SNCR脫硝工藝的試驗研究與模擬.pdf

1、自工業(yè)革命以來，由于化石燃料的直接燃燒，氮氧化物(NOx)污染成為一個全球性的環(huán)境問題，它會導致溫室效應、臭氧層破壞和酸雨的形成。據專家預測，如果不采取有效措施，隨著燃煤工業(yè)的發(fā)展，在未來5-10年內，我國NOx排放量可能超過SO2成為第一大酸性氣體污染物，因此研究作為主要燃煤設備的電站鍋爐和工業(yè)鍋爐的NOx的排放控制很有必要。目前，國內外已有很多種NOx的脫除工藝及低NOx燃燒技術。在各種NOx脫除工藝中，SNCR脫硝工藝具有成本低、

2、易于與其它工藝聯(lián)用、占地面積小、設施簡單等優(yōu)點，尤其適合老電廠改造。本文通過冷態(tài)混合試驗、熱態(tài)還原及添加劑試驗、Chemkin模擬、FLUENT模擬等手段，研究了氨氣、尿素和碳酸氫銨作還原劑，CH4、CO和鈉鹽作添加劑的脫硝反應特性，并研究了相應的反應機理，建立了相對應的簡化反應模型，將其應用于工業(yè)化鍋爐的SNCR工藝的模擬，為今后的工業(yè)應用提供技術依據。
　　 為綜合地研究影響工藝效果的各個因素，搭建了可以進行冷態(tài)混合、不同還

3、原劑熱態(tài)還原NOX及添加劑對脫硝過程影響研究的實驗臺。為改善還原劑與主煙氣的混合效果，自制了改進型TB系列噴嘴，噴嘴由剛玉材料制成，滿足了耐高溫要求并避免了由鋼質材料引起的還原劑催化分解問題。冷態(tài)試驗表明，還原劑由改進型TB系列噴嘴中心逆流噴入與其它噴入方式相比可明顯改善混合效果。熱態(tài)試驗證明，與實驗室條件下由各種純氣體配成的模擬煙氣相比，由O＃柴油燃燒產生的煙氣含有一些如CO、小分子碳氫化合物、SO2等微量成分，其反應活性較高，所以本

4、文試驗所得工藝參數(shù)及效果更加接近工業(yè)應用。出于工業(yè)鍋爐的工況變化和工藝的溫度窗口較高、過窄及減少工藝副反應產物N2O等考慮，本文研究了不同添加劑對工藝參數(shù)的影響。
　　 以NOx去除率等于50％作為劃定工藝溫度窗口的標準，氨氣作還原劑，在氨氮摩爾比1．25時，溫度窗口為863～937℃，900℃條件下取得NOx最大去除率82．48％：尿素作還原劑，在氨氮摩爾比1．5時，溫度窗口為812～960℃，900℃條件下取得NOx最大去除

5、率76．56％，但會生成濃度高達120mL/m3的N2O；碳酸氫銨作還原劑，在氨氮摩爾比1．25時，溫度窗口為860～980℃，935℃條件下取得NOx最大去除率74．63％。根據試驗結果，利用化學反應動力學軟件Chemkin4．1，建立了氨氣作還原劑時包含兩個反應的簡化反應機理，簡化機理基本反應了各反應條件下的工藝效果。
　　 氨氣作還原劑時，CO和CH4作添加劑可使工藝的溫度窗口降低并變寬；在低于875℃的條件下，采用添加劑

6、有助于提高NOx的脫除效率；隨著添加劑添加量的增加，既定溫度下NOx的脫除效率先提高后降低，且隨著溫度的降低，達到NOx的最大脫除效率所需的添加劑的添加量增大；添加CO和CH4可大大減少氨的泄漏量。尿素作還原劑時，有Na2CO3、NaOH作添加劑，在低于工藝最優(yōu)反應溫度時可提高NO去除率，而在高于工藝最優(yōu)反應溫度時，則會降低NO的去除率，但作用較小，反應溫度基本不發(fā)生變化；在所有試驗溫度條件下，添加鈉鹽都可以使N2O的生成量降為零，N2

7、O排放量的降低對總的NOx去除率的影響起著比NO變化大得多的作用；通過NOx濃度分析得出，鈉鹽作添加劑引起N2O排放量降低，主要是因為鈉鹽吸收了生成N2O的前驅物HNCO和NCO；CH3COONa作添加劑除起到與Na2CO3和NaOH相同的作用外，還會降低工藝的溫度窗口；添加鈉鹽會引起煙氣堿性變大，但其主要是以化合物NaOCN形式存在的，所以引起的腐蝕問題并不嚴重。碳酸氫銨作還原劑時，CH4作添加劑的作用與氨氣作還原劑時類似；鈉鹽作添加

8、劑可以提高各個溫度條件下的NOx去除率，反應溫度基本不變。
　　 利用Chemkin4．1軟件所建立的氨氣作還原劑脫硝簡化反應模型和FLUENT軟件中的渦耗散概念(EDC)模型，對SNCR工藝在太倉港1025t/h的工業(yè)的應用進行了模擬。模擬中采用氣體替代燃料模擬煤粉燃燒，解決了快反應燃燒不能與慢反應NOx還原耦合于一個模擬程序的問題，而NOx還原簡化模型減小了計算量。模擬中采用工業(yè)上常有的還原劑爐壁側噴和試驗中提出的改進型TB

9、系列噴嘴根據鍋爐溫度場和流場合理布置逆流內噴的方式，考察了混合對工藝效果的影響。模擬結果顯示，在鍋爐結構、負荷、所用燃料既定的條件下，還原劑攜載氣流量一定時，因還原劑難以深入爐膛內部采用側噴方式噴入還原劑所得的工藝效果是要低于一個限值的，該限值主要決定于鍋爐尺寸的大小，明顯小于試驗室所得NOx去除率，即便是增大還原劑噴入裝置的復雜程度工藝效果也無法超過該限值。而還原劑深入爐膛內部噴入除可以使工藝效果不受鍋爐尺寸大小限制外，通過增減噴嘴的