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针对高氮生物质燃料燃烧时 NOx排放高的问题，研究人员在 70-kW 炉中开展双空气分级（DAS）与尿素选择性非催化还原（SNCR）联合脱硝研究。结果表明该技术 NOx还原率达 94%，为小尺度炉超低排放提供方案。
在环保要求日益严苛的当下，生物质能源因可再生性成为减碳重要选择，但其燃烧排放的 NOx却成为难题。尤其高氮含量的农业、林业废弃物燃料，燃烧时会产生大量 NOx，不仅污染环境，还可能导致酸雨等一系列生态问题。传统单一脱硝技术在小尺度生物质炉中的应用效果有限，难以满足超低排放要求，因此亟需开发高效协同的脱硝技术。
为解决这一挑战，国外研究机构的研究人员在《Fuel》发表论文，针对小尺度多燃料生物质炉，开展了优化的一级和二级 NOx还原措施联合应用研究，即双空气分级（DAS）与基于尿素的选择性非催化还原（SNCR）技术结合的脱硝概念研究，旨在实现超低 NOx排放。研究通过实验与动力学模拟结合，深入探究了该联合技术的脱硝效果及作用机制。结果表明，该联合技术展现出显著的协同效应，为小尺度生物质炉的高氮燃料脱硝提供了新路径。
研究主要采用以下关键技术方法：
- 在 70-kW 移动炉排炉上进行实验，设置单空气分级（SAS）、短还原区双空气分级（DAS-S）和长还原区双空气分级（DAS-L）三种配置，结合尿素 SNCR 技术，测试不同燃料下的排放性能。
- 使用紫外共振吸收光谱（UVRAS）、非分散红外（NDIR）气体分析仪等设备测量烟气成分，包括 NOx、CO、O2等。
- 运用 ANSYS Chemkin Pro 软件进行动力学模拟，采用理想反应器结合详细氮化学机理（148 种物质、2764 个反应），分析 CO 等因素对 SNCR 性能的影响。
3. 实验结果
3.1 NOx排放
实验显示，DAS-L+SNCR 配置在三种燃料（木质颗粒、芒草颗粒、咖啡颗粒）中均表现出最佳脱硝效果。与传统 SAS+SNCR 相比，其 NOx还原率最高达 94%。例如，对于氮含量超 2% 的咖啡颗粒，NOx排放可降至 17 mg?m-3（13 vol% O2）。长还原区的 DAS-L 通过延长 NOx还原区域，结合 SNCR 的二次还原，显著降低初始 NOx浓度，同时允许更高的尿素喷射量而不突破 NH3排放限值。
3.2 NH3滑移
NH3滑移是 SNCR 技术的关键指标。DAS-L 配置中，由于在氧化区注射尿素时仍存在高浓度 CO 和 OH 自由基，促进了 NH3的有效反应，抑制了其逃逸。与 SAS 和 DAS-S 相比，DAS-L 的 NH3滑移趋势更平缓，可在更高 NSR（标准化化学计量比）下保持合规，进一步提升了 NOx还原效率。
3.3 N2O 排放
N2O 作为温室气体，其排放与温度和尿素注射量相关。DAS-L 因初始 NOx浓度低，尿素注射量少，且温度较低抑制了 N2O 分解，其排放显著低于 SAS 配置。
4. 模拟结果
4.1 CO 对 SNCR 的影响
动力学模拟表明，CO 浓度影响 SNCR 效率和 NH3滑移。高 CO 浓度（如 DAS-L 中的 220 ppm d.b.）通过增强 OH 自由基浓度，加速 NH3反应路径，降低 NH3逃逸。在低温（900°C）下，高 CO 浓度甚至可使 NOx最小值向更低温度偏移，解释了实验中 DAS-L 的优势。
4.2 NH3反应路径分析
反应路径分析显示，CO 通过增加 OH 自由基浓度，促进 NH3分解为 NH2，同时加速 NO 还原反应（R2、R3），抑制 NH3氧化为 NO 的路径（R4），从而在保证 NOx还原的同时降低 NH3滑移。
5. 联合脱硝概念评估
与市售小型炉相比，该 70-kW 炉采用 DAS-L+SNCR 配置可使 NOx排放显著低于现有技术。例如，对于高氮燃料，传统 SAS 炉排放超 300 mg?m-3，而联合技术可降至 20 mg?m-3以下。此外，DAS 的低 λPrim设计降低了炉排结渣风险，提高了对低质燃料的适应性。
6. 总结与结论
本研究开发的 DAS 与尿素 SNCR 联合脱硝概念，通过优化燃烧分区与还原剂注射策略，在小尺度生物质炉中实现了高效协同脱硝。实验与模拟表明，长还原区 DAS 结合氧化区早期尿素注射（利用 CO 和 OH 自由基效应），可在保证 NH3合规的前提下，实现 NOx排放低于 20 mg?m-3，为高氮生物质燃料的超低排放提供了可行方案。研究结果为未来小尺度多燃料炉的零 NOx设计提供了理论与技术支持，有望推动生物质能源的清洁利用。
该研究通过实验与模拟结合，系统揭示了双空气分级与 SNCR 的协同机制，其成果不仅为小尺度生物质炉的脱硝技术升级提供了新方向，也为其他燃烧设备的高效脱硝提供了参考。未来可进一步通过计算流体力学（CFD）模拟优化工艺参数，推动该技术的商业化应用。
