O2/CO2气氛下木醋调质石灰石再燃/先进再燃脱硝性能研究

在O₂/CO₂气氛下利用沉降炉脱硝实验台,对木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃/先进再燃脱硝特性以及氨气的选择性非催化还原脱硝特性进行了研究。结果表明,木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率随温度的升高先提高后降低,1 323 K时获得最高脱硝效率分别为82.70%和78.52%;再燃脱硝氧浓度不宜过高,合适的再燃比为14%~17%,停留时间为0.8 s。氨气选择性非催化还原脱硝在1 173 K时获得最高脱硝效率为95.41%,温度窗口为1 142~1 335 K;随着氧浓度的增大,脱硝效率不断降低,反应适宜的氨氮比为1.5,停留时间为1.2 s。按氨氮比0.75向再燃区喷入氨气可显著提高木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率,同时脱硝反应适宜的温度区间也得到显著拓宽,1 323 K时两者获得的先进再燃脱硝效率分别为93.49%和92.79%。     

生物质再燃降低NOx排放的实验研究

在多功能燃烧脱硝实验装置上,对不同种类生物质再燃脱硝进行了实验研究,考察了生物质特性及实验工况对脱硝效果的影响。结果表明,生物质再燃能够取得55%～70%的脱硝效率,当实验参数选取在一定范围内时,随着再燃区温度的提高、过量空气系数的减少、再燃比的增加、NO初始浓度的提高以及燃料粒径的减小,NOx还原率逐渐提高。相同的实验工况下,玉米秸再燃取得的脱硝效果最好,麦秸、花生壳次之,杨木屑较差。     

生物质高级再燃脱硝的影响因素与元素释放特性

以稻壳(RH)、梧桐叶(PTL)和木屑(SD)为对象,利用携带流脱硝实验装置,研究了生物质种类、再燃反应温度(t2)、再燃区化学计量比(SR2)、喷氨位置、水蒸气以及添加剂等对生物质高级再燃(AR)脱硝效率的影响,分析了高级再燃过程中钾和氯等元素的释放特性。结果表明,在t2为850~1 150℃,随着t2升高,生物质高级再燃脱硝效率呈现先上升后下降的趋势。在SR2为0.5~1.0,随着SR2增加,稻壳高级再燃脱硝效率呈现先增加后降低的趋势。停留时间为0.4~1.0 s,氨气添加位置对稻壳高级再燃脱硝效率有一定的影响,但其效果并不明显。烟气中水蒸气含量(0~15%)可提高稻壳高级再燃的脱硝效率,而且可拓宽脱硝温度窗口。不同再燃温度下,4%水蒸气含量模拟烟气的脱硝效率最大。添加剂(Fe2O3、KCl、NaCl和CaO)对稻壳高级再燃脱硝均有促进作用,其中,Fe2O3促进作用最为显著。在稻壳高级再燃过程中,氯和钾元素释放率分别达到95.0%和59.8%以上。     

木醋调质石灰石用于O2/CO2燃煤同时脱硫脱硝性能

采用管式炉和沉降炉分别研究了O₂/CO₂气氛下燃煤预混和烟气喷入木醋调质石灰石的同时脱硫脱硝性能。结果表明,在温度1 173~1 323 K、钙硫比为2.0的条件下,木醋调质石灰石混煤燃烧脱硫效率91.0%~94.9%、脱硝效率23.5%~30.8%。随着钙硫比的增加,木醋调质石灰石混煤燃烧脱硫脱硝效率增大,适宜的钙硫比为1.5~2.0。相同的燃烧温度和钙硫比,含硫量高的煤预混木醋调质石灰石燃烧获得较高的脱硫、脱硝效率。木醋调质石灰石用于O₂/CO₂燃煤脱硫脱硝性能优于醋酸钙。O₂/CO₂燃煤烟气中喷入木醋调质石灰石、钙硫比为2.0、停留时间为0.8 s、在1 223和1 323 K时获得最大脱硫效率和最大脱硝效率为75.8%和86.6%。在上述条件下将氨气喷入反应区,氨氮比为0.75、温度为1 223和1 323 K时,脱硫效率分别为73.2%和63.9%,脱硝效率分别为93.2%和94.8%。     

