翟雨軒，張興惠，張 聰，李 曌，張 宏

(太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，太原 030024)

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放政策，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，而能源短缺成為限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)的煤炭、石油等化石能源燃燒所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題得到了廣泛關(guān)注。在美國(guó)以及歐洲等國(guó)家生物質(zhì)燃燒技術(shù)已經(jīng)非常成熟，德國(guó)和瑞典等國(guó)家的生物質(zhì)與太陽(yáng)能綜合設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用熱、工業(yè)發(fā)電等各個(gè)行業(yè)[2-3]。為了響應(yīng)習(xí)近平總書記“既要金山銀山，又要綠水青山”的號(hào)召，我國(guó)大力發(fā)展生物質(zhì)清潔能源。我國(guó)農(nóng)村人口約占全國(guó)總?cè)丝诘?1%，在廣大農(nóng)村田間，存在豐富的生物質(zhì)能源。2017年，我國(guó)秸稈可收集量達(dá)到82.7億t[4]，其中大部分為玉米、小麥等秸稈，這些生物質(zhì)能源并沒(méi)有得到充分有效的利用，大多數(shù)被丟棄或焚燒，不僅造成資源的極大浪費(fèi)，還污染環(huán)境。因此，將這些農(nóng)作物秸稈制成生物質(zhì)燃料顆粒，用于農(nóng)村家庭鍋爐燃燒，既可充分利用原先被廢棄的生物質(zhì)資源，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，還能滿足廣大農(nóng)村生活供暖和日常需要，解決民生問(wèn)題[5]。

目前在生物質(zhì)鍋爐脫氮方面的研究主要集中在大型工業(yè)鍋爐脫氮和人工燃?xì)獾膶?shí)驗(yàn)研究。LI et al[6]研究了不同燃料碳氮與揮發(fā)分氮在中型流化床燃燒室中燃燒對(duì)氮氧化物排放的影響，實(shí)驗(yàn)證明揮發(fā)分氮對(duì)氮氧化物排放的影響更大。周建強(qiáng)等[7]通過(guò)對(duì)電廠的生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行SNCR脫硝實(shí)驗(yàn)研究了不同鍋爐工況與不同鍋爐種類下的SNCR脫硝效率。涂漢超等[8]通過(guò)人工配比氣體成分組成可燃?xì)怏w的燃燒實(shí)驗(yàn)，研究了在不同氨氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燃燒溫度等因素的影響下氮氧化物排放的變化。本文將研究的重點(diǎn)放在小型家用生物質(zhì)鍋爐，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出一種具有新型爐膛結(jié)構(gòu)的農(nóng)村家用生物質(zhì)鍋爐，配合尿素噴淋系統(tǒng)進(jìn)行燃燒脫氮。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量三種常見(jiàn)的生物質(zhì)成型顆粒在不同尿素噴淋策略下燃燒時(shí)氮氧化物的排放情況，結(jié)合生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)氮氧化物的生成機(jī)理，分析其氮氧化物的排放特性并確定出最佳的尿素噴淋策略，為新型家用生物質(zhì)鍋爐在農(nóng)村地區(qū)的推廣與使用提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)計(jì)

1.1 鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中所搭建的新型家用生物質(zhì)鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及尿素噴淋系統(tǒng)如圖1與圖2所示。本文所設(shè)計(jì)生物質(zhì)鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)為沙漏型，下部較大的空間可以容納更多的生物質(zhì)燃料顆粒，便于一次燃燒與揮發(fā)分析出的充分進(jìn)行。中部收縮區(qū)橫截面積縮小，增大可燃?xì)怏w的流速，不僅可以加強(qiáng)爐膛內(nèi)高溫氣體與水套之間的換熱，還可以形成氣體湍流，有助于氣態(tài)氮與噴淋的尿素溶液充分接觸。

1-生物質(zhì)鍋爐；2-尿素噴淋設(shè)備；3-KM9106煙氣分析儀；4-K式熱電偶圖1 生物質(zhì)鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)布置Fig.1 Layout of biomass boiler test bed

