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自工业革命以来，由于化石燃料的直接燃烧，氮氧化物(NOx)污染成为一个全球性的环境问题，它会导致温室效应、臭氧层破坏和酸雨的形成。据专家预测，如果不采取有效措施，随着燃煤工业的发展，在未来5-10年内，我国NOx排放量可能超过SO2成为第一大酸性气体污染物，因此研究作为主要燃煤设备的电站锅炉和工业锅炉的NOx的排放控制很有必要。目前，国内外已有很多种NOx的脱除工艺及低NOx燃烧技术。在各种NOx脱除工艺中，SNCR脱硝工艺具有成本低、易于与其它工艺联用、占地面积小、设施简单等优点，尤其适合老电厂改造。本文通过冷态混合试验、热态还原及添加剂试验、Chemkin模拟、FLUENT模拟等手段，研究了氨气、尿素和碳酸氢铵作还原剂，CH4、CO和钠盐作添加剂的脱硝反应特性，并研究了相应的反应机理，建立了相对应的简化反应模型，将其应用于工业化锅炉的SNCR工艺的模拟，为今后的工业应用提供技术依据。
为综合地研究影响工艺效果的各个因素，搭建了可以进行冷态混合、不同还原剂热态还原NOX及添加剂对脱硝过程影响研究的实验台。为改善还原剂与主烟气的混合效果，自制了改进型TB系列喷嘴，喷嘴由刚玉材料制成，满足了耐高温要求并避免了由钢质材料引起的还原剂催化分解问题。冷态试验表明，还原剂由改进型TB系列喷嘴中心逆流喷入与其它喷入方式相比可明显改善混合效果。热态试验证明，与实验室条件下由各种纯气体配成的模拟烟气相比，由O＃柴油燃烧产生的烟气含有一些如CO、小分子碳氢化合物、SO2等微量成分，其反应活性较高，所以本文试验所得工艺参数及效果更加接近工业应用。出于工业锅炉的工况变化和工艺的温度窗口较高、过窄及减少工艺副反应产物N2O等考虑，本文研究了不同添加剂对工艺参数的影响。
以NOx去除率等于50％作为划定工艺温度窗口的标准，氨气作还原剂，在氨氮摩尔比1．25时，温度窗口为863～937℃，900℃条件下取得NOx最大去除率82．48％：尿素作还原剂，在氨氮摩尔比1．5时，温度窗口为812～960℃，900℃条件下取得NOx最大去除率76．56％，但会生成浓度高达120mL/m3的N2O；碳酸氢铵作还原剂，在氨氮摩尔比1．25时，温度窗口为860～980℃，935℃条件下取得NOx最大去除率74．63％。根据试验结果，利用化学反应动力学软件Chemkin4．1，建立了氨气作还原剂时包含两个反应的简化反应机理，简化机理基本反应了各反应条件下的工艺效果。
氨气作还原剂时，CO和CH4作添加剂可使工艺的温度窗口降低并变宽；在低于875℃的条件下，采用添加剂有助于提高NOx的脱除效率；随着添加剂添加量的增加，既定温度下NOx的脱除效率先提高后降低，且随着温度的降低，达到NOx的最大脱除效率所需的添加剂的添加量增大；添加CO和CH4可大大减少氨的泄漏量。尿素作还原剂时，有Na2CO3、NaOH作添加剂，在低于工艺最优反应温度时可提高NO去除率，而在高于工艺最优反应温度时，则会降低NO的去除率，但作用较小，反应温度基本不发生变化；在所有试验温度条件下，添加钠盐都可以使N2O的生成量降为零，N2O排放量的降低对总的NOx去除率的影响起着比NO变化大得多的作用；通过NOx浓度分析得出，钠盐作添加剂引起N2O排放量降低，主要是因为钠盐吸收了生成N2O的前驱物HNCO和NCO；CH3COONa作添加剂除起到与Na2CO3和NaOH相同的作用外，还会降低工艺的温度窗口；添加钠盐会引起烟气碱性变大，但其主要是以化合物NaOCN形式存在的，所以引起的腐蚀问题并不严重。碳酸氢铵作还原剂时，CH4作添加剂的作用与氨气作还原剂时类似；钠盐作添加剂可以提高各个温度条件下的NOx去除率，反应温度基本不变。
利用Chemkin4．1软件所建立的氨气作还原剂脱硝简化反应模型和FLUENT软件中的涡耗散概念(EDC)模型，对SNCR工艺在太仓港1025t/h的工业的应用进行了模拟。模拟中采用气体替代燃料模拟煤粉燃烧，解决了快反应燃烧不能与慢反应NOx还原耦合于一个模拟程序的问题，而NOx还原简化模型减小了计算量。模拟中采用工业上常有的还原剂炉壁侧喷和试验中提出的改进型TB系列喷嘴根据锅炉温度场和流场合理布置逆流内喷的方式，考察了混合对工艺效果的影响。模拟结果显示，在锅炉结构、负荷、所用燃料既定的条件下，还原剂携载气流量一定时，因还原剂难以深入炉膛内部采用侧喷方式喷入还原剂所得的工艺效果是要低于一个限值的，该限值主要决定于锅炉尺寸的大小，明显小于试验室所得NOx去除率，即便是增大还原剂喷入装置的复杂程度工艺效果也无法超过该限值。而还原剂深入炉膛内部喷入除可以使工艺效果不受锅炉尺寸大小限制外，通过增减喷嘴的数量，可综合考虑设计脱硝效果和工艺投入，在应对不同锅炉和燃料及环保标准方面有更大的选择余地。在氨氮比为1．25时，还原剂从炉壁喷入时，10个喷嘴携载气流流量为5．625m3/S工况工艺效果最优，NOx去除率为56．43％，空预器出口氨气浓度为183ppm；还原剂内喷时，184个喷嘴携载气喷入量为1．05m3/s工况，可得到NOx的去除率为75．81％，空预器出口氨气浓度为56ppm。