山西大学程芳琴教授：水蒸气在NOx控制技术中机理研究及应用进展
氮氧化物是雾霾的前驱物之一，会严重危害人们的身体健康。采取有效措施来控制NOx排放，已成为我国改善环境工作的重中之重。电站燃煤
氮氧化物是雾霾的前驱物之一，会严重危害人们的身体健康。采取有效措施来控制NOx排放，已成为我国改善环境工作的重中之重。电站燃煤锅炉脱硝技术分为炉内脱硝和炉膛后部烟气脱硝两大类。目前应用比较广泛的是炉内低氮燃烧、SNCR与SCR技术的联用，具有脱硝效果好、催化剂用量小、空间适应性强的优势。但是目前应用中仍普遍存在由于炉内反应温度不适宜，SNCR脱硝效率低，还原剂消耗量大、氨逃逸控制困难等缺陷。采用燃料再燃与SNCR相结合的先进再燃技术，可有效拓宽SNCR反应的温度窗口，提高脱硝效率，脱硝效率达85%以上。
山西大学程芳琴教授针对水蒸气对氮氧化物控制技术，包括：SNCR、再燃和先进再燃脱硝效率的影响及机理进行分析，同时对循环流化床锅炉进行提标改造，研究水蒸气喷入后对锅炉实际脱硝情况的影响，为更高效利用水蒸气、提高脱硝效率提供借鉴。
摘 要
电厂实际运行中发现，水蒸气能够降低选择性非催化还原反应(SNCR)烟气脱硝过程中脱硝剂的用量，对脱硝和燃烧产生一定的促进作用。围绕水蒸气在不同脱硝技术中的作用效果和反应机理，对相关文献进行总结。研究发现，水蒸气对SNCR脱硝、再燃脱硝以及先进再燃脱硝技术均有促进强化作用。水蒸气的加入能促进SNCR脱硝反应中OH自由基的产生，可与NH3还原剂反应生成NH2基团，从而提高脱硝效率。水蒸气对再燃脱硝的促进作用，主要通过提高挥发分中HCN、NH3等析出促进NO还原。添加水蒸气可以使先进再燃技术的脱硝效率提高到80%以上，水蒸气对生物质先进再燃脱硝与对再燃脱硝的作用机理类似，而对煤粉先进再燃作用机理不详。综上，水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理应包括对SNCR脱硝与再燃脱硝2部分的共同促进作用及2者之间的相互作用，但目前研究较少关注水蒸气对再燃燃料的影响。应进一步研究水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理和操作条件，为水蒸气在脱硝技术中的应用提供有力理论支撑。
结语与展望
1）企业NOx控制提标改造实际运行结果表明，适量水蒸气可以降低循环流化床锅炉运行过程中NOx的排放，并促进后续燃料燃烧。
2）大部分学者认为水蒸气的加入可以使SNCR、再燃、先进再燃脱硝效率提高，虽然水蒸气的最佳添加量不尽相同，但大都认为低浓度的水蒸气对脱硝产生促进作用。
3）水蒸气对SNCR产生促进作用的原因主要是水蒸气的加入能够有效促进OH基团的产生，OH基团可以与NH3发生反应生成NH2基团，NH2+NO→N2+H2O，从而提高脱硝效率。水蒸气对再燃产生促进作用的原因主要是OH基团能够加大挥发分、HCN、NH3等的析出，这些物质均可以与NO发生反应，对脱硝产生促进作用。水蒸气对生物质先进再燃的脱硝机理与对再燃的脱硝机理相类似，都是通过增加OH来促进NH2的生成，从而达到脱除NO的目的。水蒸气对煤粉先进再燃的机理尚不明晰，鲜见研究报道。
综上所述，水蒸气作为燃煤锅炉的主产品，对锅炉中燃烧和脱硝反应有促进作用，添加水蒸气可使先进再燃技术的脱硝效率提高到80%以上。但水蒸气添加量及添加温度等条件对其作用效果影响很大，如果添加条件不当，反而起抑制作用，因此目前水蒸气促脱硝的技术并未广泛应用。有必要进一步研究天然气(合成气)、煤粉、煤焦、生物质不同再燃燃料作添加剂时，水蒸气对先进再燃的作用机理，确定优化操作条件，为水蒸气在锅炉助燃、脱硝的实际应用提供理论基础及数据支撑。
文章主要结构如下
1 燃煤锅炉中水蒸气的应用与研究
1.1 水蒸气对烟气中CO、CO2浓度变化的影响
1.2 水蒸气对烟气中NOx浓度变化的影响
2 水蒸气对SNCR脱硝效果影响及机理研究
2.1 选择性非催化还原（SNCR）技术
2.2 水蒸气对SNCR脱硝效果的影响
2.3 水蒸气对SNCR脱硝效果数值模拟研究
3 水蒸气对再燃脱硝效果影响及机理研究
3.1 再燃技术
3.2 水蒸气对煤粉再燃还原NO的影响
3.3 水蒸气对生物质再燃脱硝效果的影响
3.4 水蒸气对沼气再燃过程中重要中间组分的影响
4 水蒸气对先进再燃脱硝效果的影响
4.1 先进再燃技术
4.2 水蒸气对天然气先进再燃脱硝效果的影响
4.3 水蒸气对生物质高级再燃脱硝效果的影响
5 结语与展望
引用格式
王菁，张瑞娉，杨凤玲，等.水蒸气在NOx控制技术中机理研究及应用进展[J].洁净煤技术，2021,27(5):89-97.
WANG Jing，ZHANG Ruiping，YANG Fengling,et al.Research progress on influence mechanism and engineering application of water vapor in nitrogen oxide control technologies[J].Clean Coal Technology，2021,27(5):89-97.
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