NH3选择性催化还原烟气中NO的反应动力学

采用自行研制的V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂在微型积分反应器上对NH3还原NO的反应进行了微观动力学试验,考察了温度、空速值对NO转化率的影响,并得出反应的微观动力学方程,确定了相关的动力学参数.通过小型试验台的试验,考察了反应气体在催化剂内部的传质、扩散过程对反应速率的影响,建立了催化剂有效因子的计算模型和宏观反应速率方程.试验结果表明,用该模型计算得到的理论值和试验数据具有良好的一致性.     

V2O5-WO3/TiO2催化剂的制备及其动力学分析

采用浸渍法制备了V2O5-WO3/TiO2催化剂,考察了各运行工况对催化剂脱硝活性的影响,在实验的基础上,建立了经验性催化反应动力学方程。结果表明：当催化剂粒径小于40目、空速小于30000h-1时,可以消除SCR脱硝反应的内外扩散的影响。V2O5-WO3/TiO2催化剂的催化还原反应是一级催化反应,反应活化能为能为24232 J/mol,在消除内外扩散影响和NH3/NO比大于1的情况下,NO的反应级数为1.0493,O2的反应级数为1.1366,从而可以得到V2O5-WO3/TiO2催化剂催化反应速率方程式。     

蜂窝状催化剂的制备及其性能评价

在实验室内对蜂窝状V2O5-WO3/TiO2基脱硝催化剂的组成及制备工艺进行了研究,介绍了催化剂的制备过程,包括制备条件、干燥和焙烧时间等,以及催化剂性能测试.微观结构表征和脱硝性能试验结果表明:制备的蜂窝状催化剂比表面积较大,机械强度较好;NO脱除率较高,选择性好;NH3逃逸量及SO2氧化率均能达到商业要求.     

催化剂涂层微孔结构对SCR系统NO_x转化效率的影响

借助选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统催化剂模型研究催化剂涂层微孔结构对氮氧化物(NOx)转化效率的影响。仿真结果表明:微孔结构对SCR系统特性的影响可分为催化活性限制区、孔扩散限制区和边界层传质限制区的影响。在催化活性限制区域,催化剂的转化效率依赖于催化剂的活性能力,通过增加钒含量以使SCR反应活化能降低或增加涂层负载均可提升该区域的NOx转化效率;在孔扩散限制区域,NOx和NH3在微孔内的扩散速率影响了其在活性位周围的浓度,限制了该区域的NOx转化效率,通过调整微孔结构以增加SCR反应物在微孔内的有效扩散系数是提升孔扩散区域NOx转化效率的主要方法;在边界层传质限制区域,NOx和NH3在边界层传质过程中的浓度降低是该区域NOx转化效率的主要限制因素,通过提高几何比表面积以增加通道内气体与涂层的接触面积,是提高该区域NOx转化效率的主要途径。     

新型后处理器SCRF催化去除柴油机PM和NO_x的模拟计算与分析

以涂覆铜沸石的壁流式碳化硅SCRF(SCR catalysts coated DPF)为研究对象,对在SCRF壁面进行的碳烟氧化、NH3吸附及NOx还原反应过程进行模拟计算。计算结果表明:450℃时SCRF对NOx具有的最大转化率,并对PM有较高的氧化速率。随着NO2/NOx的增加,NH3吸附覆盖度降低,当NO2/NOx=0.5时,能同时达到较高的碳烟和NOx转化效率。增大氨氮比(ANR)和基底的比表面积,能提高NOx和PM的转化效率。沉积在SCRF壁面的滤饼层碳烟增大了NH3的物理吸附,同时碳烟的被动再生生成的NO组分改变了局部的NO2/NOx,能提高快速SCR的反应速率,因而增大了SCRF对NOx的还原效率。本研究能为新型后处理器SCRF在柴油机尾气系统中的应用提供理论基础。     

热质渗透壁面饱和多孔介质通道流动与热质传递的数值模拟

利用数值模拟方法研究了多孔介质中存在温度梯度、浓度梯度并具有热质渗透壁面时的受迫对流对传热传质的影响。采用有限容积法在同位网格上离散控制多孔介质内流体流动与热质传递方程守恒方程(即N-S)，对流项采用二阶精度的QUICK格式，扩散项采用中心差分格式。利用SIMPLE算法求解压力和速度耦合问题。利用所发展的程序研究了在不同孔隙率，不同的温度、浓度边界条件下，流场、温度场和浓度场以及Nu和Sh的变化规律。     

玉米热风干燥特性模拟研究

针对玉米热风干燥时内部发生的传热传质过程,以单个玉米为研究对象,构建了三维多组分干燥仿真模型.玉米由表皮、硬质胚乳、软质胚乳和胚四部分组成,扩散系数各不相同,以傅里叶导热方程、菲克扩散方程作为控制方程,表面水分蒸发作为边界条件,利用COMSOL Multiphysics模拟研究了整个干燥过程中内部温度场与浓度场的变化情...     

