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NH_3/HCl对燃煤烟气中NO及重金属汞影响特性的研究

作　者: 章玲
导　师: 潘卫国
学　校: 上海电力学院
专　业: 热能工程
关键词: SNCR 汞联合脱除实验研究数值模拟
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文首先综述了燃煤过程中NOx的形成和重金属汞的转化及其排放现状和控制技术,以及选择性非催化还原法（即SNCR）脱硝和汞形态转化的影响因素及其数值模拟的研究现状。在此基础上,搭建了满足实验研究所需的一套水平管式电阻炉实验台,并对SNCR脱硝和汞的形态转化特性进行了实验研究。研究结果表明:随着温度的升高,其脱硝率和单质汞的转化率均先上升后下降,并存在一个最佳温度;脱硝率和汞转化率均随着停留时间的增加而不断增加;随着烟气中氧气浓度的上升,SNCR脱硝率不断下降,而汞形态转化率不断上升;随着氨氮比（即NSR值）的增加,其脱硝率不断增加,但逸出的氨量也在增加;汞形态转化率随着HCl量的增加而上升,另外,氯化作用对单质汞形态的转化率影响明显比单质汞单纯地被O2氧化影响大。联合SNCR脱硝和汞形态转化的实验研究结果中还发现,在400℃～650℃的低温段内,随着温度的变化,其脱硝效率变化平稳;脱硝率随着氧气浓度的增加而不断增加,其最大脱硝率可达36.2%。联合反应中,单质汞的最大转化率和SNCR的最大脱硝率均有所降低。针对N`H₃/HCl对燃煤烟气中NO及重金属汞影响特性进行了多因素的正交实验研究,主要考察温度、NSR值、氧气浓度和HCl量四个因素对脱硝率和汞转化率的影响程度。利用CHEMKIN 4.1和FLUENT 6.2两软件对SNCR脱除NO和汞形态转化中NSR值和HCl量等因素的影响程度及其模型的温度场、浓度场等进行模拟。化学热力学平衡计算表明,烟气中NOx主要以NO存在为主,而NO2和N2O的生成量相对很少。HgO的生成量始终很小,温度较低时HgCl₂为汞的主要产物,温度较高时,Hg为主要产物。另外,随着烟气中HCl量的升高,Hg向HgCl₂转变的温度区间越高,氯化汞作为稳定相的温度范围也越宽,且HgO含量有所降低。由反应动力学模拟可知,随着温度的升高,反应器出口NO的浓度先是下降而后又上升;而反应器出口N`H₃浓度则是不断降低;在相同的NSR值情况下,NO的最大脱除效率随着NO初始浓度的升高而升高;随着NSR值的升高,反应器出口NO的浓度不断下降,N`H₃的浓度则始终急剧增加。HgO的含量随着烟气中氧气量的增加而升高,HgCl₂含量随着HCl量的增加而升高;温度为700K时元素汞的转化率最高可达80%以上;另外,HgCl₂含量占汞转化率的比例很大。最后,进行了数值模拟,经对比分析,实验研究过程中大部分的研究结论与数值模拟结果相吻合。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-26
  1.1 前言  12-13
  1.2 燃煤过程中NO_x 的形成和重金属汞的转化及排放  13-18
    1.2.1 氮氧化物的危害  13
    1.2.2 氮氧化物的生成机理  13-16
    1.2.3 汞的性质及危害  16-17
    1.2.4 燃烧过程中重金属汞的转化  17-18
  1.3 燃煤过程中氮氧化物排放控制技术的研究现状  18-22
    1.3.1 低氧燃烧  18-19
    1.3.2 空气分级燃烧  19
    1.3.3 燃料分级燃烧  19-20
    1.3.4 烟气再循环  20-21
    1.3.5 低NO_x 燃烧器  21
    1.3.6 炉膛喷射脱硝  21
    1.3.7 烟气脱硝技术  21-22
  1.4 燃煤过程中汞排放控制技术的研究现状  22-24
    1.4.1 燃烧前脱汞  22
    1.4.2 燃烧中脱汞  22-23
    1.4.3 燃烧后尾部烟气脱汞  23-24
  1.5 本文主要研究内容和研究方法  24-26
    1.5.1 研究内容  24
    1.5.2 研究方法  24-26
第二章选择性非催化还原法控制NOX 排放及汞形态转化的影响因素的研究现状  26-32
  2.1 引言  26
  2.2 影响SNCR 脱除NO 的因素  26-27
    2.2.1 还原剂喷入点的选择  26
    2.2.2 合适的停留时间  26-27
    2.2.3 适当的NH_3/NO 摩尔比（即NSR 值）  27
    2.2.4 还原剂和烟气的充分混合  27
