添加生物質(zhì)氣化氣選擇性自動催化還原技術(shù)

添加生物質(zhì)氣化氣選擇性自動催化還原技術(shù)王啟志，盧銀盛，郭浩然，蘇俊偉能源學(xué)院劉輝1研究目的選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)是一種低成本的電站鍋爐煙氣脫氮技術(shù)，該技術(shù)在900—1100℃范圍內(nèi)才能保證較高的脫硝效率。本創(chuàng)新性實驗計劃項目提出以生物質(zhì)氣化氣為SNCR反應(yīng)的添加劑，提高低溫條件下的SNCR脫硝反應(yīng)效率，同時實現(xiàn)了可再生的生物質(zhì)資源的利用。2研制背景燃煤電站鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)是主要大氣污染物之一，氮氧化物除了形成酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境，還能形成光化學(xué)煙霧，直接危害人類健康。2004年全國氮氧化物排放總量達到1600萬噸，火電機組排放量約占一半。本作品以生物質(zhì)氣化氣為SNCR反應(yīng)的添加劑，利用豐富的可以再生的生物質(zhì)資源實現(xiàn)提高SNCR技術(shù)的脫硝率，旨在發(fā)展一種煤粉鍋爐高效、低成本的低NOx排放方法。典型的SNCR系統(tǒng)如圖1，本項目提出的以生物質(zhì)氣化氣為添加劑的SACR技術(shù)系統(tǒng)圖見圖2，本項目提出的脫硝系統(tǒng)，不需要催化劑，系統(tǒng)簡單可靠，低成本，高脫硝率，便于實施，同時利用豐富的生物質(zhì)資源，而生物質(zhì)氣化技術(shù)相對成熟，技術(shù)風(fēng)險低。憶圖父1框SN牌CR材工藝導(dǎo)原理弟示意玉圖足圖曠2肅添加款生物宋質(zhì)氣窯化具氣逮SA向CR惱原理卻示意滑圖3研究內(nèi)容及研究方案本項目通過試驗研究和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計算來認(rèn)識CH4、H2、CO等成分單獨與共同作用下的SNCR脫硝反應(yīng)機理，為生物質(zhì)氣化氣為添加劑的SNCR技術(shù)提供理論依據(jù)。3.1試驗裝置和試驗方法試驗在攜帶流反應(yīng)器上進行，試驗系統(tǒng)見圖3，包括模擬煙氣配氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)和煙氣成分分析系統(tǒng)三部分。利用氣瓶氣通過質(zhì)量流量計控制反應(yīng)氣體的組成，配氣系統(tǒng)送出兩股氣流，一股主氣流包含N2、O2和NO，另一股氣流包含NH3和添加劑。這兩股氣流在反應(yīng)系統(tǒng)的預(yù)熱段被加熱至反應(yīng)溫度，然后在反應(yīng)段的入口開始混合反應(yīng)。反應(yīng)段長30cm，內(nèi)徑5cm，反應(yīng)段的溫度分布見圖4。在反應(yīng)段的出口，通過油冷的取樣槍將反應(yīng)后的氣體引出，保證反應(yīng)氣體在取樣過程中不發(fā)生反應(yīng)。NO、NH3、CO和CH4的濃度通過FTIR在線連續(xù)測量，O2的濃度通過電化學(xué)的方法測量。NHNH3和添加劑NOO2N2質(zhì)量流量計控制器煙氣分析儀r排空預(yù)熱段反應(yīng)段取樣槍核圖唉3榴試驗掠系統(tǒng)置示意贏圖熄圖4雖反應(yīng)躲段溫戰(zhàn)度分消布3.2反應(yīng)機理的選擇利用CHEMKIN4.1軟件中PLUG模塊，采用目前描述SNCR反應(yīng)應(yīng)用較多的AA機理和Miller等[3]的GAD98-M99反應(yīng)機理，對NH3選擇性非催化還原NO的化學(xué)動力進行了計算和分析。試驗和反應(yīng)動力學(xué)模擬結(jié)果見圖5-圖7，φ(NO)out/φ(NO)in為出口NO濃度與入口NO濃度的比值?？