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煤粉先进再燃脱硝的试验研究与化学动力学模拟

作　者: 张健强
导　师: 邱朋华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 氮氧化物(NOx) 煤粉先进再燃脱硝试验研究化学动力学模拟
分类号: TQ534.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

燃煤电站锅炉产生的氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一。随着环保要求的逐渐提高,燃煤电站烟气脱硝迫在眉睫,急需成本低廉、高效的脱硝技术。将再燃与SNCR结合起来的先进再燃技术具有很好的技术、经济优势,有望成为我国控制燃煤电站NOx排放的主流技术。本文首先通过在两段反应式一维燃烧反应器上进行了煤粉再燃、SNCR和煤粉先进再燃脱硝试验,研究再燃区化学当量比(SR)、煤粉再燃比(RFP)、再燃区温度(T1)、NH3/NO摩尔比(NSR)以及停留时间(τ)对煤粉先进再燃脱硝的影响规律,并分析再燃区出口条件对反应体系下游的NOx还原反应的影响。试验结果表明:综合考虑,SR=0.8左右较适合整体先进再燃脱硝;SR=0～0.6范围内时,RFP=25%的先进再燃的脱硝效率最高,SR=0.8～1.2范围内时,RFP=15%的先进再燃的脱硝效率最高;再燃燃料与氮还原剂的投入量存在一个最优配比值,T1=1250℃,T2=900℃条件下,RFP=20%,NSR=1时,先进再燃的脱硝效率最高,RFP=10%,NSR=1.5时,先进再燃的脱硝效率最高;先进再燃的T1最佳值为1100℃;再燃段出口中NO、NH3、CH4、CO、HCN是影响先进再燃脱硝效率的主要气体成分,研究表明,CH4、CO、HCN三种气体均对先进再燃脱硝反应有促进作用,其中,CH4和HCN对先进再燃的影响最大,而CO的影响相对较小。然后本文整合已有的再燃和SNCR反应机理,应用Chemkin软件建立化学动力学模型,模拟煤粉先进再燃同相反应过程,将试验结果与模拟结果进行对比,验证整合机理的正确性与可用性。最后通过对煤粉先进再燃的生成率分析,研究了重要基元反应、重要反应物等对脱硝效率的影响,并通过归一化的生成率系数描述了脱硝反应的进行过程,绘制先进再燃反应脱硝路径,并与已有的再燃反应、SNCR反应脱硝路径进行比较。结果表明:先进再燃脱硝反应是以氨基为主导、再燃燃料起重要作用的还原反应,三种脱硝过程中起作用的物质、重要的中间产物、重要的活性基团等都发生了变化,但NH2是三种过程中共同的重要中间产物,OH是三种反应中共同的重要活性基团。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 课题背景及研究意义  9-11
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 研究意义  10-11
  1.2 NOx 排放控制技术  11-17
    1.2.1 SNCR 脱硝技术  11-14
    1.2.2 再燃脱硝技术  14-16
    1.2.3 先进再燃脱硝技术  16-17
  1.3 国内外先进再燃技术研究现状  17-22
    1.3.1 国外先进再燃技术研究现状  18-21
    1.3.2 国内先进再燃技术研究现状  21-22
  1.4 课题研究内容  22-23
第2章试验系统及试验方案介绍  23-40
  2.1 试验系统介绍  23-37
    2.1.1 配气系统  25-27
    2.1.2 给粉系统  27-29
    2.1.3 预热系统  29-30
    2.1.4 反应器主体  30-32
    2.1.5 温度测量及控制系统  32-34
    2.1.6 取样及分析系统  34-37
    2.1.7 水冷系统  37
    2.1.8 排污系统  37
  2.2 试验方案介绍  37-39
    2.2.1 试验煤样制备  37-38
    2.2.2 试验氨气  38
    2.2.3 试验方法  38
    2.2.4 试验工况  38
    2.2.5 试验启动步骤  38-39
  2.3 本章小结  39-40
第3章煤粉先进再燃脱硝试验研究  40-53
  3.1 先进再燃脱硝影响因素研究  40-48
    3.1.1 再燃区化学当量比的影响  40-42
    3.1.2 煤粉再燃比的影响  42-44
    3.1.3 温度的影响  44-46
    3.1.4 NH3/NO 摩尔比的影响  46-47
    3.1.5 停留时间的影响  47-48
  3.2 先进再燃过程中主要气体组分变化规律研究  48-52
    3.2.1 改变再燃区化学当量比时气体组分的变化  48-50
    3.2.2 改变再燃区温度时气体组分的变化  50-51
    3.2.3 改变停留时间时气体组分的变化  51-52
  3.3 本章小结  52-53
第4章先进再燃脱硝过程化学动力学模拟  53-67
  4.1 化学动力学模拟的基本方法  53-57
    4.1.1 Chemkin 介绍  53-57
  4.2 先进再燃区还原NO 的动力学模型  57-62
    4.2.1 机理描述  57
    4.2.2 计算模型及其假设  57-58
    4.2.3 反应动力学模型  58-60
    4.2.4 模型验证  60-62
  4.3 化学动力学分析  62-66
    4.3.1 生成率分析方法介绍  62
    4.3.2 先进再燃的生成率分析  62-65
    4.3.3 再燃、SNCR、先进再燃脱硝路线比较分析  65-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-77
致谢  77

煤粉先进再燃脱硝的试验研究与化学动力学模拟

内容摘要

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