選擇性催化還原脫硝的理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究、分子模擬和數(shù)值計(jì)算，針對(duì)目前燃煤煙氣脫硝的選擇性催化還原脫硝催化劑的制備及其脫硝機(jī)理進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了該技術(shù)脫硝所需的一系列關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，并應(yīng)用于某燃煤機(jī)組煙氣脫硝工程。 實(shí)驗(yàn)采用溶膠-凝膠法制得 TiO<,2>凝膠，對(duì)凝膠進(jìn)行不同條件下的干燥和煅燒處理，然后通過(guò)浸漬法在 TiO<,2>上依次負(fù)載WO<,3>和V<,2>O<,5>，最終得到了一系列選擇催化還原脫硝用催化劑V<,2>O<,5>-WO<,3>/Ti

2、O<,2>。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TiO<,2>凝膠的處理溫度對(duì) TiO<,2>的晶型、催化劑結(jié)構(gòu)和脫除NO的性能均有影響，在實(shí)驗(yàn)條件下NO脫除效率最高可達(dá)98.3％。 采用 VO<,4>H<,3>、V<,2>O<,7>H<,4>和V<,6>O<,20>H<,10>3種不同大小的原子簇模型，模擬了不同V205存在形式下，NH<,3>和H<,2>O在SCR催化劑表面的吸附作用。V<,2>O<,5>表面，尤其O(1)H位，很容易形成穩(wěn)定的B

3、ronsted酸位。NH<,3>與氧化釩單體或者二聚物模型作用放出略小于50 kJ/mol的能量，而與多聚物原子簇模型的O(1)H位形成NH<,4><'+>，該物質(zhì)在SCR 反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，吸附能則為-128 kJ/mol。提高聚合態(tài)氧化釩的比例，有利于氨以NH<,4>形式吸附在催化劑的B酸位O(1)H，促進(jìn)脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。H<,2>O與V<,2>O<,5>氧位的吸附作用，均小于V位和OH位。其與V<,6>O<,20>H<,10>的

4、O(1)H位形成穩(wěn)定構(gòu)型，吸附能為-97 kJ/mol。在V<,2>O<,5>不同的存在形式下，水與氨的吸附能均相當(dāng)，兩者存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，一定程度上影響了SCR脫硝反應(yīng)速率。 以600MW機(jī)組為例，對(duì)大型、重載、高溫SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了研究?；诹黧w力學(xué)分析設(shè)計(jì)，確定反應(yīng)器和導(dǎo)流葉片的結(jié)構(gòu)與布置，從而在大截面空間范圍內(nèi)有效控制煙氣速度標(biāo)準(zhǔn)偏差和NH<,3>/NO<,X>摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差，滿足脫硝反應(yīng)的要求：運(yùn)用有限元方法

5、進(jìn)行結(jié)構(gòu)和熱分析與設(shè)計(jì)，精確計(jì)算反應(yīng)器強(qiáng)度與變形，合理設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋、柱、梁和支座，以減小溫差，降低熱應(yīng)力，優(yōu)化出輕型、適配于主機(jī)組的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；有效的防積灰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)置清灰裝置，減少或及時(shí)清除積灰。 針對(duì)NH<,3>、NO<,X>混合這一SCR脫硝工程關(guān)鍵問(wèn)題，提出了以“主動(dòng)利用不均”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“單一尺度的平均化”的混氨理念，在SCR反應(yīng)器短直進(jìn)口段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的NH<,3>/NO<,X>混合效果，進(jìn)而解決了改造工程中常見(jiàn)的空間