梢钥闯鰞煞N反應(yīng)機理的數(shù)值模擬結(jié)果和試驗結(jié)果大體吻合，因為計算時反應(yīng)器采用PFR模型沒有考慮氣體混合的過程，而試驗過程中氣體存在混合過程，所以反應(yīng)動力學(xué)模擬得到的NO還原效果要優(yōu)于試驗效果，而GAD98-M99反應(yīng)機理與實驗數(shù)據(jù)吻合得更好。簡圖5談C蛇O作碰添加加劑時嶼模擬只與實圖驗結(jié)圖果序圖6腳咽CH蔬4歉作添煉加劑會時模溪擬與注實驗腰結(jié)果蘇圖7愛庫H曉2并作添脆加劑隨時模暑擬與周實驗獵結(jié)果國圖8忠慣CH戶4刷/C唐O/紀(jì)H屑2遺作復(fù)旨合添沈加劑具時模后擬與熱實驗膊結(jié)果3.3反應(yīng)器模型選擇通常對攜帶流反應(yīng)器上SNCR反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模擬都是采用PFR模型，假設(shè)中心射流和環(huán)形射流在反應(yīng)前充分混合，所以模擬結(jié)果和試驗結(jié)果存在一定偏差。本研究反應(yīng)動力學(xué)計算的反應(yīng)器模型分別采用PFR模型和考慮混合過程的Zwietering模型。殖Zw洲ie突te喪ri舉ng狼提出疾的鬧“藍(lán)最大述混合全模型寶”沃可以珍描述倍攜帶極流反嶺應(yīng)器跑上宏份觀尺怨度的刪混合插過程附[扯4，行5預(yù)]排，理歡論模架型見靈圖惹9遭。膚圖9壺乖Zw般ie宜te嚼ri植ng枯反應(yīng)帖器模喝型兆體怒爺(4難)衛(wèi)定義野90回%的盼環(huán)形燃射流提混入展中心裝射流灰所用丹的時艷間為遷t垮90掛，并惕近似笨認(rèn)為逐t帽90妙為混丘合特柜征時程間撈為：功爆傅(釣5)耍愚筑喪歉濕歲灘票庸楊襯遵勁朋緊嬌宮寨漸反應(yīng)筆器上岡的流確動混盼合棕過程部進行涌模擬油而得鬼到握t走90筆的霜近似僑值。符隨著任環(huán)形考射流禁不斷餅混入帝，耽中心概射流廈的氬盜氣濃少度沿蘋程摩不斷困降低詳。混平合過墊程完稼成后勢，反吹應(yīng)器顆軸線閉上的日氬氣竭濃度媽達到繭最低昆值。夠近似趁認(rèn)為賤反應(yīng)削器軸妥線上慚氬氣辣濃度嬌達到銳反應(yīng)弱器出于口俊(混皂合過瓣程已渾經(jīng)結(jié)折束)禽軸線淚上瞧氬氣用濃度亡的1達10岔%伸的位掠置所矮對應(yīng)庸的綱停留狂時間懂為晴t楚90飛。惑在都10券00與℃綁條件撓下，揀n予(A傭r)怠/廁n眼(N益O)形為1霜.5杠時得故到攜下帶流猜反應(yīng)刊器內(nèi)覽氬氣師濃度陸分布兆，見矩圖匹10累。披在梯Ch邁em戶ki饑n4快.1切軟件躺平臺吼上，現(xiàn)對海PF趣R模廈型和弱Zw睡ie羞te符ri側(cè)ng五模型辭進行最比較杜。雖反應(yīng)去動力振學(xué)計慕算的悔條件擠與實啦驗脾條件兵相同曬。東反應(yīng)思器出舍口N匪O摩沾爾分注數(shù)隨擱反應(yīng)閥溫度努的變?nèi)诨姁簣D溫11員，寇Zw播ie絡(luò)te祖ri抵ng唇模型亡的計埋算結(jié)懇果和淡實驗略符合佛較好祝。筒圖1乖0性1添00埋0譜℃撒時攜過帶流菜反應(yīng)略器內(nèi)檢氬氣騎分布菊盲順圖1隸1慶PF非R模旺型和產(chǎn)Zw問ie切te粱ri鳥ng債模型塔計算禍結(jié)果醒與實頓驗結(jié)希果歉應(yīng)用漫PF蠅R模麻型和清Zw敬ie挑te存ri遞ng掙模型鹽對C別O，冤H扮2活，C掠H愚4尋作為筑單一太添加耍劑影撿響S倘NC干R反欣應(yīng)過幟程進輛行計敞算，特見圖棕12溜、圖稼13眨、圖綢14禍，同揭樣Z裁wi歷et蕉er俱in文g模沈型與首實驗塞結(jié)果椅符合貌較好急。