添加剂对选择性非催化还原反应特性的催化作用及其机理研究

论文摘要

燃煤电厂是我国氮氧化物（NOx）排放的主要来源之一。随着环保意识和要求的不断提高,对燃煤电厂NOx排放的控制已成为环境保护的必然趋势。选择性非催化还原脱硝技术（Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR）成本较低,改造方便,脱硝效率适中且适宜结合其他NOx排放技术进行深度脱硝,是适合我国国情的脱硝技术之一。本文针对SNCR反应温度范围狭窄,存在二次污染物等不足之处,结合机理试验和化学动力学模拟研究SNCR基本反应特性,探索改善SNCR脱硝效果和二次污染物排放特性的添加剂,并分析其作用机理,为正确掌握脱硝反应的重要影响因素,优化脱硝过程提供理论基础和依据。本文对反应温度、NSR、烟气含氧量等SNCR脱硝过程的主要影响因素进行了试验研究,对比和分析了尿素和氨两种不同氮还原剂的脱硝反应特性。由于尿素复杂的分解和反应特性,其最佳脱硝效率以及与NO反应的选择性要低于氨,但尿素脱硝具有更宽的反应温度窗口。在得到SNCR基本脱硝特性的基础上,通过试验探讨钠盐添加剂对SNCR过程的促进与优化作用,比较了不同浓度、不同种类和不同氧量下钠盐的增效作用。试验表明微量的钠盐就可实现对SNCR脱硝效果的显著促进,提高了最佳脱硝效率的同时有效地扩大了温度窗口。其促进效果还随着氧量的增加而明显提高。整体上看,钠盐添加剂对Thermal DeNOx过程的促进作用小于NOxOUT过程。搜集整理了SNCR详细基元反应机理,构建了SNCR化学动力学反应模型,结合此前的机理试验,模拟了各种参数对SNCR脱硝效果及二次污染物（N2O、NO2、CO和NH3）排放的影响。模拟结果与试验数据较为吻合,且弥补了机理试验在二次污染物排放特性方面研究的不足。通过敏感性分析和生产速率分析进一步探讨了SNCR的核心反应及二次污染物的主要生成和消耗路径。在SNCR反应模型的基础上添加了钠盐和部分烃类及其衍生物的反应机理,完善SNCR机理模型的添加剂反应子集。通过模拟研究Na2CO3、CO和烃类及其衍生物对SNCR脱硝特性的影响以及添加剂作用机理。Na2CO3在未明显改变高温时脱硝效果的情况下,使反应有效温度向低温方向拓展并提高了最佳脱硝效率,此外有效地减少了二次污染物的生成。CO与不同的烃类及其衍生物在基本不影响最佳脱硝效率的情况下,令反应的温度窗口不同程度地向低温移动,温度窗口有所扩大。由敏感性分析和生产速率分析得到了几种添加剂对SNCR脱硝特性和二次污染物排放的作用机理。

论文目录

• 致射
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 氮氧化物排放控制技术
• 1.3 课题的研究意义和内容
• 2 SNCR脱硝反应及添加剂影响的机理与分析
• 2.1 SNCR脱硝反应机理与分析
• 3-NO非催化还原反应系统'>2.1.1 NH₃-NO非催化还原反应系统
• 2.1.2 HNCO-NO非催化还原反应机理
• 2.2 SNCR脱硝反应的影响因素
• 2.2.1 温度
• 2.2.2 氨氮当量比
• 2.2.3 氮还原剂和烟气的混合程度
• 2.2.4 停留时间
• 2.2.5 气氛
• 2.2.6 氮还原剂类型
• 2.3 添加剂对SNCR脱硝反应影响的机理与分析
• 2.3.1 添加剂对SNCR脱硝反应影响的机理
• 2.3.2 SNCR脱硝过程添加剂的试验与模拟研究
• 2.4 本章小结
• 3 SNCR脱硝反应特性的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验装置与试验方法简介
• 3.2.1 石英管反应器和试验系统
• 3.2.2 温度测量
• 3.2.3 氮还原剂与添加剂的输送与喷射
• 3.2.4 烟气分析
• 3.3 SNCR脱硝反应试验研究结果与分析
• 3.3.1 尿素的热解与水解特性
• 3.3.2 NSR对尿素脱硝效果的影响
• 3.3.3 温度对尿素脱硝效果的影响
• 3.3.4 氧量对尿素脱硝效果的影响
• 3.3.5 不同氮还原剂对SNCR脱硝效果的影响
• 3.4 本章小结
• 4 钠盐添加剂对SNCR脱硝反应特性影响的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 钠盐添加剂对SNCR脱硝反应促进作用的试验研究
• 4.2.1 添加剂浓度β的影响
• 4.2.2 添加剂种类的影响
• 4.2.3 添加剂对脱硝效果的促进作用
• 4.2.4 氧量对添加剂促进作用的影响
• 4.2.5 不同氮还原剂的添加剂促进效果
• 4.3 本章小结
• 5 SNCR动力学反应机理模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 动力学反应数值模拟的研究方法
• 5.2.1 动力学反应数值模拟研究的基本方法
• 5.2.2 CHEMKIN简介
• 5.3 SNCR反应机理模型
• 5.3.1 SNCR反应机理模型简介
• 5.3.2 SNCR反应的模拟与分析方法
• 5.4 SNCR脱硝反应特性的模拟与分析
• 5.4.1 SNCR反应模型的详细机理与计算条件
• 5.4.2 SNCR脱硝效果主要影响因素的模拟结果与分析
• 5.4.3 SNCR污染物排放的模拟结果与分析
• 5.4.4 SNCR脱硝反应的机理分析
• 5.5 本章小结
• 6 添加剂对SNCR脱硝反应特性影响的模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 添加剂反应模型的机理描述与计算条件
• 6.3 Na2CO3对SNCR脱硝反应特性的模拟与分析
• 2CO₃对SNCR脱硝反应特性的影响'>6.3.1 Na₂CO₃对SNCR脱硝反应特性的影响
• 2CO₃促进机理分析'>6.3.2 Na₂CO₃促进机理分析
• 6.4 CO对SNCR脱硝反应特性的模拟与分析
• 6.4.1 CO对SNCR脱硝反应特性的影响
• 6.4.2 CO促进机理分析
• 6.5 烃类对SNCR脱硝反应特性的模拟与分析
• 6.5.1 烃类对SNCR脱硝反应特性的影响
• 6.5.2 烃类促进机理分析
• 6.6 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ SNCR详细反应机理模型
• 附录Ⅱ 钠盐添加剂反应机理子集
• 附录Ⅲ 烃类及其衍生物添加剂反应机理子集
• 作者简历