SCR反應(yīng)的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、我國到目前為止火力發(fā)電還是電力來源的主要組成部分。在環(huán)境保護要求日益嚴(yán)苛的情況下，煙氣脫硝要求越來越高。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)進行研究，采用Comsol和Aspen軟件從反應(yīng)動力學(xué)和流程兩方面進行研究：
　　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，先進行了反應(yīng)動力學(xué)的模擬和考核，然后將反應(yīng)

2、動力學(xué)耦合在三維孔道上，加入流動、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、孔道體積對脫硝效率及選擇性參數(shù)的影響。也分析了在孔道的各個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)對脫硝效率的影響，形狀參數(shù)分別是催化劑孔道長度和催化劑孔道邊長，發(fā)現(xiàn)這兩個參數(shù)與脫硝效率呈正相關(guān)關(guān)系。孔道長度300mm就基本完成反應(yīng)。催化劑孔道長度每增加10

3、0mm，脫硝效率增加約4％，催化劑孔道邊長每增加2mm，脫硝效率能提高10%左右。在形狀模擬之后，對其進行分布優(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SCR反應(yīng)進行了模擬，首先用Aspen軟件對反應(yīng)器進行模擬計算，分析了不同操作參數(shù)對脫硝效率的影響。反應(yīng)器在半徑0.5m時，長度1米就能完成反應(yīng)。氧氣含量大于10%對脫硝效率的影響減弱，

4、到15%往后就基本消除。不同物性方法對脫硝效率有影響，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。隨著控制的進行，反應(yīng)器整個濃度趨于均勻。
　　4）本文最后建立了快速SCR反應(yīng)模型分析操作參數(shù)對脫硝效率的影響，特別是 NO2含量對脫硝效率的影響。其中也包括了氧氣含量和水蒸氣含量對脫硝效率的影響。O2濃度超過2%時，氧