专科毕业设计论文模板(2012年).doc

密 级 单位代码 10422 分 类 号 学 号 专科毕业论文 论文题目 制粉系统常见故障及解决措施 作者姓名 专业热能与动力工程热能与动力工程 指导教师姓名 专业技术职务李英杰李英杰 副教授副教授 2012 年 9 月 25 日 山东大学毕业设计 论文 成绩评定表山东大学毕业设计 论文 成绩评定表 学院 能源与动力工程学院 专业 热能与动力工程 年级 姓 名设计 论文 成绩 设计 论文 题目 指 导 教 师 评 语 评定成绩 签名 年 月 日 评 阅 人 评 语 评定成绩 签名 年 月 日 答 辩 小 组 评 语 答辩成绩 组长签名 年 月 日 注 设计 论文 成绩 指导教师评定成绩 30 评阅人评定成绩 30 答辩成绩 40 目 录 i 目目 录录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 绪绪 论论 1 1 1 课题背景 1 1 2 火电厂氮氧化物排放控制标准与排放现状 2 2 氮氧化物生成机理和排放控制技术氮氧化物生成机理和排放控制技术 6 2 1 引言 6 2 2 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素 7 2 3 低 NOx燃烧技术 10 2 3 1 低氧燃烧 11 2 3 2 空气分级燃烧 11 2 3 3 烟气再循环 12 3 先进再燃过程中氮氧化物还原机理研究先进再燃过程中氮氧化物还原机理研究 13 3 1 引言 13 3 2 先进再燃脱硝机理 13 3 2 1 再燃机理 13 3 2 2 SNCR 机理 16 4 再燃与再燃与 SNCR 脱硝优化试验研究脱硝优化试验研究 17 4 1 引言 17 4 2 试验系统与试验方法 18 4 2 1 试验系统 18 5 全文总结与建议全文总结与建议 19 5 1 论文主要结论 19 5 2 未来研究建议 19 参考文献参考文献 20 致谢致谢 22 摘 要 I 摘摘 要要 我国煤炭资源相对丰富 能源消费以煤为主 电力生产以火力发电为主 发电 用煤占原煤消耗总量的近 50 燃煤锅炉排放的氮氧化物是造成大气环境污染的主 要物质之一 十多年来 我国火电氮氧化物排放总量逐年增加 污染日益严重 我 国火电厂用煤种类多 劣质煤较多 煤质多变 火电机组容量庞大 锅炉燃烧方式 多样 不同时期建设的机组 NOx控制标准不同 单一低 NOx燃烧技术脱硝效率较低 尚不能满足控制要求 而烟气脱硝技术投资运行成本很高 煤灰对 SCR 催化剂的影 响 以及 SCR 引起 SO3排放增加为采用 SCR 技术带来难以预料的风险和挑战 目前 我国拥有自主知识产权且成熟的脱硝技术不多 而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 我国已经对各种脱硝技术展开广泛研究 其中再燃与 SNCR 相结合的先进再燃脱硝技术显示出成本较低 脱硝效率高的优势 可以成为 适合我国国情的可选脱硝技术之一 本论文采用理论分析 反应动力学模拟 实验研究等方法对再燃 SNCR 和先 进再燃脱硝特性进行系统研究 本研究为完善先进再燃脱硝技术提供理论基础 对先进再燃脱硝数值模拟和工 程应用具有指导意义 关键词 关键词 先进再燃 脱硝 机理 反应动力学模拟 再燃 山东大学专科毕业设计论文 II ABSTRACTABSTRACT Coal resource is comparative rich in China and coal plays an important role in energy consumption Electricity generated by coal fired power plants keeps the dominant in the electricity frame coal burned by thermal power plants occupies half total amount of raw coal consumption