圖2 鍋爐尿素噴淋系統(tǒng)Fig.2 Urea spray system of boiler

在爐膛中部有三個(gè)尿素噴口，通過(guò)高壓噴嘴可分別向爐膛的二次燃燒區(qū)、爐膛中部與一次燃燒區(qū)噴淋霧狀尿素溶液，使其在噴淋范圍內(nèi)能夠均勻分布，并與爐中揮發(fā)分和氮氧化物等成分充分接觸。每一個(gè)噴口后的管道均裝有球閥，方便在實(shí)驗(yàn)中分別控制尿素溶液的噴淋位置。整個(gè)尿素噴淋系統(tǒng)由供液水泵驅(qū)動(dòng)，水泵的揚(yáng)程為2 m，噴淋時(shí)觀察能夠充分滿足噴嘴的水壓需求。

目前生產(chǎn)中用于鍋爐脫硝的還原劑主要為尿素、氨水與液氨[9]，本課題研制的農(nóng)村清潔生物質(zhì)鍋爐需滿足農(nóng)村日常生活需求，液氨與氨水會(huì)散發(fā)氨氣，不易儲(chǔ)存，一旦泄露對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，因此不適用于本鍋爐設(shè)計(jì)。尿素作為一種脫硝還原劑，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，相比以上兩種方法更加安全可靠。

尿素?zé)峤饧夹g(shù)需要有專門的加熱裝置，通常采用電加熱的方式，也有利用高溫?zé)煔庠贌岬姆绞?，然而這兩種方法并不適用于農(nóng)村家用生物質(zhì)鍋爐[10]。首先作為農(nóng)村日常使用的鍋爐，需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧，易于操作和清理，生物質(zhì)顆粒排放煙氣溫度基本在200～300 ℃，使用高溫?zé)煔庠贌岬姆椒葻o(wú)法將尿素加熱至快速分解的溫度，又增大了鍋爐本身所占空間，體積變大，不便于清理維護(hù)。而使用電加熱的方式需要額外的電加熱設(shè)備，使得整個(gè)鍋爐能耗大大增加，運(yùn)行成本變大，這與本課題設(shè)計(jì)一種高效清潔的生物質(zhì)鍋爐的初衷不符。而尿素?zé)煹乐眹娂夹g(shù)由于煙道環(huán)境溫度不高，尿素?zé)o法快速分解，尿素的利用率很低，導(dǎo)致大量尿素溶液隨著煙氣排到環(huán)境中，既達(dá)不到所需效果，又造成環(huán)境污染。本課題采用將尿素溶液霧化后直接噴入爐膛的方法，噴頭位置如圖3所示。選取三種生物質(zhì)燃料顆粒分別進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，三種生物質(zhì)顆粒的工業(yè)成分與元素成分如表1所示，充分利用了鍋爐內(nèi)燃燒的高溫使尿素快速分解為脫硝所需要的氨氣，在爐內(nèi)煙氣與二次進(jìn)風(fēng)的擾動(dòng)下，使得尿素?zé)峤馕锱c氮氧化物充分接觸，提高了尿素的利用率，有利于氮氧化物的去除。

圖3 尿素溶液噴頭位置Fig.3 Position of the urea solution nozzle

表1 三種生物質(zhì)顆粒的工業(yè)分析、元素分析及熱值Table 1 Proximate analysis, ultimate analysis, and calorific value of three kinds of biomass pellet

