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SCR烟气脱硝反应塔动力学模型与实验研究

作　者: 李廷豪
导　师: 伍成波
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 氮氧化物 SCR 催化剂动力学模型
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 369次
引　用: 3次
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内容摘要

氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一,它引起酸雨和光化学烟雾,影响生态环境,危害人类健康,控制NOx的排放已受到人们普遍关注。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)烟气脱硝技术因其脱硝率高(可达90%以上)、技术成熟成为燃煤电站锅炉控制NOx排放的主要选择。但是SCR烟气脱硝技术在我国起步较晚,在实际系统工艺的设计和运行方面遇到不少问题。论文以蜂窝状V2O5-WO3/TiO2催化剂为研究对象,选用孔道为正方形的蜂窝式催化剂载体,分析了脱硝反应外传质过程、内传质过程和界面化学反应过程,建立宏观动力学数学模型。模型选用活性物质组分不同的三种催化剂进行计算,研究了温度、停留时间、氨氮比、氧气浓度、NO浓度等催化剂活性的影响。搭建了处理烟气量约150m3/h的模拟SCR烟气脱硝塔实验装置,采用正交实验对催化剂的宏观反应性能进行实验研究,为脱硝定量关系提供基础数据,并验证所建立的数学模型的正确性。实验结果表明:各因素对脱硝效率指数影响程度的主次顺序为:B(反应温度)>D(NO浓度)>A(停留时间)>E(氧气浓度)>C(氨氮比),即五个因素中反应温度对脱硝效率影响最大。由此得到最佳方案为A4B2C2D4E1。在不考虑氧气浓度的影响下,由数学模型计算得出,各因素对脱硝效率指数影响程度的主次顺序为:A(停留时间)> D(NO浓度)> B(反应温度)>C(氨氮比),确定出最优的方案为A4B2C2D4,这与实验所得到的最佳方案一致。因此,模型计算与实验结果吻合良好。所建立的数学模型可以反映出反应器的主要运行参数的规律,其脱硝效率随比表面积、停留时间、氨氮比、反应温度的增加而增加,但增长的趋势逐渐平缓;烟气流速对脱硝效率基本无影响。其结果与实验结果符合良好,说明模型是合理的,从而可以将该模型应用于脱硝装置的改进和运行分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-21
  1.1 课题研究背景及意义  8-10
    1.1.1 NO_x的来源与危害  8-9
    1.1.2 NO_x生成机理  9-10
  1.2 国内外NO_x排放与控制  10-14
    1.2.1 国外NO_x排放与控制  10-13
    1.2.2 国内NO_x排放与控制  13-14
  1.3 NO_x的治理技术  14-16
    1.3.1 一级污染预防措施  14-15
    1.3.2 二级污染预防措施  15-16
  1.4 选择性催化还原技术研究现状  16-19
    1.4.1 国外研究现状  16-18
    1.4.2 国内研究现状  18-19
  1.5 本文研究目的和内容  19-21
    1.5.1 研究目的  19
    1.5.2 研究内容  19-21
2 选择性催化还原技术介绍  21-33
  2.1 选择性催化还原技术（SCR）的概述  21-24
    2.1.1 SCR 反应机理  21-22
    2.1.2 SCR 工艺系统  22
    2.1.3 SCR 反应器布置方式  22-24
  2.2 工业用催化剂  24-30
    2.2.1 催化剂的分类  24-26
    2.2.2 催化剂的类型  26-27
    2.2.3 催化剂的失活  27-28
    2.2.4 催化剂的再生  28-30
    2.2.5 催化剂的经济性管理  30
  2.3 影响SCR 工艺参数  30-33
    2.3.1 入口NO_x浓度  30
    2.3.2 脱硝效率  30-31
    2.3.3 停留时间和空间速度  31
    2.3.4 反应温度  31
    2.3.5 氨氮比  31-32
    2.3.6 SO_2 转化率  32-33
3 SCR 反应机理及动力模型计算  33-46
  3.1 SCR 多相催化反应机理  33-34
    3.1.1 Eley-Rideal 机理  33-34
    3.1.2 Langmuir-Hinshelwood 机理  34
  3.2 催化反应过程  34-36
  3.3 化学反应数学模型建立  36-40
    3.3.1 模型描述与建立  36
    3.3.2 组份反应消耗量的确定  36-40
  3.4 计算模型参数  40-41
  3.5 计算结果与分析  41-44
    3.5.1 比表面积对催化剂脱硝效率的影响  41-42
    3.5.2 烟气流速对脱硝效率的影响  42
    3.5.3 停留时间对脱硝效率的影响  42-43
    3.5.4 反应温度对脱硝效率的影响  43
    3.5.5 氨氮比对脱硝效率的影响  43-44
  3.6 本章小结  44
  本章符号说明  44-46
4 实验研究及结果分析  46-59
  4.1 实验装置设计  46
  4.2 SCR 反应器的实验系统  46-50
    4.2.1 催化反应系统  46-48
    4.2.2 模拟烟气系统  48-49
    4.2.3 监测控制系统  49-50
  4.3 实验方案  50-51
  4.4 实验步骤  51-52
  4.5 实验结果与分析  52-58
    4.5.1 正交实验极差分析  52-55
    4.5.2 停留时间对脱硝效率的影响  55
    4.5.3 反应温度对脱硝效率的影响  55-56
    4.5.4 氨氮比对脱硝效率的影响  56-57
    4.5.5 NOx 浓度对脱硝效率的影响  57
    4.5.6 氧气浓度对脱硝效率的影响  57-58
  4.6 本章小结  58-59
5 结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
附录  64
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  64
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目  64

SCR烟气脱硝反应塔动力学模型与实验研究

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