approximately NOx emission from coal fired boilers is one of main substances polluted atmosphere and environment In recent 10 years total amount of NOx emission from coal fired plant increases year by year pollution becomes severe gradually Coal burned by thermal power plant covers many types quality of which is diversified The generating unit capacity of coal fired plant is huge and types of boilers are various The regulation of NOx emission control is diverse for different plants built in different epochs The NOx removal efficiency of a single low NOx techonology is rather low which can not satisfy the regulation of NOx control for many plants the investment and operating cost of post combustion NOx control technology is too expensive effect of ash on the SCR catalyst and additional SO3 emission caused by catalyst bring many unthinkable risk and challenges Presently our country has few mature NOx control technologies with self dominated intellectual property right facing the urgent post combustion NOx control for coal fired plant It is required to develop the low cost and high efficiency NOx control technology All kinds of NOx reduction technologies have been investigated widely in our country Advanced reburning integrated reburning with selective non catalytic reduction SNCR has some advantages of low cost and high efficiency which may become one of the optional NOx control technologies adapted to the situation of coal fired plants Keywords advanced reburning NOx reduction mechanism chemical kinetics modeling reburn selective non catalytic reduction 1 绪 论 1 1 1 绪绪 论论 1 11 1 课题背景课题背景 能源和环境是人类社会生存发展的物质基础 两者的协调发展是实现社会可持 续发展的重要保证 目前 我国是世界第二大能源生产国和第二大能源消费国 而 人均能源资源占有量远低于世界平均水平 其中煤炭资源仅约为世界人均水平的 50 石油 