煤粉着火模式对再燃脱硝效率影响的实验研究

在一维携带流实验台上研究了烟煤煤粉着火模式,包括均相着火和非均相着火,对煤粉再燃还原NO的影响。实验结果表明,温度一定时,随着再燃区氧体积分数的增加,煤粉挥发分首先着火,脱硝效率明显下降;而非均相着火初期造成的颗粒高温有利于异相还原NO,脱硝效率得以回升;氧体积分数进一步提升,再燃区呈现富氧状态,脱硝效率再次下降。提高再燃区温度促进煤粉还原NO,脱硝效率更高,但是也促使挥发分在更低的氧体积分数下着火,着火后脱硝效率下降更多;粒径对煤粉着火以及还原NO的影响较为复杂,粒径在40μm以上,不同氧体积分数下脱硝效率基本上随粒径增大而下降。     

生物质气再燃减少流化床N_2O排放的实验研究

以生物质气化气作为再燃燃料,在小型流化床反应器内进行了N2O脱除的实验研究。研究了生物质气化气投入位置、料层高度、再燃燃料比、烟气含氧量和反应温度对N2O排放的影响。结果表明,距布风板200 mm的B喷口较离布风板较近的A喷口(距布风板100 mm)对应的N2O转化率高;反应温度为850℃、按照N2O/N2配置模拟烟气的情况下,B口喷入生物质气量为1%,床料CaO高度为10 mm时N2O接近完全分解;反应温度为850℃,床层高度大于20 mm时,从B口喷入大于0.4%比例的生物质气对应N2O分解率高于95%。     

甲烷在金属铁及氧化铁表面还原NO的研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器、N₂气氛和模拟烟气气氛及300~1 100℃时,对甲烷在金属铁及其氧化铁表面还原NO的特性进行了实验研究。为使甲烷在脱硝反应后完全燃尽以及脱硝反应过程生成的CO等中间产物完全燃尽,在第一段加热炉后串联了第二段加热炉,补充氧气,实现燃尽。结果表明,甲烷在金属铁及氧化铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛中,在900℃以上温度范围内甲烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%,与甲烷在氧化铁表面的脱硝效率差别很小。在模拟烟气条件下,当过量空气系数小于1.0时,在900℃以上时,甲烷在金属铁和氧化铁表面的脱硝效率都能超过90%,且未燃尽和燃尽两种条件下NO的还原率相差不大。NO同时通过金属铁的直接还原和甲烷的再燃还原两种反应机理脱除。而甲烷则通过还原氧化铁为金属铁,从而使金属铁直接还原NO可持续进行。同时,甲烷再燃反应的中间产物HCN/NH₃等被氧化铁还原,从而使燃尽后的脱硝效率不下降。研究结果表明,甲烷和金属铁或氧化铁在富燃料条件下可有效地还原NO。     

蒸汽活化生物质焦吸附模拟烟气中SO2和NO的研究

以麦秆和稻壳生物质为研究对象,在不同的热解温度、热解速率以及蒸汽活化温度条件下制备了生物质焦,采用比表面积与孔隙度分析仪测定生物质焦的比表面积和孔隙结构参数。利用固定床吸附装置,研究了热解温度、热解速率、活化温度和模拟烟气中SO₂和NO浓度等因素对生物质焦吸附SO₂和NO性能的影响。结果表明,蒸汽活化可以显著提高生物质焦的BET比表面积、D-R比表面积、D-R微孔容积和总孔容,降低其平均孔径,并显著增加蒸汽活化生物质焦对SO₂与NO吸附的起始穿透时间和吸附量。快速热解下制得的蒸汽活化焦对SO₂和NO的吸附效果优于慢速热解,热解温度为873 K的蒸汽活化焦的吸附性能明显好于热解温度为673与1 073 K的蒸汽活化焦。在973~1 173 K下,随着蒸汽活化温度的提高,蒸汽活化生物质焦对SO₂和NO的吸附量呈现先上升后下降的趋势。随着模拟烟气中SO₂与NO浓度的降低,蒸汽活化生物质焦对SO₂与NO吸附的起始穿透时间延长,但相应的SO₂和NO吸附量下降。在873 K、快速热解和1 073 K条件下制得的蒸汽活化麦秆焦对SO₂和NO吸附量最大,其值分别为109.02和21.77 mg/g。     

热解温度对生物质焦理化特性的影响

利用SEM、BET及TGA对在873、1 073和1 273 K下制得的麦秆焦的理化特性进行分析,进行了用制得的麦秆焦还原NO的实验,同时考虑了焦样及NO初始浓度对该反应的影响,得出了热解温度对麦秆焦的各种物理化学特性及其与NO反应活性的影响。结果表明,1 073 K焦样的孔隙特征最为发达,燃烧活性最高,并对应最高的NO还原效率。焦作用下NO的还原率随着焦样浓度的增大线性升高,而随着初始NO浓度的增大呈幂函数的规律下降。不同热解温度下麦秆焦样与NO的反应均在1 173 K附近存在动力学控制和扩散控制的转折温度;在动力学控制的反应温度范围内,热解温度对麦秆焦与NO反应活化能的影响不大(89.78~95.41 kJ/mol),其中,NO浓度项和焦浓度项的反应级数分别为0.89和1.00。     

