循环流化床锅炉SNCR反应机理与脱硝特性数值模拟

3. 3脱硝反应过程模拟

3. 3. 1温度对脱硝效果的影响

利用Fluent模拟了NSR= 1. 2、温度850~1 000℃时，SNCR的反应温度对脱硝效率和氨逃逸量的影响。脱硝效率的计算公式为

图8中，氨逃逸量指分离器出口未反应NH3的体积分数。可以看出，随着温度的升高，脱硝效率呈先增后减的趋势，氨逃逸量却逐渐减少。脱硝效率大于50%时的温度为890~962 0C，最高值为65 %(925℃)。当温度低于925℃时，氨还原氮氧化物是主导反应，脱硝效率逐渐升高;当温度超过925℃时，还原反应趋于饱和，氨与O2的反应程度逐渐提高，氨被氧化成NOx，使脱硝效率下降。

图8温度对脱硝效率和氨逃逸量的影响

3. 3. 2还原剂用量对脱硝效果的影响

氨氮摩尔比NSR为还原剂用量折算成NH3的摩尔数与入口NOx折算成NO的摩尔数之比。实际应用中，往往需要投入比理论值更多的还原剂才能达到所需的还原水平，这是由SNCR反应的复杂性及还原剂与烟气混合受限制造成的。提高NSR，虽然可增大脱硝效率，但是会造成氨逃逸量增加，还会增加运行费用。以烟气温度为950℃为例，模拟了NSR变化时SNCR反应情况(图9)。

图9 NSR对脱硝效率和氨逃逸量的影响

由图9可知，在烟气温度950℃条件下，当NSR从0. 8上升到1. 5，脱硝效率提高了48.4%氨逃逸量提高了3. 0x10-6;而NSR从1. 5上升到2. 5，脱硝效率提高了20.7 %氨逃逸量提高了5. 9 x 10-6。可见随着NSR的上升，脱硝效率和氨逃逸量均提高，但脱硝效率的涨幅逐渐降低，而氨逃逸量的涨幅逐渐升高。图10为在不同NSR情况下脱硝效率和氨逃逸。

图10不同NSR下温度对脱硝效率和氨逃逸量的影响

随温度的变化趋势。在各温度下，NSR的提升都能提高脱硝效率，且越接近最佳反应温度，脱硝效率的增幅越大。NSR=0.8时，NOx还原水平较低，脱硝效率最高仅为50.3% ; NSR = 1. 2时，脱硝效率大于50%的温度窗口为890~962 0C，脱硝效率最高为65%;NSR=1.5时，脱硝效率大于50%的温度窗口为878~972℃，脱硝效率最高为72.2%。提高NSR对最佳反应温度没有影响，最佳反应温度保持在925℃左右，但脱硝效率超过50%的温度窗口会随之变宽。在各温度下，随着NSR的升高，氨逃逸量也会增加，且温度越低，增幅越明显。

3. 4烟气氧含量对脱硝效果的影响

烟气氧含量对脱硝效率和氨逃逸量的影响如图11所示。

图11烟气氧含量对脱硝效率和氨逃逸量的影响

由图11可知，在烟气温度为950℃, NSR = 1. 2的条件下，烟气氧含量从0. 1%提升到10%，脱硝效率从67. 3%减小到45.0%氨逃逸量也从4. 6 x 10-6减少到2. 9x10-6。由于SNCR两步竞争反应机理均有O2参与，所以在缺氧情况下，SNCR反应不会发生。但是模拟结果显示只需少量O2即可启动反应，而且氧含量越高，脱硝效率和氨逃逸量越低，这是因为提高烟气氧含量使NH3与NO反应的选择性降低，NH3更容易与O2发生反应生成NOx。

烟气O2体积分数对脱硝反应的影响很大(图12)，由图12可以看出，随着氧含量的提高，最高脱硝效率降低，最佳反应温度也降低，温度窗口变窄。

图12不同氧含量脱硝效率随温度变化曲线

4结论

1)简化机理与复杂机理的模拟结果整体趋势保持一致，在920~1040 ℃，2种机理对反应器出口NO,NH3体积分数的计算结果较接近。

2)随着温度的提高，脱硝效率呈先增后减的趋势，氨逃逸量逐渐减少。当入口氧含量为3%,NSR=1. 2时，脱硝效率在925℃左右达到最大值，约为65 % 。

3)随着NSR的上升，最佳反应温度保持在925℃左右，脱硝效率和氨逃逸量均提高，但脱硝效率的涨幅逐渐降低，氨逃逸量涨幅却逐渐升高。

4)烟气氧浓度对脱硝反应的影响很大，SNCR反应在有O2参与的情况下才能发生。提高氧含量能促使反应温度窗口向低温方向移动，但会导致最高脱硝效率降低。

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