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及儀器選用

實(shí)驗(yàn)研究了不同尿素噴淋策略下，尿素噴淋位置、尿素噴淋濃度以及煙氣氧含量對(duì)氮氧化物排放濃度的影響。實(shí)驗(yàn)首先測(cè)試噴淋位置對(duì)于生物質(zhì)顆粒燃燒生成氮氧化物的影響。設(shè)置一組無(wú)尿素噴淋為空白組，之后分別采用上、中、下三種噴淋位置，從生物質(zhì)燃料點(diǎn)火成功開(kāi)始，以相同的流速，分別向爐膛二次燃燒區(qū)、中部收縮區(qū)與一次燃燒區(qū)噴淋相同濃度的尿素溶液，每5 min測(cè)量一組氮氧化物濃度數(shù)據(jù)。在爐膛的一次燃燒區(qū)和二次燃燒區(qū)布置K式熱電偶，每5 s記錄一次爐膛溫度，分析后選出最佳噴淋位置。之后以相同的尿素噴淋方法和數(shù)據(jù)采集方式實(shí)驗(yàn)所噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于氮氧化物生成的影響，分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%的尿素溶液在最佳噴淋位置進(jìn)行測(cè)試，最后綜合分析定出最佳噴淋策略。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271-2014)[11]，需要通過(guò)基準(zhǔn)含氧量進(jìn)行排放質(zhì)量濃度折算，方法如下式：

(1)

式中：ρ為大氣污染物基準(zhǔn)氧含量排放質(zhì)量濃度，mg/m3；ρ′為實(shí)測(cè)污染物排放質(zhì)量濃度，mg/m3；φ(O2)為基準(zhǔn)氧體積含量，%；φ′(O2)為實(shí)測(cè)氧體積含量，%.

根據(jù)規(guī)范中所述，在這里計(jì)算生物質(zhì)鍋爐的NOx基準(zhǔn)氧含量折算質(zhì)量濃度時(shí)(以下簡(jiǎn)稱為NOx折算質(zhì)量濃度)，基準(zhǔn)氧含量取值與燃煤鍋爐相同，取為9%.

本文中主要用到的儀器為常州金科JK804多路溫度測(cè)試儀和英國(guó)凱恩KM9106煙氣分析儀。JK804多路溫度測(cè)試儀搭配K式熱電偶，測(cè)溫范圍是-200～1 300 ℃，測(cè)試誤差為±0.2%；KM9106煙氣分析儀，其對(duì)于氮氧化物的測(cè)量精度為±5×10-6，氮氧化物的測(cè)量分辨率為1×10-6，對(duì)于煙氣氧濃度的測(cè)量精度為-0.1%～0.2%，測(cè)量分辨率可達(dá)0.1%.二者可以精確測(cè)量爐膛內(nèi)燃燒溫度，煙道內(nèi)NO和NOx質(zhì)量濃度以及煙氣氧含量等參數(shù)，可充分滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2 結(jié)果分析

2.1 尿素噴淋位置對(duì)氮氧化物排放濃度的影響

由表2可以看出，空白組的NOx平均排放質(zhì)量濃度在四組數(shù)據(jù)中為最高，其值為103.67 mg/m3，另外三組實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)分別為90.58 mg/m3，92.42 mg/m3和79.58 mg/m3，相比較可知，在此新型爐膛中的不同位置噴淋尿素溶液均可以有效降低生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)NOx的排放質(zhì)量濃度。

生物質(zhì)燃料中的氮元素主要分布在蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物中。在燃燒過(guò)程中，氮元素先從燃料氮轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分氮，揮發(fā)分氮燃燒產(chǎn)生NH3、HCN等氣相氮，這些氣相氮在高溫作用下，與O2、OH等成分發(fā)生反應(yīng)，生成NO和N2，少部分NO被氧化生成NO2，剩余一部分氮元素以固態(tài)的形式存留在焦炭氮當(dāng)中，因此氮氧化物主要由揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生[12-13]。