乙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

温度300~1 100 ℃时,由程序控温电加热水平陶瓷管反应器在N₂气氛和模拟气氛下,对乙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究。结果表明,乙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛中,温度高于900 ℃时,乙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%。在模拟烟气条件下,当温度超过900 ℃,且过量空气系数小于1.0时,乙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上。相同条件下,乙烷在金属铁表面脱硝效率高于甲烷的脱硝效率。SO₂对乙烷在金属铁表面还原NO的效率影响可以忽略。对反应后的铁样品的组分进行了XRD表征,在此基础上对反应机理进行了分析。结果表明,在模拟烟气条件下NO的还原通过乙烷的再燃脱硝和金属铁直接还原两个机理完成。金属铁直接还原NO时生成的氧化铁则被乙烷还原为金属铁,从而使得金属铁能够持续对NO进行直接还原。乙烷再燃还原NO的中间产物HCN被氧化铁氧化为N₂,同时氧化铁也被HCN还原为金属铁。这一过程增强了NO的持续还原反应,同时避免了在燃尽时HCN二次氧化重新生成NO,从而保证了较高的NO还原效率。     

碳酸钠对选择性非催化还原反应影响的研究

在管式石英反应器中研究了Na₂CO₃对氨水-SNCR以及尿素-SNCR的影响。结果表明,添加少量的Na₂CO₃可以明显提高低温区域的脱硝效率,同时使NH₃泄漏曲线明显往低温方向偏移,尿素-SNCR过程尾部HNCO泄漏明显降低;添加少量的Na₂CO₃可以明显降低N₂O排放,这在尿素-SNCR过程中尤为明显;Na₂CO₃的添加明显提高了尿素热解气中HNCO向NH₃的转化率,这是尿素-SNCR过程中HNCO泄漏可以显著降低,N₂O排放得以大量减少的主要原因;Na₂CO₃添加量相同时,较低氨氮比工况的脱硝效率促进作用相对更为明显,较高氨氮比工况脱硝温度窗口宽度的扩展作用相对更为有效,而较低氧含量工况的脱硝效率促进效果也相对更为显著。     

F-T柴油对电控高压共轨柴油机性能及排放影响的研究

在满足国Ⅲ排放的现代高压共轨柴油机上,研究了掺烧不同比例F-T柴油混合燃料对发动机性能和排放的影响。结果表明,随着掺烧比例的加大,发动机的动力性略有下降,在外特性上,与燃烧国Ⅲ柴油相比,燃用F-T柴油时,扭矩最大下降2.2%,而燃油消耗率最高下降7.1%,有效热效率提高了4.5%。在十三工况的排放上,碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_{x）、一氧化碳（CO）和颗粒（PM）的比排放量较国Ⅲ柴油均有明星下降,其中尤以燃用F-T柴油下降的幅度最大,PM降低了25.5%、NOx降低了11.7%、HC降低了39.3%、CO降低了33.9%。F-T柴油是柴油机的优良替代燃料。}     

高级再燃气体脱硝特性的研究

煤燃烧排放出大量有毒气体,2000年燃煤发电厂NOx排放为2.9×107 t ,预计2010年加上燃油产生的NOx,中国的NOx总排放量可能超过1×108 t[1].中国酸雨污染也正在由过去的硫酸型向硫硝酸混合型转变[2],这引起了政府部门的高度关注.目前,已经采取了诸如低NOx燃烧器、分级配风、火上风 (Over Fire Air) 、再燃等技术措施降低NOx排放,取得了一定的效果.其中,再燃技术是降低NOx排放最有效的措施之一.它将炉膛分为主燃区、再燃区和燃尽区.燃料分级送入炉膛,在主燃区火焰上方喷入碳氢燃料,以建立贫氧富燃料区促使主燃区生成的NOx还原为无害的N2 [3,4],最后送入燃尽风以进一步燃尽燃料.国内外研究者围绕再燃脱硝运行参数、同相和异相还原机理做了大量研究[4～8],而国外90年代中后期兴起的高级再燃技术,是再燃技术与氮催化射入技术的结合,是一种更有效的NOx控制技术[7,9],脱硝率可达85%以上,受到了世界各国的普遍关注[10～13],目前,中国对高级再燃技术的研究刚刚起步.     

