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。     

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。     

再燃煤粉的NO还原特性研究

实验研究了原煤、煤焦以及煤在不同气氛下受热得到的气体产物对NO的还原特性。结果表明,原煤的NO还原能力不仅与其挥发分含量有关,还与煤中的矿物质有关;制焦气氛中的O2能改变煤焦对NO的还原能力,其改变与煤种有关。高挥发分煤所释放的挥发性产物对NO的还原率也高, 但Tongchuan(TC)煤除外。TC煤的挥发分含量不高,但由TC煤得到的挥发物对NO的还原率与高挥发分的Sanxie(SX)和Shenmu(SM)煤释放的挥发物相当。煤在N2环境下所释放的气体产物对NO的还原能力比CO2气氛下释放的气体产物对NO的还原能力强,但TC煤除外。同样,制气气氛中的氧对燃煤挥发物的NO还原能力的影响也很大,这种影响与煤种有关。     

煤种及煤粉细度对炉内再燃过程脱硝和燃尽特性的影响

煤粉再燃技术是目前电站锅炉降低Nx排放的一种有效技术。本文在一维沉降炉上进行了不同煤种、不同煤粉细度的煤粉再燃脱硝降低NOx排放的试验研究。试验结果表明:高挥发分的煤种在再燃降低NOx时的效果更显著。对于同一煤种,采用细度更细的煤,合适的再燃区停留时间,可以获得高的降低NOx排放效果,并可使煤粉的燃尽率达到90%左右。本文还采用最小燃尽高度的方法探讨了再燃过程中煤粉细度的选择方法,分析得出,为使再燃区的煤粉能完全燃烧,充分发挥还原NOx的效果,必须采用细粉或者超细粉。     

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。     

生物质先进再燃脱硝特性研究

在沉降炉上研究草本类棉秆、玉米秸、麦秆和木本类梧桐木四种生物质的先进再燃脱硝特性。结果表明,20%再燃比、0.7s停留时间能保证较优的反应工况。在过量空气系数为0.7～0.9、氨氮摩尔比为1.5左右时,棉杆、玉米秸、麦秆以及梧桐木先进再燃在1273K附近取得最高脱硝效率,其值分别为89.11%、88.34%、90.33%和88.28%,比基本再燃提高25%～30%,并且生物质的再燃反应是脱硝的主体,喷氨是对再燃的完善和优化。在1173K～1473K四种生物质的先进再燃可以保持80%以上的脱硝效率。实验过程中加入100×10-6的碱金属、碱土金属添加剂可进一步改良先进再燃脱硝进程。碳酸钠、碳酸钾使脱硝效率提高3%～6%;醋酸钙在1273K～1473K将脱硝率提高4.0%～5.0%,在1073K～1273K作用规律不明显。     

SCR烟气脱硝对PM2.5排放特性的影响机制研究

采用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置出口PM_2.5物性进行分析,考察SO₂氧化与PM_2.5形成的关系,并采用原位漫反射红外光谱(DRIFTS)对SCR脱硝过程中NH₄HSO₄的生成及SCR脱硝温度条件下的NH₄HSO₄热稳定性进行了分析研究。结果表明,经SCR脱硝后,亚微米级细颗粒数浓度明显升高,且形貌特征及元素组成发生变化,形成的细颗粒主要为NH₄HSO₄及少量(NH₄)₂SO₄;SCR烟气脱硝对PM_2.5排放特性的影响主要通过以下途径:一是SO₃与SCR烟气脱硝系统中的NH₃、H₂O反应形成;二是SO₃与逃逸的NH₃、H₂O在SCR脱硝装置后续系统发生反应形成硫酸氢铵与硫酸铵;此外还与SO₃和烟气中游离的CaO等碱土金属氧化物反应形成硫酸盐,随烟气携带出SCR脱硝装置有关。     

铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝的改性研究

利用共沉淀法制备了铁铈催化剂,考察添加钛、锆、钨和钼对其SCR脱硝的改性规律。结果表明,钨和钼的添加提高了铁铈催化剂高温脱硝性能,却使其低温活性有所降低;钛的添加对铁铈催化剂脱硝性能具有促进作用,尤其提高了其低温活性,并拓宽了其完全转化温度窗口,为最佳改性物。当钛的物质的量比逐渐由0.10增至0.40,铁铈钛催化剂低温脱硝效率先增大后减小,但其高温脱硝效率逐渐增大至100%,钛的最佳物质的量比为0.15。XRD和N₂吸附分析结果表明,钛能优化铁铈催化剂的孔隙结构,增大其比表面积和比孔容,细化其孔径,并与催化剂中铁、铈氧化物形成良好的固溶体,从而提高了铁铈催化剂的SCR脱硝性能。Fe_0.8Ce_0.05Ti_0.15O_z催化剂在150～400℃取得了高于90%的NO_x转化率。     