由上述機(jī)理可知，生物質(zhì)燃料在鍋爐中燃燒時(shí)可分成兩部分，第一部分為固定碳在一次燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，因固定碳成分在生物質(zhì)燃料中占比不到20%，所以其燃燒溫度較低，生成NOx的量較少；第二部分為揮發(fā)分在二次燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，由表1可知生物質(zhì)燃料中揮發(fā)分含量占到總成分的70%以上，燃燒溫度高，氮元素多以NH3、HCN等小分子氣相氮存在。在鍋爐的一次燃燒區(qū)和中部收縮區(qū)噴淋尿素溶液時(shí)，因?yàn)槿剂先紵龝r(shí)NO等污染物主要在二次燃燒區(qū)生成，尿素溶液在高溫下分解生成的NH3和HNCO無(wú)法和全部氣相氮接觸，導(dǎo)致脫氮效果不佳。在鍋爐的二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液時(shí)，由表2可以看出NOx的平均排放質(zhì)量濃度相對(duì)于前兩種噴淋位置結(jié)果最低，為79.58 mg/m3.鍋爐中生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)的氮氧化物主要在二次燃燒區(qū)產(chǎn)生，在中部收縮處和二次風(fēng)氣流共同形成的繞流下，此處噴淋的尿素溶液可以均勻分布在這一區(qū)域內(nèi)，和燃燒生成的大量NO在高溫充分反應(yīng)生成N2，大大提高尿素溶液的脫氮效率。

另外觀察表2中不同實(shí)驗(yàn)組的爐膛溫度和煙氣氧含量以及圖4中NOx折算質(zhì)量濃度的變化曲線。在爐膛一次燃燒區(qū)和中部收縮區(qū)噴淋尿素溶液時(shí)，燃料的一次燃燒溫度分別為686.1 ℃和666.1 ℃，二次燃燒溫度分別為726.7 ℃和745.1 ℃，相較于空白組均明顯降低，兩實(shí)驗(yàn)組的煙氣氧含量分別為14.90%和14.26%，而空白組的煙氣氧含量為12.56%，這說(shuō)明在爐膛的一次燃燒區(qū)和中部收縮區(qū)噴淋尿素溶液都不利于生物質(zhì)燃料的燃燒，一次燃燒溫度降低導(dǎo)致?lián)]發(fā)分析出不充分，氣相氮轉(zhuǎn)化為NOx的比例減小。煙氣氧含量升高則說(shuō)明燃料燃燒不充分，大量空氣進(jìn)入煙道中。所以在此處噴淋尿素溶液雖然會(huì)降低NOx的排放質(zhì)量濃度，但是由于煙氣氧含量較高導(dǎo)致計(jì)算得出的NOx折算質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空白組。而二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液的一、二次燃燒溫度分別為774.7 ℃和838.4 ℃，與空白組比較接近，煙氣氧含量為12.43%，可以認(rèn)為在此處噴淋尿素溶液對(duì)生物質(zhì)顆粒燃燒影響最小，燃料燃燒比較充分。計(jì)算后NOx折算質(zhì)量濃度僅為118.27 mg/m3，此時(shí)的脫氮效果最好。

圖4 不同位置噴淋尿素溶液對(duì)NOx折算質(zhì)量濃度的影響對(duì)比Fig.4 Comparison of effects of spraying benurea solution at different locations on NOx conversion concentration

2.2 尿素噴淋濃度對(duì)氮氧化物排放濃度的影響

根據(jù)上一節(jié)得出的結(jié)論，在鍋爐的二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液的脫氮效果最好，本節(jié)在上一節(jié)的基礎(chǔ)上，討論噴淋尿素溶液濃度的變化對(duì)氮氧化物折算排放濃度的影響。由圖5可以看出噴淋不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的尿素溶液其NOx排放折算質(zhì)量濃度曲線趨勢(shì)變化大致相同，均為先降低后升高。由表3可知，由于在二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液，四組實(shí)驗(yàn)的一次燃燒溫度非常接近，噴淋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)爐膛的二次燃燒溫度略低于另外三組，為798.7 ℃.結(jié)合四組實(shí)驗(yàn)的煙氣氧含量，表明只改變噴淋尿素溶液濃度對(duì)于NOx排放量產(chǎn)生顯著影響，噴淋尿素溶液濃度升高會(huì)略微降低二次燃燒溫度，但是對(duì)于燃料整體燃燒效果影響不大。

表3 不同尿素噴淋濃度下鍋爐燃燒溫度及氮氧化物排放狀況Table 3 Boiler combustion temperature and NOx emission under different urea spray concentration