舊圖1閱2俯C蜻H轉(zhuǎn)4趴作為夸添加藥劑兔抗叢渾豆嘆竹逮銷藝禽飄燦植費帆奴換圖賭13蹤懇CO辯作為眨添加制劑安圖1芬4坡H番2壩作為配添加吼劑猶刻堂滋恥瞧醒誕縱票傷雁輛瘡穴圖1蝴5錦CH模4閥/H湖2姻/C冬O復(fù)疼合添堵加劑覽如圖川11奴，無繭添加跟劑時懶，S那NC羨R反肚應(yīng)最植高脫基硝效紋率對鮮應(yīng)的俯溫度踢為9用50陷℃練，如飼圖1累2-腫14利，添起加機CO免險、缺CH脖4置、聰H磨2恭后勾最高族脫硝度效率斜對應(yīng)橋的溫獎度分誤別為燒88吐0鍛℃豬、8全00慈℃石、8途00厚℃慨左右意，旱CH即4價、貧H裳2螺、減CO救這幾遵種典承型的狼生物喪質(zhì)氣謀化氣三成分鞋均可樣以降貧低反賀應(yīng)的央溫度量窗口糠。如暮圖1貓5添嬌加叢CO雞縣、際CH裝4來、衡H旱2正的復(fù)戀合添聰加劑魄時最似高脫毒硝效啟率對蚊應(yīng)的瘋溫度哲為7組50畝℃級左右還，可村見復(fù)融合添豎加劑盒的作紐用要唉大于睜單一殿添加炸劑。喘3.石4塌生物奶質(zhì)氣己化氣牢作為拐添加框劑的直模擬羊計算找生物拖質(zhì)氣飽化過扶程主聚要有濾四大摟系統(tǒng)隱,包錦括進凡料系額統(tǒng)、蘇氣化橫反應(yīng)過系統(tǒng)蜘、氣泳體凈要化系萬統(tǒng)和挑氣體孔利用杯系統(tǒng)據(jù)。中對加寇入體激積分廢數(shù)為花30莫0膛μ秧L/圾L萄生物套質(zhì)氣貨化氣捉時的堅脫硝躬過程缺進行續(xù)了模腳擬計隱算，宋并與喇30汗0需μ勉L/塘L越CH謝4旦作添命加劑尼時的程結(jié)果依進行歡了對惠比，絡(luò)計算子結(jié)果街見圖通15拿。計濁算中風(fēng)分別繼選用孫兩遙種典粘型生銹物質(zhì)塑氣化趨氣拜[遍9臺-利10春]恒，其啞成分柴見表提1。皮表提1蹈生物式質(zhì)氣棵化氣裝成分莫種類誰CO股2跡/雕%獸CO朵/席%誘CH懼4鐵/%藥H鐵2捎/%速O急2膝/%踢N持2申/%玩1助14神20蜂2味14達0況50飲2陶28攤.8叨9鄭37貫.6癥5紀(jì)4.月78鎮(zhèn)27腹.1叮7隨1.轎16渴0唱通過齊圖中崖CH拌4累和減生物炊質(zhì)氣蝶化氣財曲線弊的對悔比可腐以看摸出，漲雖然榴相同棟體積商分?jǐn)?shù)踢的屈生物挖質(zhì)氣戀化氣毒對S智NC謎R溫蹄度窗拒的作相用效嫌果不午如盟CH府4錄那么鄭好，插但可下以通衣過提予高生伍物質(zhì)倚氣化布?xì)鉂饷倍鹊膿Х椒桓纳莆蛊鋵ΤN選CR辱的作寬用效識果。萄由于刃生物攔質(zhì)是飯可再胞生資冒源，甜我國固的生援物質(zhì)哪資源招比較鎖豐富壽，若餡能用奴生物銜質(zhì)替岸代稀孤缺的擋天然抹氣，拒即充嗎分利逮用了冶資源聾，降瞎低N議O剛X殺排放首，又柱降低恨了成身本。邪圖1錄5蹦生播物質(zhì)亭氣化迫氣添觀加劑周與C浮H4早添加膊劑的搏模擬禮結(jié)果晨比較倍3.星5綿生物鴉質(zhì)作歌為添轟加劑身的S唉NC詳R工賓程應(yīng)煙用方國案曲為了雅解決刪現(xiàn)有價的狡選擇養(yǎng)性非炒催化檔還原家方法寨存在顏的四溫度臉窗口越狹窄積、在狠低溫痰區(qū)脫攀硝率增低的總問題兼，餡提出懷一種欲生物抬質(zhì)氣奉化氣沙霧化肉的生選擇攜性非耳催化藏還原愿方法菊。鄉(xiāng)SN督CR呆系統(tǒng)刃將氨胡基還泰原劑財溶液遍充入薦氨基剪還原鐮劑溶歡液管童道1戰(zhàn)內(nèi)，帳通過簡多個加噴槍編3將羨氨基屑還原定劑溶后液噴賓入亮折焰次角6熟附近仗的浸爐膛孟5和尼水平捷煙道靠9內(nèi)快，將怒壓縮豆空氣礙作為凈霧化巾介質(zhì)謝經(jīng)葛霧化好介質(zhì)刊與氨慈基還櫻原劑助溶液胖一起療噴入佩爐膛銳5和怨水平膛煙道鋒9內(nèi)撒；將扶生物困質(zhì)氣利化裝竟置1競4產(chǎn)木生的君生物礦質(zhì)氣故化氣群充入頃生物萍質(zhì)豆氣化圈氣管禮道1謙8內(nèi)勸，經(jīng)盲加壓且裝置悟15斯加壓錦至0諸.5錄MP凈a～件0.約8M佛Pa織后進司入氣茂體添柏加劑僑管道異17土，氣案體添甲加劑僚管道遇17另內(nèi)的鬼生物險質(zhì)氣田化氣象與坦壓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