【摘 要】
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为了满足燃煤电站锅炉推行的50mg/Nm~3超低NOx排放要求,实现NOx的高效脱除和有效控制成为具有战略性的研究课题之一。向高温强还原性区域通入还原剂可以避免还原剂的氧化,拓宽脱硝反应的温度窗口,进一步降低NOx的排放。本文基于21.4k W一维管式沉降炉,采用配气的方式模拟高温强还原性的反应环境并向该区域通入NH3和CH4两种还原剂,研究温度、氧气浓度、停留时间、还原剂喷射量等因素对NOx还原
【基金项目】
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为了满足燃煤电站锅炉推行的50mg/Nm~3超低NOx排放要求,实现NOx的高效脱除和有效控制成为具有战略性的研究课题之一。向高温强还原性区域通入还原剂可以避免还原剂的氧化,拓宽脱硝反应的温度窗口,进一步降低NOx的排放。本文基于21.4k W一维管式沉降炉,采用配气的方式模拟高温强还原性的反应环境并向该区域通入NH3和CH4两种还原剂,研究温度、氧气浓度、停留时间、还原剂喷射量等因素对NOx还原效率的影响;同时,通过化学动力学计算的方法,研究了高温还原性气氛下还原剂降低NOx排放的反应机理。高温还原性区域喷NH3还原NOx的实验结果表明:当温度高于1573K时,无氧时脱硝效率最高,增加氧量会抑制NOx的还原;而当温度不高于1473K时,适量的O2能促进NOx的还原,无氧和过量氧气都不利于NOx的脱除。初始NOx浓度为600ppm和停留时间为1.0s时,最佳反应温度、最佳O2浓度和最佳NSR分别为1573K、0.0%和1.5,该工况下脱硝效率可达到98.99%。采用GADM98模型对NH3/NO的反应机理进行研究,研究表明链式反应进行的前提是NH2自由基的产生。有氧时NH2最初通过NH3/O2反应产生,无氧时则通过NH3的热解产生,而NH3的热解具有较强的温度依赖性。高温还原性区域喷CH4还原NOx的实验结果表明:当温度高于1473K时,O2浓度低于0.1%时脱硝效率较高,过量氧气则会抑制NOx的还原。而当温度为1373K时,最佳O2浓度为0.3%,少量氧和过量氧气均不利于NOx的脱除。当停留时间为1.0s时,最佳反应温度、最佳O2浓度和最佳CH4/NO摩尔比分别为1573K、0.1%和4.0,该工况下脱硝效率可达到69.26%。低O2/CH4摩尔比时GRI-Mech 3.0机理的计算结果与实验数据吻合较好。CHn自由基的产生是CH4还原NOx的前提,有氧时CHn自由基由CH4/O2反应产生,无氧条件下则通过CH4的热解产生,CH4的热解同样具有很强的温度依赖性。
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