天然气分别约为 10 5 我国煤炭资源相对丰富 能源消费以煤为主 煤 炭消费占到能源消费总量的 68 9 近年来 我国火电设备容量占发电设备总容量的 75 左右 火电占总发电量的 82 左右 见表 1 1 2006 年全国发电消耗原煤 11 4 亿吨 占原煤消耗总量的 48 预计 2010 年发电用煤仍占煤炭一次需求量的 50 左 右 1 2 表表 1 1 2000 年年 2006 年我国电力装机容量与发电统计表年我国电力装机容量与发电统计表 年度 发电装机容 量 MW 装机容量年增 长比例 火电装机 容量 MW 火电装机容 量比例 总发电量 108kWh 年增长比 例 火电量 108kWh 火电比 例 2000319 3216 88237 54074 3913 68510 9811 07980 96 2001338 4876 00253 01274 7514 8398 4312 04581 17 2002356 5715 34265 54774 4716 54211 4713 52281 74 2003391 4089 77289 77174 0319 05215 1815 79082 88 2004440 70012 59324 90073 7221 87014 8018 07382 64 2005517 18516 91391 37575 6724 97513 8220 43781 83 2006622 00020 3484 05077 8228 34413 523 57383 17 数据取自中国电力企业联合会发布的年度全国电力工业统计快报 对应我国能源消费以煤为主 发电以火电为主的现状 燃煤造成的污染 硫氧 化物 氮氧化物 碳氧化物和烟尘等 已成为我国环境污染的重点 2005 年我国二 氧化硫排放量达到 2549 万吨 居世界第一 而火电行业是二氧化硫排放的主要来源 根据 2005 年我国汽车和火电行业的增长可推算出氮氧化物排放总量可达到 2000 万 吨左右 电力行业排放量约占一半 近几年 二氧化硫 氮氧化物排放逐年持续增 加致使酸雨污染覆盖近 30 的国土面积 酸雨频度和污染强度逐年加重 而且 我 山东大学专科毕业设计论文 2 国城市大气污染日益严重 2005 年监测的 522 个城市中 空气质量达到一级标准的 城市 22 个 占 4 2 二级标准的城市 293 个 占 56 1 三级标准的城市 152 个 占 29 1 劣于三级标准的城市 55 个 占 10 6 颗粒物是影响空气质量 的首要污染物 40 5 的城市颗粒物超过二级标准 超过三级标准的城市占 5 5 二氧化硫年均浓度达到国家二级标准 0 06 mg m3 的城市占 77 4 超过国家三级 标准 0 106 mg m3 的城市占 6 5 所有统计城市的二氧化氮浓度均达到二级标准 0 08 mg m3 氮氧化物是与二氧化硫并列造成大气污染和酸雨的重要污染物 酸 雨污染加重和空气中氮氧化物浓度不断升高 与我国迅猛增长的汽车和火电行业密 切相关 我国在 十一五 期间 重点全面推进燃煤发电厂脱硫工程 鼓励燃煤发电厂 减排氮氧化物 尽管现行 火电厂大气污染物排放标准 GB13223 2003 对不同 时期的火电厂建设项目提出了氮氧化物排放控制要求 氮氧化物排污费为 0 63 元 千 克 但众多现役机组排放浓度超过标准限值 且排污费远远低于污染物控制成本 因此 我国相对廉价的火电为国民经济快速发展提供保障的同时 也为环境带来了 严重污染与破坏 使国民经济间接遭受巨大损失 要实现能源利用与环境保护的协调发展 实现社会的可持续发展 发展科学技 术是唯一出路 基于我国燃煤发电和煤烟型污染的现状 研究投资运行成本低廉的 燃煤污染物控制技术迫在眉睫 1 21 2 火电厂氮氧化物排放控制标准与排放现状火电厂氮氧化物排放控制标准与排放现状 煤燃烧生成的氮氧化物 NOx 主要是指 NO NO2和 N2O 其中 NO 占 90 以 上 NO 排入大气后逐渐与大气中的氧或臭氧结合生成 NO2 NO2参与酸雨和光化学 烟雾的形成 破坏区域生态环境和危害人体健康 