圖5 不同尿素噴淋濃度對(duì)NOx折算質(zhì)量濃度的影響對(duì)比Fig.5 Comparison of effects of different urea spray concentration on NOx conversion concentration

研究表明，尿素溶液熱解后脫除氮氧化物的主要反應(yīng)為[14]：

(2)

(3)

(4)

(5)

尿素溶液在高溫下可分解生成NH3和HNCO等中間產(chǎn)物。生物質(zhì)顆粒的揮發(fā)分和水分在燃料的燃燒當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生大量的H·和·OH.這兩種自由基會(huì)和中間產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)并促進(jìn)NO、N2O等污染物的消除[15]。其中尿素溶液分解生成的HNCO和·OH反應(yīng)生成NCO和水。NCO可將污染物NO轉(zhuǎn)化為無(wú)害的N2和N2O，并且N2O可以進(jìn)一步和H·反應(yīng)生成N2.但是過(guò)量的NH3和NCO也會(huì)對(duì)脫氮產(chǎn)生不利影響，發(fā)生如下反應(yīng)[16]：

(6)

(7)

實(shí)驗(yàn)中當(dāng)噴淋的尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，尿素?zé)峤夂螽a(chǎn)生的HNCO較少，在爐膛的二次燃燒區(qū)中的NCO成份濃度較低，無(wú)法與燃燒生成的大量NO等氮氧化物充分反應(yīng)，導(dǎo)致噴淋尿素溶液的脫氮效果不佳。升高噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至10%時(shí)，其NOx的平均排放質(zhì)量濃度由90.64 mg/m3降低至79.58 mg/m3，這是因?yàn)樵诘攘康娜剂虾拖嗤娜紵龡l件下，二次燃燒區(qū)產(chǎn)生的NO等氮氧化物濃度相同，增加噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可使NO與NCO反應(yīng)更加充分，促進(jìn)了NO向N2的轉(zhuǎn)化。當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步升高噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至15%和20%時(shí)，可以看到NOx平均排放分?jǐn)?shù)隨之升高，這是由于噴淋的尿素成分過(guò)多時(shí)，生成了大量NH3和NCO，而噴淋區(qū)域燃燒產(chǎn)生的NO濃度并沒(méi)有相應(yīng)增高。由反應(yīng)(6)和反應(yīng)(7)可知，過(guò)量的一部分NH3和NCO反而被氧氣氧化生成大量額外的NO，導(dǎo)致NO的排放質(zhì)量濃度反而有所增加，因此NOx的折算質(zhì)量濃度與NOx排放質(zhì)量濃度變化相同，均為隨著噴淋尿素溶液濃度的升高先降低后升高，噴淋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的尿素溶液時(shí)NOx的折算質(zhì)量濃度最低。

考慮到實(shí)驗(yàn)中尿素溶液質(zhì)量濃度配比的可行性和代表性，分別設(shè)置了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%和20%四組工況。為研究不同尿素噴淋濃度下NOx的排放濃度，找出理論最佳尿素噴淋質(zhì)量濃度，使得結(jié)果更具有普適意義，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析。擬合出二次非線性方程如下式：

y=0.224 8x2-4.478 4x+106.03 .

(8)

式中：y為NOx排放質(zhì)量濃度，mg/m3；x為噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%.該模型R2值為0.883 3，擬合優(yōu)度較好，可以反應(yīng)出NOx排放質(zhì)量濃度隨噴淋尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。計(jì)算后得出當(dāng)x值為9.96時(shí)，該模型達(dá)到最低點(diǎn)，所以理論上噴淋尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.96%時(shí)，鍋爐燃燒排放的NOx質(zhì)量濃度最小，脫氮效果最好。

