SCR烟气脱硝反应塔动力学模型与实验研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1 NOx的来源与危害

1.1.2 NOx生成机理

1.2国内外NOx排放与控制

1.2.1国外NOx排放与控制

1.2.2国内NOx排放与控制

1.3 NOx的治理技术

1.3.1一级污染预防措施

1.3.2二级污染预防措施

1.4选择性催化还原技术研究现状

1.4.1国外研究现状

1.4.2国内研究现状

1.5本文研究目的和内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

2 选择性催化还原技术介绍

2.1选择性催化还原技术(SCR)的概述

2.1.1 SCR反应机理

2.1.2 SCR工艺系统

2.1.3 SCR反应器布置方式

2.2工业用催化剂

2.2.1催化剂的分类

2.2.2催化剂的类型

2.2.3催化剂的失活

2.2.4催化剂的再生

2.2.5催化剂的经济性管理

2.3影响SCR工艺参数

2.3.1入口NOx浓度

2.3.2脱硝效率

2.3.3停留时间和空间速度

2.3.4反应温度

2.3.5氨氮比

2.3.6 SO2转化率

3 SCR反应机理及动力模型计算

3.1 SCR多相催化反应机理

3.1.1 Eley-Rideal机理

3.1.2 Langmuir-Hinshelwood机理

3.2催化反应过程

3.3化学反应数学模型建立

3.3.1模型描述与建立

3.3.2组份反应消耗量的确定

3.4计算模型参数

3.5计算结果与分析

3.5.1比表面积对催化剂脱硝效率的影响

3.5.2烟气流速对脱硝效率的影响

3.5.3停留时间对脱硝效率的影响

3.5.4反应温度对脱硝效率的影响

3.5.5氨氮比对脱硝效率的影响

3.6本章小结

本章符号说明

4 实验研究及结果分析

4.1实验装置设计

4.2 SCR反应器的实验系统

4.2.1催化反应系统

4.2.2模拟烟气系统

4.2.3监测控制系统

4.3实验方案

4.4实验步骤

4.5实验结果与分析

4.5.1正交实验极差分析

4.5.2停留时间对脱硝效率的影响

4.5.3反应温度对脱硝效率的影响

4.5.4氨氮比对脱硝效率的影响

4.5.5 NOx浓度对脱硝效率的影响

4.5.6氧气浓度对脱硝效率的影响

4.6本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录