在阳光作用下 部分 NO2和氧或 臭氧进一步反应生成 N2O 同 CO2一样引起温室效应 并会破坏高空臭氧层 直接 影响全球生态环境 氮氧化物被世界各国确认为大气的主要污染物之一 各国都制定了 NOx排放法 规 德国在 1984 年就限定 300 MW 及以上的燃煤机组 NOx排放量不得超过 200 mg Nm3 日本从 1987 年起实行的排放标准为 410 mg Nm3 前苏联从 1993 年起执行 的排放标准为 240 mg Nm3 很多发达国家尽管近一二十年来能源的消费量不断增加 但由于采取了严格的排放控制标准和治理措施 其 NOx排放量保持得相当稳定 3 1 绪 论 3 随着科技发展和对环境保护的意识增强 近几年 NOx的排放标准在全世界更趋严格 欧盟最新的 NOx 排放限度已成为法律条文 其中规定 300MW 以上容量的新电厂 锅炉必须达到 200mg Nm3 的排放标准 见表 1 2 美国环保署 EPA 在 22 个州 制定了 NOx排放量要降低 25 的规定 基本要求是 2003 年 22 个州的公用事业发电 厂在 5 9 月的 臭氧季节 必须达到 190 mg Nm3 氧分数 6 的排放标准 4 表表 1 2 欧盟固体燃料欧盟固体燃料 NOx排放限度排放限度 类别机组容量限度 6 O2 mg m 3 现有新电厂 20MW650 未来新电厂 50 100 MW 100 300 MW 300 MW 400 300 200 现有电厂 50 500 MW 500 MW 450 350 我国 1996 年颁布的 火电厂大气污染物排放标准 GB13223 96 规定 对 1997 年 1 月 1 日起环境影响报告书中待审查批准的新 扩 改建火电厂 蒸汽量在 1000 t h 以上的固态排渣煤粉炉 NOx排放量不得超过 650 mg Nm3 2003 年 12 月 23 日发布 火电厂大气污染物排放标准 GB13223 2003 于 2004 年 1 月 1 日 执行 规定不同时段的火电厂 NOx最高允许排放浓度按表 1 3 规定执行 2003 年 2 月 28 日 排污费征收使用管理条例 由第 369 号国务院令发布 自 2003 年 7 月 1 日起实施 二氧化硫排污费标准 2003 年 7 月 2004 年 7 月和 2005 年 7 月开始分别为 0 21 元 千克 0 42 元 千克和 0 63 元 千克 氮氧化物排污费自 2004 年 7 月 1 日开始征收 标准为 0 63 元 千克 我国现行标准不仅与发达国家标准存在较大差距 而且众多现役机组尚不能达 标排放 根据文献 5 报道 我国燃煤电站锅炉的排放范围为 600 1200 mg Nm3 固态 排渣煤粉炉 850 1 150 mg Nm3 液态排渣煤粉炉 对于 300 MW 四角切圆的 燃烧炉 NOx排放量为 610 830 mg Nm3 而旋流器墙式布置的锅炉 一般增大 25 左右 表 1 4 表 1 5 和表 1 6 为我国 300 600 MW 机组的 NOx排放情况 燃用烟煤 的 300 MW 机组切圆燃烧锅炉采用低 NOx措施后 其 NOx排放量较少 能在允许标 山东大学专科毕业设计论文 4 准范围内 但燃用贫煤时 NOx排放量普遍超标 燃用烟煤的旋流燃烧器墙式锅炉也 往往超标 表 1 5 W 火焰锅炉大多超标 孙旭光等 6 对山东电网内 23 个火电厂的 49 台锅炉进行了 NOx排放量普查测试 表 1 7 其中 300 MW 及以上容量的机组 26 台 锅炉形式包含了各种炉型 煤 种和燃烧器等 测试锅炉台数占山东电网所有锅炉的 42 6 测试机组容量占电网总 容量的 53 7 按煤种分类 NO2平均排放浓度值无烟煤为 1650 mg Nm3 贫煤为 1 060 mg Nm3 烟煤为 850 mg Nm3 褐煤为 530 mg Nm3 其中 300 MW 及以上容量 的大机组由于普遍采用了分级送风等低 NOx燃烧技术 NOx排放浓度相对较小 125 MW 容量的常规机组 NOx排放浓度较大 所有炉型中 循环流化床锅炉的 