最佳脱硝温度、最佳脱硝效率都随之而升高。只要添加少量的碳酸钠,即可以使脱硝效率曲线显著往低温方向扩展,最佳脱硝效率得以明显提高;同时大幅提高尿素热分解气中HNCO向NH3的水解率。 然后,本文针对不同煤阶的多种燃煤,通过高温热解的方式研究了对再燃过程具有重要作用的各类小分子挥发份的动态析出过程及所占相对比例问题。在热解研究的基础上,选用从褐煤到无烟煤的5种燃煤展开了再燃脱除NOx的实验。实验结果指出:在挥发份质量构成上,CH4、C2H4、CO及H2是最多的4种小分子还原性成分;对于煤粉再燃脱硝效果,整体上,褐煤最好,烟煤次之,无烟煤最差。 在小型管式电炉上研究了利用甲烷来模拟挥发份或天然气的先进再燃过程,发现先进再燃相对常规NOxOUT过程,可以获得更高的脱硝效率,而还原剂则宜喷入弱氧化性气氛中为佳。碳酸钠的添加,当再燃区过量空气系数较大时,在整个实验温度范围内对脱硝效率均起到了明显的促进作用。 最后,在一410 t/h的电站锅炉上对SNCR技术的工程应用情况展开了详细的研究。实验发现,结合已实施的再燃技术,SNCR技术可以使得NOx排放在各个负荷下达到200mg/m3(标准状态,6%O2,干基)以下的要求,同时氨泄漏小于7.6 mg/m3。实验还指出,层喷射流量越大脱硝效果越好,同时存在着最佳雾化蒸汽压力取得同等条件下最高的脱硝效率。……   
[关键词]:NO_χ;选择性非催化还原;;尿素;HNCO;N-2O
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2009年