本文關(guān)鍵詞：SCR反應(yīng)的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)到目前為止火力發(fā)電還是電力來(lái)源的主要組成部分。在環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)苛的情況下,煙氣脫硝要求越來(lái)越高。煙氣SCR脫硝技術(shù)是一種效率高、成本合理、應(yīng)用廣泛的技術(shù)。其中的催化反應(yīng)是重中之重,所以研究SCR反應(yīng)是必要的。本文圍繞SCR反應(yīng)進(jìn)行研究,采用Comsol和Aspen軟件從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和流程兩方面進(jìn)行研究:1)在標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)的基礎(chǔ)上加入副反應(yīng)氨氧化反應(yīng),研究三維孔道反應(yīng)之前,先進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的模擬和考核,然后將反應(yīng)動(dòng)力學(xué)耦合在三維孔道上,加入流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)建立模型。在三維模型中考察了操作參數(shù)溫度、煙氣流速、氨氮比、孔道體積對(duì)脫硝效率及選擇性參數(shù)的影響。也分析了在孔道的各個(gè)截面上的濃度分布和溫度分布。氨氮比最優(yōu)條件是1.1,最優(yōu)反應(yīng)溫度是650K左右。2)研究了催化劑的形狀參數(shù)對(duì)脫硝效率的影響,形狀參數(shù)分別是催化劑孔道長(zhǎng)度和催化劑孔道邊長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)與脫硝效率呈正相關(guān)關(guān)系�？椎篱L(zhǎng)度300mm就基本完成反應(yīng)。催化劑孔道長(zhǎng)度每增加100mm,脫硝效率增加約4%,催化劑孔道邊長(zhǎng)每增加2mm,脫硝效率能提高10%左右。在形狀模擬之后,對(duì)其進(jìn)行分布優(yōu)化。建立了優(yōu)化模型,分別以中心流速和反應(yīng)速率為優(yōu)化目標(biāo),用SNOPT方法進(jìn)行優(yōu)化,最后分別得到優(yōu)化后的分布形狀。3)從流程的角度對(duì)SCR反應(yīng)進(jìn)行了模擬,首先用Aspen軟件對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行模擬計(jì)算,分析了不同操作參數(shù)對(duì)脫硝效率的影響。反應(yīng)器在半徑0.5m時(shí),長(zhǎng)度1米就能完成反應(yīng)。氧氣含量大于10%對(duì)脫硝效率的影響減弱,到15%往后就基本消除。不同物性方法對(duì)脫硝效率有影響,尤以UNIFAC影響較大。隨著溫度的增加,脫硝效率先增大后減小,最優(yōu)值在520K左右。PID動(dòng)態(tài)模擬的參數(shù)P值越高,控制越好,I值越高,偏差越大,但穩(wěn)定更快。隨著控制的進(jìn)行,反應(yīng)器整個(gè)濃度趨于均勻。4)本文最后建立了快速SCR反應(yīng)模型分析操作參數(shù)對(duì)脫硝效率的影響,特別是NO2含量對(duì)脫硝效率的影響。其中也包括了氧氣含量和水蒸氣含量對(duì)脫硝效率的影響。O2濃度超過(guò)2%時(shí),氧氣濃度對(duì)SCR反應(yīng)基本上沒(méi)有影響,但在氧氣濃度小于2%時(shí),隨著氧氣濃度的增加,SCR的脫硝效率也在增加;隨著H2O的濃度增加,SCR脫硝效率下降;在NH3足量的情況下,當(dāng)反應(yīng)物中NO2與NO等量時(shí),脫硝效率最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：標(biāo)準(zhǔn) SCR 反應(yīng) 催化劑 快速 SCR 反應(yīng) 優(yōu)化 孔道模擬
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X773
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.2 脫硝方法13-15
• 1.2.1 燃燒處理13-14
• 1.2.2 燃燒后處理14-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 模擬研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 2 三維SCR反應(yīng)的數(shù)值模擬20-37
• 2.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)20
• 2.2 多相催化反應(yīng)基礎(chǔ)20-22
• 2.3 數(shù)學(xué)模型建立22-29
• 2.3.1 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程23
• 2.3.2 計(jì)算模型與條件23-25
• 2.3.3 模型假設(shè)25
• 2.3.4 方程及邊界條件25-26
• 2.3.5 數(shù)學(xué)模型的定解條件26-27
• 2.3.6 網(wǎng)格考核27-28
• 2.3.7 模型考核28-29
• 2.4 結(jié)果與討論29-35
• 2.4.1 本征動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果29-30
• 2.4.2 三維孔道反應(yīng)模擬結(jié)果30-35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 3 催化劑結(jié)構(gòu)及分布參數(shù)對(duì)SCR脫硝性能的影響37-51
• 3.1 催化劑孔道長(zhǎng)度和邊長(zhǎng)長(zhǎng)度對(duì)脫硝效率的影響37-39
• 3.2 以反應(yīng)中心流速為優(yōu)化目標(biāo)的催化劑分布優(yōu)化39-45
• 3.2.1 優(yōu)化模型理論39-40
• 3.2.2 模型建立40-41
• 3.2.3 網(wǎng)格考核41-42
• 3.2.4 模擬結(jié)果42-45
• 3.3 以反應(yīng)速率為優(yōu)化目標(biāo)的催化劑分布優(yōu)化45-50
• 3.3.1 優(yōu)化模型45-47
• 3.3.2 參數(shù)設(shè)置47-48
• 3.3.3 模擬結(jié)果48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 流程方向的SCR反應(yīng)的模擬51-65
• 4.1 Aspen軟件中SCR反應(yīng)模擬51-56
• 4.1.1 反應(yīng)器長(zhǎng)度對(duì)脫硝效率的影響53
• 4.1.2 氧濃度對(duì)脫硝效率的影響53-54
• 4.1.3 不同的物性方法對(duì)脫硝效率的影響54-55
• 4.1.4 溫度對(duì)脫硝效率的影響55-56
• 4.2 SCR反應(yīng)還原劑流量PID參數(shù)動(dòng)態(tài)仿真模擬56-63
• 4.2.1 SCR反應(yīng)的PID控制56-57
• 4.2.2 PID參數(shù)的調(diào)整57-58
• 4.2.3 模型描述58-60
• 4.2.4 網(wǎng)格考核60-61
• 4.2.5 結(jié)果與討論61-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 5 快速SCR脫硝反應(yīng)的數(shù)值模擬65-71
• 5.1 SCR反應(yīng)模型65-66
• 5.2 結(jié)果與討論66-70
• 5.2.1 O_2濃度對(duì)脫硝效率的影響66-67
• 5.2.2 H_2O濃度對(duì)脫硝效率的影響67-68
• 5.2.3 NO_2/NO_x值對(duì)脫硝效率的影響68
• 5.2.4 氨氮比對(duì)脫硝效率的影響68-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 6 結(jié)論與展望71-74
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)72
• 6.3 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果78

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本文編號(hào)：447227