NOx排放 浓度最小 另外 燃煤锅炉 NOx排放还受煤质 机组负荷 运行参数的影响 表表 1 3 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度 单位 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度 单位 mg Nm3 时 段第 1 时段第 2 时段第 3 时段 实施时间2005 年 1 月 1 日2005 年 1 月 1 日2004 年 1 月 1 日 Vdaf 20 1100650 150 燃油锅炉650400200 燃油 150 燃汽轮机组 燃气 80 本标准分三个时段 对不同时期的火电厂建设项目分别规定了排放控制要求 1 1996 年 12 月 31 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的新建 扩建 改建 火电厂建设项目 执行第 1 时段排放控制要求 2 1997 年 1 月 1 日起至本标准实施前通过建设项目环境影响报告书审批的新建 扩建 改 建火电厂建设项目 执行第 2 时段排放控制要求 3 自 2004 年 1 月 1 日起 通过建设项目环境影响报告书审批的新建 扩建 改建火电厂 建设项目 含在第 2 时段中通过环境影响报告书审批的新建 扩建 改建火电厂建设项目 自批 准之日起满 5 年 在本标准实施前尚未开工建设的火电厂建设项目 执行第 3 时段排放控制要 求 2 氮氧化物生成机理和排放控制技术 5 2 2 氮氧化物生成机理和排放控制技术氮氧化物生成机理和排放控制技术 2 12 1 引言引言 化石燃料燃烧产生的 NOx包括燃料型 NOx和热力型 NOx 前者为燃料中的氮化 合物氧化形成 后者为空气中的氮气氧化而成 燃料中含氮量不同以及氮元素在燃 料中的赋存形态不同和燃烧方式的不同 两种 NOx的比例有很大区别 对于煤燃烧 过程 燃料型 NOx占主要 煤中氮的含量和氮化合物的存在形式因煤的种类不同相差很大 产地不同的同 类型煤含氮量也有很大差异 一般煤中的含氮量一般在 0 3 3 5 之间 主要来源 于形成煤的植物中的含氮有机物 煤中氮原子均存在于煤的芳香环结构中 其赋存 形态未吡啶氮 0 20 吡咯氮 50 80 和季铵氮 0 13 煤中氮的化 学结合形式不同 在燃烧时分解特性不同 也就决定了 NOx氧化 还原反应过程和 最终的 NOx生成量 8 煤燃烧过程包括初期挥发分的热解析出和剩余固体物的燃烧 挥发分主要包括 焦油 碳氢化合物气体 CO CO2 H2 H2O HCN 等 煤中氮在燃烧热解的转化 中随挥发分释放主要转化为 NH3 HCN 和少量的 HNCO 等气态 NOx前驱物 N2 焦油氮和焦炭氮 它们在后续的燃烧中转变为 NOx 而燃烧过程中 NOx的总排放量 和其前驱物 NH3 HCN 的释放有很大关系 因此 弄清楚燃烧过程中 NH3 HCN 的 形成特点及其生成的影响因素对于开发燃料型 NOx控制技术十分重要 根据煤燃烧过程中的氮氧化物生成机理及其影响因素 改变燃烧条件降低燃烧 过程中的 NOx生成 称之为低 NOx燃烧技术 另外 根据 NOx的破坏机理将燃烧后 的 NOx还原成 N2 称之为烟气脱硝技术 低 NOx燃烧技术包括 低氧燃烧 空气分 级 烟气再循环 浓淡偏差燃烧 低 NOx燃烧器 燃料分级 再燃 等 该类技术的 改造和运行费用较低 但是降低 NOx幅度有限 烟气脱硝技术主要包括 选择催化 还原法 SCR 选择非催化还原法 SNCR SNCR SCR 组合技术 活性炭法 AC SNOX DESONOX 法等 该类脱硝方法可以取得较高的脱硝效率 但初投 资和运行成本很高 9 上述脱硝方法很难兼顾脱硝成本和脱硝效率两个方面 而把上述方法复合可以 实现高效低廉地控制 NOx排放 如低 NOx燃烧器与再燃结合 再燃与 SNCR 结合 山东大学专科毕业设计论文 6 先进再燃技术 目前 常规先进再燃可达到 80 以上的脱硝效率 其技术示范 应用于美国的 105 MW 的 