scr反应的数值模拟及优化研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312232681密级硕士学位论文SCR反应的数值模拟及优化研究作者姓名：王桂芳导师姓名：周俊杰副教授学科门类：工学专业名称：化学工艺培养院系：化工与能源学院完成时间：2016年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterNumericalSimulationandOptimizationofSCRreactionByGuifangWangSupervisor:Prof.JunjieZhouChemicalTechnologySchoolofChe

2、micalEngineeringandEnergyApril,2016学位论文原创性声明：本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果，本论文不包含任何其他个人或集。除文中已经注明引用的内容外体已经发表或撰写过的科研成果，。对本文的研巧作出重要贡献的个人和集体均已在文中明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：＾＾曰期：如乂年／月／曰学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或

3、向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时一，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：ｉ栓考曰期：７＾乂年（月曰／摘要摘要我国到目前为止火力发电还是电力来源的主要组成部分。在环境保护要求日益严苛的情况下，烟气脱硝要求越来越高。烟气SCR脱硝技术是一种效率高、成本合理、应用广泛

4、的技术。其中的催化反应是重中之重，所以研究SCR反应是必要的。本文围绕SCR反应进行研究，采用Comsol和Aspen软件从反应动力学和流程两方面进行研究：1）在标准SCR反应的基础上加入副反应氨氧化反应，研究三维孔道反应之前，先进行了反应动力学的模拟和考核，然后将反应动力学耦合在三维孔道上，加入流动、传热、传质建立模型。在三维模型中考察了操作参数温度、烟气流速、氨氮比、孔道体积对脱硝效率及选择性参数的影响。也分析了在孔道的各个截面上的浓度分布和温度分布。氨氮比最优条件是1.1，最优反应温度是650K左右。2）研究了催化剂的形状参数对脱硝效率的影响，形状参

5、数分别是催化剂孔道长度和催化剂孔道边长，发现这两个参数与脱硝效率呈正相关关系。孔道长度300mm就基本完成反应。催化剂孔道长度每增加100mm，脱硝效率增加约4%，催化剂孔道边长每增加2mm，脱硝效率能提高10%左右。在形状模拟之后，对其进行分布优化。建立了优化模型，分别以中心流速和反应速率为优化目标，用SNOPT方法进行优化，最后分别得到优化后的分布形状。3）从流程的角度对SCR反应进行了模拟，首先用Aspen软件对反应器进行模拟计算，分析了不同操作参数对脱硝效率的影响。反应器在半径0.5m时，长度1米就能完成反应。氧气含量大于10%对脱硝效率的影响减弱

6、，到15%往后就基本消除。不同物性方法对脱硝效率有影响，尤以UNIFAC影响较大。随着温度的增加，脱硝效率先增大后减小，最优值在520K左右。PID动态模拟的参数P值越高，控制越好，I值越高，偏差越大，但稳定更快。随着控制的进行，反应器整个浓度趋于均匀。4）本文最后建立了快速SCR反应模型分析操作参数对脱硝效率的影响，特别是NO2含量对脱硝效率的影响。其中也包括了氧气含量和水蒸气含量对脱硝效率的影响。O2浓度超过2%时，氧气浓度对SCR反应基本上没有影响，但在氧气浓度小于2%时，随着氧气浓度的增加，SCR的脱硝效率也在增加；随着H2O的浓度增加，SCR脱硝

7、效率下降；在NH3足量的情况下，当反应物中NO2与NO等量时，脱硝效率最优。关键词：标准SCR反应催化剂快速SCR反应优化孔道模拟IAbstractAbstractSofar,thermalpowerisanimportantcomponentofthepowersourceinChina.Inthecaseofenvironmentalprotectionhasbecomeincreasinglyharsh,therequirementofthefluegasdenitrificationbecomeshigher.SCRdenitrificationi

8、satechnology,whichisefficient,cos