白云鄂博稀土矿物催化半焦燃烧与脱硝特性的研究EI北大核心CSCD

采用热重红外联用分析仪对白云鄂博不同稀土矿物(包括稀土原矿、稀土精矿、稀土尾矿)催化半焦燃烧与脱硝的活性进行了研究,研究结果表明:在稀土矿物添加剂作用下半焦的燃烧活性都得到提高,着火温度提前,燃尽温度提前,燃烧时间缩短,燃烧效率提高,并且稀土精矿的催化燃烧效果最好;在稀土矿物催化剂作用下半焦的NO生成量减少,同时CO的生成量也减少,说明添加稀土矿物催化剂强化了CO同相还原NO的作用,从而提高了氮氧化物的脱除效率。其中稀土尾矿的催化能力强于稀土精矿与稀土原矿,说明稀土氧化物与Fe_2O_3间的协同作用。稀土矿物催化剂同时促进半焦燃烧效率与减少NO_x生成,表明稀土矿物催化剂对催化燃烧与脱硝存在协同效应。     

钙中毒商用SCR脱硝催化剂的再生特性研究

本研究分别选用络合剂氨基三甲叉膦酸(ATMP)、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)对钙中毒商用SCR脱硝催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)开展了再生方法研究,借助BET、NH₃-TPD、H₂-TPR和XPS等分析测试方法和实验探究考察了再生前后催化剂的理化特性及再生脱硝性能。结果表明,ATMP与PBTCA具有高效的再生性能,再生催化剂的脱硝效率在400℃下分别从25.8%恢复至89.8%与88.1%。与稀H₂SO₄再生相比,ATMP与PBTCA对催化剂的再生具有更高的除钙率与更低的钒损失率(不足5%)。使用ATMP与PBTCA对催化剂再生可有效恢复催化剂表面的Br?nsted酸性位;催化剂表面的活性钒物种V⁵⁺和表面化学吸附氧O_α明显增加,催化剂整体活性达到最优水平。因此,将络合剂ATMP与PBTCA用于失活SCR脱硝催化剂的再生具有广阔的应用前景。     

生物质再燃异相还原NO的分子模拟

基于密度泛函理论和过渡态理论,在分子水平上对焦炭异相还原NO以及碱金属钠的作用机理进行探究。结合单点能的零点能校正以及过渡态的虚频验证,发现钠能够有效促进焦炭对于第一个NO分子的吸附。尽管钠不能改变反应步骤,但可将焦炭异相还原NO决速步的活化能由121.04 kJ/mol降至100.62 kJ/mol;钠的存在使焦炭异相还原NO的指前因子增大且反应速率加快,增加了焦炭边缘的活性位点,强化了焦炭对于NO的异相还原性能。     

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%。     

气体再燃低NOx燃烧中NO与NHi的反应机理研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)对NO与NH_i自由基的反应机理进行了研究,并结合经典过渡态理论对各反应速率常数进行了计算。结果表明,NO与NH₂自由基的反应体系可通过六个反应通道形成N₂+H₂O、N₂O+H₂和N₂H+OH。从能量变化和反应速率两方面考虑,产物N₂+H₂O最容易生成,其最佳反应通道为NO+NH₂→→N₂+H₂O;NO与NH自由基的反应体系可通过七个反应通道形成N₂+OH、N₂O+H和N₂H+O;其中,N₂+OH最容易生成,最佳反应通道为NO+NH→→N₂+OH。比较发现, NH比NH₂自由基更易与NO发生反应生成N₂。因此,在实际运行中改变操作条件,实现NH₂等向NH方向转化,有利于NO_x的还原。     

CO_2含量对污泥再燃还原NO的影响研究

在模拟水泥分解炉的实验台架上研究CO_2浓度(体积分数0-35%)对污泥再燃还原性气体析出特性及其对污泥与污泥焦还原NO反应的动态变化规律的影响。结果表明,污泥再燃产生的还原性气体主要为HCN、NH_3、CH_4及CO;当CO_2浓度从0增加到25%时,由于CO_2与污泥焦气化作用增强,导致HCN、NH_3及CH_4的析出量缓慢下降,而CO析出量显著增加,最终促进NO还原率从51%增加至61%;继续增加CO_2浓度至35%,由于CO_2的辐射吸收导致局部热不稳定性增强,气化作用的减弱导致CO析出量下降,且HCN析出量有较大幅度下降,NH_3析出量变化不大,CH_4析出量有一定幅度上升,综合影响使得NO的还原率逐渐下降至55%。研究表明,实验室条件下污泥再燃能较高效地对烟气中NO进行还原;机理研究表明,污泥再燃过程中同时存在对NO的气气均相还原反应和气固异相还原反应,实验确定污泥焦对NO的气固异相还原率仅为18%,因此,污泥脱硝以气气均相还原反应为主。     

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%。