NYSEG Greenidge 电站 10 先进再燃脱硝成本约为 SCR 技 术的一半 在先进再燃过程中喷入再燃添加剂 SNCR 添加剂进一步提高脱硝效率 甚至通过添加剂的作用可实现固硫 脱硝 脱除重金属等 因此 先进再燃脱硝技 术适合我国国情 具有较好的发展前景 本章简要分析燃煤过程中 NOx生成机理和影响因素 简述各类低 NOx燃烧技术 和烟气脱硝技术 重点综述再燃 SNCR 先进再燃脱硝技术发展及其相关联合脱硫 脱硝技术 2 22 2 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素煤燃烧过程中氮氧化物生成机理及影响因素 大量研究认为 燃烧过程中生成的 NOx有三种类型 热力型 快速型和燃料型 影响燃烧中 NOx生成的因素有燃料特性如煤种 含氮量 含氮物质结构 颗粒粒径 等 运行条件如燃烧方式 负荷 温度 氧量 反应 停留 时间等 1 热力型 NOx 热力型 NOx主要源于燃烧过程中温度高于 1800 K 时氮气被氧化成 NO 其反应 机理如下 N2 O NO N 2 1 N O2 NO O 2 2 N OH NO H 2 3 式 2 1 2 2 称为捷里德维奇 Zeldovich 模型 式 2 1 2 3 称为扩大的捷 里德维奇模型 其生成过程是一个不分支连锁反应 氮原子只能从式 2 1 中产生 而不能通过氮分子分解得到 空气中氮分子 N N 键能为 946 kJ g 1 mol 1比一般有机 化合物中的 C N 键能 一般为 252 630 kJ g 1 mol 1 大的多 故式 2 1 的反应活化 能大 控制着反应速度 是整个连锁反应的关键反应 在富燃料的火焰中 N 和 OH 生成的 NO 的反应也很重要 即式 2 3 热力型 NOx的反应时间很短暂 通常只需要微秒的十分之一 但是生成量取决于温度水平 停留时间和氧原子浓度 根据文献 11 燃烧过程中 NO 的浓度近似表示为 2 4 12 NO 2 N O d k dt 假设在氧气的分解反应平衡状态有 1 2O2 O 平衡常数为 k0 即 O k0 O2 1 2 则 2 氮氧化物生成机理和排放控制技术 7 2 5 1 2 1022 NO 2 N O d k k dt 式中 12 k1为式 2 1 反应常数 X 为 X 的摩尔浓度 14 10 542000 2 3 10exp k kk RT A mol cm 3 t 为时间 s T 为绝对温度 K R 为通用气体常数 J mol 1 K 1 可以看出热力型 NOx主要影响因素为温度和氧浓度 当温度小于 1 800 K 时 NO 生成量很少 而当温度高于 1 800 K 时 温度每增加 100 K 反应速率增加 6 7 倍 另外 反应对 O 原子敏感 试验结果表明 化学当量比 1 0 的时候 热力 NOx 为 0 在化学当量比 1 2 条件下 热力 NOx少于总 NOx的 15 在煤粉燃烧过程中 热力型 NOx占总 NOx排放量的 15 25 在工程实践中 采用烟气再循环 浓淡燃 烧 水蒸气喷射以及高温空气燃烧技术都是利用上述机理抑制热力型 NOx生成的措 施 2 快速型 NOx 快速型 NOx是碳氢燃料在过量空气系数1 主燃燃料由途径 a 氧化生成 NO HCN 和 NHi仅仅是中间产物 当向再燃区喷入再 燃燃料时 喷入的再燃燃料产生 CHi CnHm CO H2 HCCO 等 其中 CHi等含碳 基团与 NO 反应形成含有 C N 键的结合基团 HCN CN 等 这些结合基团又会 进一步形成含氮物质 NH2 NH 和 N 由于过量空气系数小于 l 反应主要通过 途径 b 进行 进而含氮物质能够与 NO 反应形成分子氮 从而实现再燃燃料将 NOx 还原的目的 在这些反应中 CHi等与 NO 之间的相互作用是非常重要的 3 先进再燃过程中氮氧化物还原机理研究 15 图图3 1 NO生生成成与与还还原原反反应应的的主主要要途途径径 在富燃料的条件下 HCN 的形成与 CHi的浓度有很大关系 其主要途径为 CHi NO HCN 3 15 