2.3 不同生物質(zhì)燃料對(duì)氮氧化物排放濃度的影響

分別燃燒同樣質(zhì)量的紅木顆粒、楊木顆粒和玉米秸稈顆粒三種生物質(zhì)成型燃料，在其燃燒過(guò)程中均在爐膛上部的二次燃燒區(qū)噴淋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的尿素溶液，燃燒工況保持相同，通過(guò)煙氣分析儀測(cè)量三組實(shí)驗(yàn)NOx的排放質(zhì)量濃度與煙氣氧含量。由表1可以看出三種燃料中楊木顆粒的低位發(fā)熱量最高，為17 650 kJ/kg，紅木顆粒次之，玉米秸稈顆粒的低位發(fā)熱量最低，為17 170 kJ/kg.結(jié)合表4中三組實(shí)驗(yàn)的爐膛溫度可以看出，楊木顆粒的燃燒溫度略高于紅木顆粒，更有利于揮發(fā)分的析出和NOx的生成，而玉米秸稈顆粒的低位發(fā)熱量較低，并且其煙氣氧含量在三組數(shù)據(jù)中為最高，說(shuō)明玉米秸稈顆粒燃燒狀況較差，燃燒溫度較低，不利于氣相氮向NOx轉(zhuǎn)化。因?yàn)樯镔|(zhì)燃料燃燒時(shí)的溫度基本在900 ℃以內(nèi)，在此溫度下空氣中的N2基本不會(huì)被氧化生成熱力型NOx，絕大部分的氮氧化物為燃料本身燃燒生成的燃料型NOx，所以燃料內(nèi)氮元素的含量會(huì)明顯影響到其NOx的排放質(zhì)量濃度。在三種生物質(zhì)成型燃料中玉米秸稈顆粒的含氮量為0.72%，在三種燃料中為最低，楊木顆粒的含氮量最高，為1.6%.表4中三種燃料的NOx排放質(zhì)量濃度趨勢(shì)與分析相一致，楊木顆粒燃燒排放的NOx質(zhì)量濃度最高，為81.58 mg/m3，玉米秸稈顆粒排放的NOx質(zhì)量濃度最低，僅為64.33 mg/m3.但是結(jié)合測(cè)量得出的煙氣氧含量，可以看到玉米秸稈顆粒的煙氣氧含量最高，為15.17%，說(shuō)明其燃燒效率最低，而紅木顆粒燃燒時(shí)測(cè)出的煙氣氧含量為12.43%，所以計(jì)算后玉米秸稈顆粒的NOx折算質(zhì)量濃度最高，反而紅木顆粒的NOx折算質(zhì)量濃度最低。

表4 不同生物質(zhì)顆粒氮氧化物排放狀況Table 4 NOx emission of different biomass pellets

3 結(jié)論

通過(guò)向自行研制的小型生物質(zhì)鍋爐的爐膛中噴淋尿素溶液的實(shí)驗(yàn)研究，將得到的測(cè)試數(shù)據(jù)與生物質(zhì)燃料燃燒生成氮氧化物的機(jī)理相結(jié)合，可得到如下結(jié)論：

1) 生物質(zhì)燃料的氮元素主要存在于揮發(fā)分氮中，在燃燒過(guò)程中生成氣相氮，最終在二次燃燒時(shí)生成氮氧化物，因此向鍋爐的二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液的脫氮效果最好。

2) 噴淋尿素溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%逐步上升為20%，檢測(cè)到氮氧化物折算濃度先降低后升高。噴淋尿素溶液濃度較低時(shí)鍋爐燃燒生成的氮氧化物無(wú)法充分反應(yīng)，濃度較高時(shí)過(guò)多的尿素?zé)峤猱a(chǎn)物被氧化成NO，降低了噴淋尿素溶液的脫氮效率。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析建立出氮氧化物排放濃度模型，計(jì)算后認(rèn)為當(dāng)噴淋尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.96%時(shí)，NOx排放濃度最低。

3) 不同的生物質(zhì)顆粒在相同條件下燃燒時(shí)，燃料的低位發(fā)熱量與內(nèi)部的氮元素為影響燃料型NOx排放濃度的主要因素，低位發(fā)熱量越高，氮元素含量越高，NOx的排放濃度越高。但計(jì)算NOx折算濃度時(shí)還要測(cè)量其煙氣氧含量，煙氣氧含量的值越高，計(jì)算得出的NOx折算值也就越高。