氣體添加劑對選擇性非催化還原脫硝反應過程影響的研究.pdf

1、選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術具有成本適中、脫硝效率中等、在老機組采用相對容易等特點，在我國的研究和應用處于剛剛起步階段，具有一定的應用前景。對SNCR脫硝性能的一個嚴重制約是其脫硝溫度窗口相對狹窄，本文的研究工作圍繞開發(fā)能夠拓寬SNCR脫硝溫度窗的廉價易得的氣體添加劑展開。
　　首先在電加熱的管式流動反應器試驗研究了氣體添加劑CO、CH4和H2對SNCR反應中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。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，其主要缺點是會引起較高的CO排放，在最佳脫硝溫度附近CO排放達到最高，此時CH4向CO的轉(zhuǎn)化率在50％以上。
　　在對單一成分添加劑研究的基礎上，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和指導，本文對由CO、CH4和H2構(gòu)成的復合添加劑進行了研究。發(fā)現(xiàn)當復合添加劑中各組分濃度相差不十分懸殊時，CO和CH4構(gòu)成的

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

4、2組分起到主導作用，而CO的影響相對較小。
　　為了分析添加劑影響SNCR的反應機理，并對此做出預測，綜合前人的建模成果及最近的研究進展，構(gòu)建了添加劑CO、CH4和H2參與的SNCR基元反應機理，通過與本文試驗結(jié)果的對照和對反應機理的分析，參考相關文獻，針對機理中某些基元反應的動力學參數(shù)進行了修正，使之能對試驗結(jié)果做出更準確的預測。機理分析表明添加劑CO、CH4和H2主要是通過自身氧化過程中形成鏈分支反應，促進OH等活性基的生成來

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

6、對添加劑參與的SNCR脫硝反應進行了計算，發(fā)現(xiàn)當采用H2做添加劑時，如果還原氣體（NH3和添加劑H2）與模擬煙氣不能快速混合，最大脫硝效率會大幅度的下降，這對試驗結(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和修正反應溫度來體現(xiàn)添加劑影響的方法，通過對基元反應模型的計算結(jié)果進行數(shù)據(jù)回歸，得到了添加劑參與的SNCR脫硝總包反應模型的動力學參數(shù)。并通過與基元反應機理的計算結(jié)果和試驗結(jié)果的比較驗證了模型的可靠性。
　　

7、在以上研究的基礎上，采用本文發(fā)展的總包反應模型，借助CFD軟件Fluent對一臺600MW的電站鍋爐上化學動力學和流動混合等物理過程共同控制的SNCR脫硝過程進行數(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)試驗測量結(jié)果及其設計值的比較表明計算模型能夠?qū)Υ笮碗娬惧仩t上SNCR脫硝過程進行比較準確的預測。小型反應器上的研究表明添加劑能夠大大加快低溫下SNCR脫硝反應速率，進而顯著提高脫硝效率并降低NH3漏失。大