反应产生的 HCN 通过下列反应最终还原成 N2 HCN O NCO H 3 16 NCO H NH CO 3 17 NH H N H2 3 18 N NO N2 O 3 19 但是 在贫燃料条件下 CHi会与氧等物质通过如下反应形成 CO CHi O CO H 3 20 反应 3 15 和 3 20 竞争消耗 CHi 在富氧条件下 反应 3 20 占优势 从而抑制 反应 3 15 的发生 不利于 NOx的还原 因此 再燃区维持过量空气系数为 0 7 0 9 左右的目的就是使 CHi与 NO 充分反应 而尽量减少 CHi与氧的反应 3 2 23 2 2 SNCRSNCR 机理机理 一般来说 反应过程中不产生二次污染的含有氨基的化合物及铵盐都可以作为 氮氧化物还原剂 氨剂 但就其合成和还原反应特性来说 人们较早认同的为氨 尿素和氰脲酸 一般在固定源 NOx污染排放采用氨和尿素 但随着技术的发展 新 的氨剂不断出现 如碳酸氢铵 醋酸铵 氯化铵等 不同的氨剂的详细还原反应机 理不同 但其热解产生的氨基有共同的基本反应特性 山东大学专科毕业设计论文 16 4 4 再燃与再燃与 SNCRSNCR 脱硝优化试验研究脱硝优化试验研究 4 14 1 引言引言 在典型再燃过程中 常选用超细煤粉 天然气等作为再燃燃料 其占锅炉总输 入热的 10 25 可获得 25 65 的脱硝效率 再燃脱硝工艺具有脱硝成本较低 脱硝效率较高的优势 以超细煤粉和天然气为燃料的再燃脱硝技术已在国外得到工 业应用 在我国 火电装机容量占装机总容量 75 左右 火电比例占 80 以上 再 燃技术可以成为我国可选的脱硝技术之一 而我国众多燃煤电站锅炉燃用劣质煤 并且工业用天然气资源相对贫乏 从而决定了部分电厂 如燃用贫煤 无烟煤 在 采用超细煤粉 天然气再燃脱硝技术时受到限制 再燃技术的优越性吸引研究者不断拓展再燃燃料 不断优化技术参数 深入探 究脱硝过程机理 从而使再燃技术得到更为广泛的应用 在我国 超细煤粉再燃已 展开系统研究 但依然存在着诸多亟待解决的问题 如超细煤粉的制备 分离和输 送 再燃过程中的异相和均相还原特性的改善等 同时 开发新型再燃燃料 如液 化石油气 生物质 气 等 以及再燃添加剂改善再燃脱硝特性也成为完善再燃脱 硝技术的新方向 第三章已在前人研究的基础上 采用基元反应机理模拟分析了再 燃反应机理和添加剂的作用机理 可用于指导 分析试验研究 由于很多基元反应 机理借鉴于不同条件下实验结果 有待于进一步试验验证 选择性非催化还原 Selective Non Catalytic Reduction 技术是一项商业化应用 的脱硝技术 可以达到 40 70 的脱硝效率 电站锅炉脱硝过程中 一般采用氨水 和尿素的最适反应温度为 1250 K 左右 有效的温度区间为 1173 K 1373 K 称之为 温度窗口 temperature window 由于氨水和尿素在较低反应温度时容易造成氨逃 逸 不少研究者开始研发新的氨剂如碳酸氢铵 醋酸铵 氯化铵等 92 169 170 而国外 学者近期研究添加剂 助剂 改善 SNCR 反应特性和消除二次污染 并取得了较为 理想的效果 实验和机理研究表明 N2O 主要和反应温度有关 而 NH3的逃逸主要和 混合过程和反应温度相关 因此 研发新型氨剂是一个重要方面 而改善反应特性 和优化混合过程显的更为重要 目前 SNCR 中主要为氨的不良混合导致利用率不高 为了保证 NOx还原率必 须使用过量氨 因而易形成氨逃逸 造成下游设备堵塞和腐蚀 形成新的环境污染 4 先进再燃脱硝过程机理模拟 17 反应过程中形成温室气体 N2O 实验和机理研究表明尿素比氨产生更多的 N2O 另 外 运行控制不当 采用尿素作还原剂可造成较多的 CO 排放 本章旨在通过试验研究液化石油气 LPG 天然气 NG 压缩天然气 CNG 各类生物质的基本脱硝特性 基本工况参数对脱硝效率的影响 添加剂 对再燃脱硝特性的影响 SO2对再燃脱硝过程的影响 采用氨水 尿素溶液和氨气作 为还原剂 研究了基本反应参数对 SNCR 的脱硝效率的影响 