液态复合添加剂脱除NO的实验研究及数值模拟

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氮氧化物NOX是燃煤电站排放的主要气态污染物。在现有的烟气脱硝技术中,选择性非催化还原(SNCR)技术因其系统简单、成本较低等优点而广泛应用于电站锅炉,但SNCR技术要求的温度较高且脱硝温度窗口较为狭窄,当锅炉低负荷运行时,脱硝效率会明显下降以致不能满足日益严格的排放标准。因此,本文通过模拟实际的烟气环境,实验以及数值模拟研究液态复合添加剂对脱除NO过程的影响,旨在提高中温条件下烟气脱硝效率,开发能够拓宽烟气脱硝温度窗口的、廉价易得的液态复合添加剂。本文首先在电加热的管式流动反应器上实验研究了液态添加剂乙醇和甲醇对烟气脱硝反应中NO还原的影响及二次污染物(N2O、NO2、NH3)排放的影响。初始NO浓度为410ppm(折合质量浓度为500mg/m3),氧气含量3%,氨氮比为1.25,N2作为平衡气。未加入添加剂时,尿素在700-800℃条件下的NO转化率不及10%。加入乙醇时,乙醇与NO的最佳摩尔比为0.6,700-800℃条件下NO转化率为29%-56%;加入甲醇时,甲醇与NO的最佳摩尔比为0.8,在600-700℃内,NO转化效率相比于未添加甲醇时提升了40%左右。然后,论文研究了液态复合添加剂(甲醇、乙醇和硫酸钠)对NO还原效果的影响,发现甲醇在复合添加剂中的作用主要体现在650-750℃提升NO转化效率,有利于拓宽低温侧温度窗口;乙醇的作用表现在促进800℃以后的NO转化效率;硫酸钠的作用则是整体上对NO转化效率有些许提高。考虑到甲醇添加剂在烟气脱硝过程中表现出的氧化作用不容忽视,实验研究了以甲醇为添加剂,不加还原剂的烟气脱硝过程,初始NO和SO2浓度均为410ppm,氧气含量3%,发现甲醇和NO的摩尔比为1.25时,650℃时NO转化率达到88.6%,600-700℃区间的NO转化率均在75%以上,最佳反应温度向低温侧偏移了50℃,SO2对甲醇氧化NO有明显的抑制作用。最后本文使用CHEMKIN4.1软件对NO转化过程进行了数值模拟及分析,以Rota等人提出的urea2000机理为主辅以相关子反应机理,模拟加入添加剂的NO转化过程,并通过敏感性分析手段对机理进行简化和调整。在乙醇-尿素脱硝反应过程中,许多中间基团NNH、NCO、NH2、HO2等对于脱除NO都能起到一定的作用,但也会不可避免的生成少许N2O、NO2等二次污染物。
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