    2.2.5 氧气浓度的影响  27
  2.3 影响汞形态转化的主要因素  27-29
    2.3.1 燃烧温度的影响  27-28
    2.3.2 烟气气氛的影响  28
    2.3.3 停留时间的影响  28
    2.3.4 烟气成分的影响  28-29
  2.4 采用数值模拟方法研究SNCR 和汞形态转化的现状  29-30
    2.4.1 有关SNCR 脱硝的数值模拟研究  29-30
    2.4.2 有关汞形态转化的数值模拟研究  30
  2.5 本章小结  30-32
第三章燃煤污染物NO、HG 控制实验系统与试验分析方法  32-42
  3.1 引言  32
  3.2 实验系统介绍  32-37
    3.2.1 汞蒸气发生系统  33
    3.2.2 配气系统  33-34
    3.2.3 水平电阻炉以及温控系统  34-35
    3.2.4 气体分析系统  35-36
    3.2.5 尾气净化系统  36-37
  3.3 实验系统的调试与管式炉的温度标定  37-38
    3.3.1 实验系统的调试  37
    3.3.2 管式炉的温度标定及其误差分析  37-38
  3.4 实验工况  38-40
  3.5 实验分析方法  40
    3.5.1 脱硝率以及Hg~0 形态转变率的计算方法  40
    3.5.2 氨逃逸量的确定  40
  3.6 实验中应注意的问题  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 NH_3/HCL 对烟气中NO 脱除和汞形态转化特性的实验研究  42-60
  4.1 引言  42
  4.2 烟气中SNCR 脱除NO 的实验研究  42-46
    4.2.1 温度对SNCR 脱除NO 的影响  42-43
    4.2.2 NSR 值对SNCR 脱除NO 的影响  43-44
    4.2.3 氧气浓度对SNCR 脱除NO 的影响  44-45
    4.2.4 停留时间对SNCR 脱除NO 的影响  45-46
  4.3 烟气中HCL 对汞形态转化特性的实验研究  46-49
    4.3.1 温度对汞形态转化特性的影响  46-47
    4.3.2 HCl 量对汞形态转化特性的影响  47-48
    4.3.3 氧气浓度对汞形态转化特性的影响  48
    4.3.4 停留时间对汞形态转化特性的影响  48-49
  4.4 联合脱硝与汞形态转化的实验研究  49-55
    4.4.1 温度对联合SNCR 脱硝与汞形态转化的影响  50-51
    4.4.2 氧气浓度对联合SNCR 脱硝与汞形态转化的影响  51-52
    4.4.3 HCl 量对联合SNCR 脱硝与汞形态转化的影响  52-53
    4.4.4 NSR 值对联合反应中SNCR 脱硝的影响  53-54
    4.4.5 停留时间对联合反应中SNCR 脱硝的影响  54-55
  4.5 多因素的正交实验  55-57
    4.5.1 不同温度段内的正交实验表  55-56
    4.5.2 正交实验的结果及其分析  56-57
  4.6 本章小结  57-60
第五章 NH_3/HCL 对燃煤烟气中NO 和汞形态转化特性的数值模拟  60-72
  5.1 引言  60
  5.2 燃煤烟气中NO_x 和汞的化学热力学平衡分析  60-63
    5.2.1 燃煤烟气中NO_x 的化学热力学平衡分析  60-61
    5.2.2 燃煤烟气中汞的化学热力学平衡分析  61-62
    5.2.3 燃煤烟气中联合SNCR 和Hg 形态转化的化学热力学平衡分析  62-63
  5.3 燃煤烟气中NO 和汞的化学反应动力学分析  63-68
    5.3.1 燃煤烟气中NO 的化学反应动力学分析  64-66
    5.3.2 燃煤烟气中汞的化学反应动力学分析  66-68
  5.4 基于FLUENT 6.2 软件对汞模型的模拟  68-70
  5.5 试验和模拟结果的比较与分析  70-71
  5.6 本章小结  71-72
第六章全文总结  72-76
  6.1 本文主要结论  72-73
  6.2 创新点  73-74
  6.3 展望  74-76
致谢  76-78
参考文献  78-83
攻读学位期间取得的研究成果  83

NH_3/HCl对燃煤烟气中NO及重金属汞影响特性的研究

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