吸附法制备金属/碳催化剂用于5-羟基甲基糠醛高效电催化氧化的研究

以介孔中空碳球(HC)为载体,通过简单的吸附法吸附Ni2+/Fe3+金属离子,获得了在碱性电解液中具有高效5-羟基甲基糠醛(HMF)电催化氧化性能的Nix Fe1-x/HC催化剂.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对Nix Fe1-x/HC的物相、形貌结构及电子结构进行了表征,并通过线性扫描伏安和计时电位等方法测试了Nix Fe1-x/HC的HMF电催化氧化性能．结果显示, Nix Fe1-x/HC材料催化HMF氧化的活性随Fe引入量的增加先升高后降低, Ni0.7Fe0.3/HC拥有最优的催化活性, HMF的转化率为100%,2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的选择性为90.5%,法拉第效率为90.2%,经历10次循环后,催化活性仅略微降低,表现出优良的催化稳定性.     

水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响

采用程序控温电加热水平陶瓷管反应器,在N2气氛和模拟烟气气氛中、300~1100℃下,研究了水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响,并对反应前、后铁样品进行了X光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)等表征。结果表明,水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响较小。在N2气氛中,水蒸气参与了金属铁的氧化;与无水蒸气时相比,水蒸气存在时NO还原效率有所下降。当水蒸气含量从2.5%增加到7%时,由于水蒸气对金属铁的氧化导致其表面形成疏松的微观孔隙,使得NO的还原效率随水蒸气含量的增加而提高。甲烷则参与了铁氧化物的还原,使铁样品表面形成相对致密的Fe3O4和FeO氧化层,不利于NO与金属铁的接触,使得NO的还原效率低于无甲烷时的结果。在模拟烟气条件下,水蒸气使得甲烷在金属铁表面还原NO的效率增加;在1050℃下,反应段过量空气系数SR1=0.7和燃尽段过量空气系数SR2=1.2时,含7%的H2O和无H2O条件下脱硝效率分别为96.7%和90.6%。而在湿烟气中SO2使NO还原效率略有下降。持久性脱硝实验结果表明,当反应温度为1050℃时,在含7%的H2O、0.02%的SO2的模拟烟气中,1.14%的甲烷在金属铁表面持续50h都能保持90%以上的脱硝效率。     

多价MnOx/C电催化剂用于高效氮还原反应

氨在人类的生产生活中起着重要的作用,但目前工业上合成氨广泛采用的Haber-Bosch法耗能大,且污染严重。 而N₂电还原反应(ENRR)被认为是一种有效的替代方法,由于N₂的键能较高,目前仍然缺乏高活性的催化剂。 在这里,通过简单的浸渍法和氧化还原法制备了多价态的MnO_x/C催化剂,该催化剂具有较高的氮还原反应活性(氨产率达到7.8 μg_NH3/(h·mg_cat),法拉第效率高达9.2%) 。进一步研究表明,多价态MnO_x/C催化剂具有高氮还原反应活性的主要原因是不同价态的Mn离子(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺)之间存在协同效应。     

甲烷在氧化铁表面还原NO的特性与反应机理研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器中,在300~1 050 ℃,对N₂气氛中甲烷在氧化铁(充分氧化后的铁丝网卷)表面还原NO的特性进行了实验研究,测试了NO脱除效率、CO生成量以及反应后铁样品表面组分和微观状态的变化特点,分析了甲烷在氧化铁表面还原NO的反应机理。在此基础上,在1 000 ℃时,对模拟烟气条件下甲烷在氧化铁表面还原NO的持久性进行了实验研究。结果表明,甲烷在氧化铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛下,在850 ℃以上达到100%的NO脱除效率。在模拟烟气中,甲烷在氧化铁表面脱除NO的能力具有很好的持久性。实验结果表明,在1 000 ℃时,采用由体积分数为2.0%的O₂、16.8%的 CO₂和524×10^-6的 NO,N₂配平的模拟烟气,1.17% CH₄能够在连续100 h内保持100%的NO脱除效率,而未出现下降的趋势。对反应机理的研究结果表明,甲烷在氧化铁表面还原NO的机理包括甲烷通过再燃机理还原NO以及甲烷通过在氧化铁表面还原氧化铁为金属铁、金属铁进而直接还原NO两种主要反应机理。其中,后者为主要反应机理。