燃煤电厂SCR烟气脱硝试验研究及数学模型建立

摘要

火电厂选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术，在目前乃至今后相当长时间内是国际上的主流技术，随着我国经济快速发展、电力需求的增长及环保力度的加大，对SCR烟气脱硝装置的市场需求不断增大。在‘‘十五”期间，国家将SCR烟气脱硝技术的研究开发与国产化，列入国家科技研究开发计划。本论文工作即为“十五”国家高科技发展计划(“863计划”)子课题“大型燃煤电站烟气净化技术”研究工作的一部分。 本论文工作以SCR烟气脱硝技术的实际应用为目标，以SCR烟气脱硝装置设计和运行技术为核心研究内容，进行了包括SCR脱硝小型试验、SCR脱硝中间试验、反应器混合与均流冷态实验研究、SCR脱硝数学建模及模拟研究、SCR反应器运行特性研究和SCR反应器设计分析等研究工作。 本论文工作取得的主要创新成果如下： (1)SCR脱硝过程数学建模基于催化剂脱硝宏观特性试验数据和SCR脱硝机理建立了SCR烟气脱硝反应过程数学模型，并开发了相应的计算机软件。将偏微分方程数值解法与无约束非线性最优化算法相结合，提出了利用SCR烟气脱硝宏观反应数据推算SCR烟气脱硝模型中关键参数的方法，采用该方法可在SCR数学模型中直接利用实际脱硝装置的运行数据。 (2)SCR反应器混合与均流技术研究与开发研究开发了气体静态混合器及均流结构，其技术指标能够达到国际惯例水平，为SCR脱硝装置的工程应用奠定了基础。基于SCR数学模型并采用概率分布描述反应物的不均匀性，提出了一种对反应物不均匀性对脱硝性能的影响的模拟分析方法，该方法可以用于SCR．脱硝装置反应物混合性能的设计及运行分析。 (3)SCR脱硝反应器设计与运行分析采用SCR数学模型对锅炉烟气参数变化对脱硝反应器性能影响进行了数值模拟，揭示了脱硝反应器的变工况运行特性。基于SCR数学模型和催化剂失活模型，提出了计及催化剂失活的SCR脱硝反应器设计分析方法。基于SCR数学模型并采用概率分布描述SCR脱硝装置设计和运行条件的不确定性，提出了对不确定因素对SCR脱硝反应器性能影响的模拟分析方法。所得到的模拟分析结果，对SCR脱硝反应器的设计和运行具有重要的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及其意义

1.2国内外研究现状

1.2.1主要烟气脱硝技术及其应用状况

1.2.2国外研究现状

1.2.3国内研究现状

1.3论文工作内容

1.3.1 SCR脱硝小型试验研究

1.3.2 SCR脱硝中间试验研究

1.3.3 SCR脱硝过程数学建模

1.3.4 SCR反应器混合与均流试验研究及关键技术开发

1.3.5SCR反应器设计和运行分析

第二章SCR脱硝试验研究

2.1引言

2.2 SCR烟气脱硝原理

2.2.1工艺过程

2.2.2 SCR脱硝反应过程

2.3 SCR小型试验研究

2.3.1试验装置及方法

2.3.2试验结果分析

2.4 SCR脱硝中间试验研究

2.4.1试验装置

2.4.2试验方法

2.4.3试验结果分析

2.5本章小结

第三章SCR脱硝过程数学建模

3.1引言

3.2反应过程

3.3化学反应

3.4外部传质

3.5内部传质

3.5.1催化剂的孔结构

3.5.2催化剂孔内气体扩散

3.5.3催化剂内传质模型

3.6表面反应动力学

3.7 SCR脱硝数学模型

3.8模型求解与系数估值方法

3.8.1模型求解方法

3.8.2系数估值方法

3.9反应动力学参数估值结果

3.10数值模拟结果及分析

3.10.1 NO转化率与氨氮摩尔比的关系

3.10.2NO转化率与反应温度的关系

3.10.3NO转化率与反应时间的关系

3.10.4氨漏失与氨氮摩尔比的关系

3.10.5气体速度对NO转化率的影响

3.10.6催化剂壁内的NO浓度分布

3.12本章小结

第四章反应器混合与均流试验研究与模拟分析

4.1引言

4.2反应器混合与均流试验研究

4.2.1试验装置

4.2.2试验结果及分析

4.3还原剂分布不均匀对脱硝影响的模拟分析

4.3.1模拟分析方法

4.3.2脱硝反应器设计方案

4.3.3结果与分析

4.4本章小结

第五章SCR脱硝反应器变工况运行分析

5.1引言

5.2 SCR脱硝反应器运行参数

5.3分析方法

5.4变工况模拟分析

5.4.1反应器设计参数

5.4.2模拟结果与分析

5.4.3讨论

5.5本章小结

第六章计及催化剂失活的SCR脱硝反应器设计分析

6.1引言

6.2催化剂失活特性

6.3模拟分析方法

6.4模拟分析

6.4.1催化剂失活

6.4.2不考虑失活的催化剂体积

6.4.3考虑失活的催化剂体积

6.4.4考虑失活的反应器设计

6.5本章小结

第七章不确定因素对SCR脱硝性能影响的概率模拟

7.1引言

7.2模拟方法

7.2.1 SCR脱硝反应数学模型

7.2.2模拟的基本过程

7.2.3烟气参数随机抽样方法

7.2.4性能参数概率分布的计算方法

7.3模拟计算实例

7.3.1反应器设计参数

7.3.2参数的概率分布

7.3.3模拟结果及分析

7.4本章小结

第八章结论及建议

8.1论文工作成果

8.2对进一步研究工作的建议

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参加的科研项目、获得的成果及奖励

个人简历