添加剂对 SNCR 脱硝 的影响 以及 SO2对 SNCR 脱硝过程的影响 上述研究为再燃和 SNCR 脱硝工艺的 应用和完善提供参考 同时为先进再燃脱硝研究提供基础 4 24 2 试验系统与试验方法试验系统与试验方法 4 2 14 2 1 试验系统试验系统 1 锅炉燃烧模拟装置 主要试验研究采用锅炉燃烧模拟装置 如图 4 1 所示 由气体燃烧器 主燃室 横段 3 4 辅热燃烧区 竖段 6 9 辅热燃烧区 沉灰箱 尾部烟气冷却 辅 热区和 SCR 反应塔 装置沿程布有 10 余个开孔用于取样 测温或喷入试剂 燃料 可采用液化石油气 天然气作为主燃燃料 采用气体再燃燃料可在 3 4 或 5 喷入 进行再燃试验 亦可采用固体燃料在 5 测孔处投入进行再燃试验 山东大学专科毕业设计论文 18 5 5 全文总结与建议全文总结与建议 本文利用理论分析 试验研究 反应动力学模拟等方法对气体 生物质先进再 燃过程进行系统性研究 为进一步优化和完善先进再燃脱硝技术提供理论基础和依 据 5 15 1 论文主要论文主要结论结论 本文针对先进再燃过程中 NOx还原机理和特性展开研究 通过机理模拟 研究 了添加剂对再燃 SNCR 脱硝特性的影响及其作用机理 试验研究了不同气体和生 物质再燃脱硝特性 添加剂对 SNCR 脱硝的影响 以及不同气体 生物质先进再燃 脱硝特性 建立了先进再燃脱硝反应详细机理模型 将机理模拟和实验结果进行了 对比分析 提出了先进再燃数值模拟优化方向 主要结论如下 5 25 2 未来研究建议未来研究建议 目前 国外学者对先进再燃脱硝机理和技术研究相对深入 国内众多专家学者 已认识到先进再燃脱硝的技术优势 并已展开深入研究 由于先进再燃脱硝过程耦 合了再燃 SNCR 以及添加剂等反应机理 影响因素众多 许多问题尚待解决 由 于时间 人力 物力以及试验条件的限制 本文仅在有限条件下对先进再燃脱硝的 相关问题进行了研究 还有很多问题需要进一步探索 1 固体再燃过程中焦炭异相还原机理 添加剂对焦炭异相还原反应的催化 作用 以及氨剂参与下的协同还原机理值得深入研究 2 再燃富燃料气氛下 C H O N 物种间的反应机理值得进一步研究完善 再燃反应模型 先进再燃全面反应模型都值得进一步优化筛选 参考文献 19 参考文献参考文献 1 阎维平 洁净煤发电技术 M 北京 中国电力出版社 2002 1 2 2 韩才元 徐明厚 周怀春等 煤粉燃烧 M 北京 科学出版社 2001 1 3 3 毛健雄 毛健全 赵树民 煤的清洁燃烧 M 北京 科学出版社 1998 4 刘文荧编译 低 NOx排放控制新技术 J 国际电力 2001 5 1 59 62 5 曾汉才 姚斌 程俊峰 王湘江 关于我国大型锅炉NOx排放评价及其排放标 准修订的建议 J 锅炉制造 2001 50 4 1 4 6 孙旭光 刘志超 郭鲁阳 中国山东电网燃煤锅炉NOx排放状况和治理技术试 验研究 J 环境污染治理技术与设备 2006 7 7 73 76 7 李振中 燃煤电站系统脱硝技术研发与产业化 J 中国科技产业 2006 2 48 52 8 苏亚欣 毛玉如 徐璋 燃煤氮氧化物排放控制技术 M 北京 化学工业出 版社 2005 9 钟秦 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例 M 北京 化学工业出版社 2002 10 Zamansky V M Maly P M Ho L et al Second generation advanced reburning for high efficiency NOx control Phase I Final Report R DOE Contract No DE AC22 95PC95251 1999 11 日 新井纪男主编 赵黛青等译 燃烧生成物的发生与抑制技术 M 北京 科 学出版社 2001 12 岑可法 姚强 骆仲泱等 高等燃烧学 M 杭州 浙江大学出版社 2002 13 Unsworth J F Barratt D J Roberts P T In