以工业级锐钛型TiO2为载体V2O5-WO3型催化剂脱氮性能试验研究

为降低脱氮催化剂成本,以工业级锐钛型TiO2为载体,制备V2O5-WO3/TiO2型烟气脱氮催化剂,在自制催化反应器中测试其活性,研究反应温度、空速比、O2浓度、NO浓度、NH3/NO比及V2O5含量等对NO、NO2和N2O转化的影响,采用BET、FT-IR、SEM和XRD等进行微观表征,并与商业催化剂进行比较.结果表明以工业级锐钛型TiO2为载体的催化剂成本较低,在电站锅炉对于脱氮要求不太高的场合还是可行的.     

商业SCR催化剂在蓄热式换热条件下脱硝性能的数值模拟

为了进一步减少HiTAC(高温空气燃烧)过程中产生的氮氧化物NOx,将蜂窝状SCR(选择性催化还原)催化剂植入HiTAC系统的蓄热室中,建立了关于蓄热式换热及NO催化还原的一维数学模型,其中反应物吸附及反应过程依从Eley-Rideal机理,对催化剂在非稳态下脱硝性能进行了数值模拟研究。结果表明:反应速率常数与停留时间对应值——速度的倒数的变化幅度均随换向时间延长而增大;气体速度随空速呈完全线性变化;出口NO浓度呈周期性变化;NO转化率随换向时间的延长而增大,随空速的增大而减小。     

溶胶凝胶法制备CuO／γ-Al2O3催化剂及其脱硝活性的研究

用溶胶凝胶法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂颗粒,并在固定床上测试其催化脱硝活性.利用程序升温方法研究了CuO/γ-Al2O3催化剂对NH3和NO的氧化性能.结果表明:CuO/γ-Al2O3催化剂在250~400℃范围内脱硝效率达到了85%以上;在350℃时,达到98%;但在400℃时,由于NH3的急剧氧化而使脱硝效率下降.高度分散的活性组分能在一定程度上降低催化剂高温下的氧化性能.CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化成NO2,有利于脱硝反应的进行,NH3和NO在催化剂上都存在明显的吸附现象.NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用.     

钒基催化剂NH3-SCR低温反应特性研究

利用固定床反应器及原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪,通过稳态及瞬态反应,研究了v205-wO,rri02催化剂低温NH3选择性催化还原(SCR)机理及低温活性的影响因素.结果表明:低温时,V205-WO3l'iO2 SCR催化剂首先吸附气态NH3,形成吸附态NH3nnH4．,然后吸附态NH3vnh^和气态NO反应,生成N...     

天然气发动机氨排放控制应用研究

选择满足国六排放标准的天然气发动机,用全流稀释排放设备采集了发动机常用工况的排放数据并分析了发动机过量空气系数、催化器温度及发动机尾气中CO、NO x等污染物体积浓度对NH 3排放的影响并提出控制NH 3排放的方法。研究结果表明:当发动机过量空气系数大于0.965时,发动机尾气中NH 3的排放随过量空气系数增大而逐渐降低;发动机尾气排放污染物CO对NH 3的排放量影响较大,在一定范围内CO的体积浓度与NH 3的排放量成正相关,但是NO x的体积浓度与NH 3的排放量没有明显的对应关系。另外,三元催化器(three way catalyst,TWC)包裹保温材料后,发动机尾气中NH 3的排放随着催化器温度的升高而降低。在3种控制天然气发动机尾气中NH 3排放的技术中,当前建议选择两级式TWC技术方案对天然气发动机NH 3排放进行控制处理,待逃逸氨催化器(ammonia slip catalyst,ASC)适应天然气发动机发展后,TWC+ASC可以成为良好的排放控制技术方案。     

超低热值燃气催化燃烧室特性的模拟

对一种新型超低热值燃气催化燃烧室的特性进行了数值模拟研究.这种燃烧室采用蜂窝结构,应用于超低热值燃气轮机系统;超低热值预混气体流过蜂窝状燃烧器的每一个微细通道,在通道表面发生催化反应.分析了催化燃烧室催化剂负载量、预混气体体积流量、燃烧室入口温度和燃料体积分数等主要因素对催化反应器催化特性的影响.计算表明:催化剂负载量制约整个催化反应的速度;减小体积流量、提高燃料体积分数和提高燃烧室入口温度能够显著提高催化转化效率;为避免反应器温度过高导致催化剂失活,甲烷的浓度和燃气入口温度必须合理控制.     

改进型(SNCR+SCR)混合脱硝工艺气液多组分混合特性的数值模拟

提出了改进型(SNCR+ SCR)混合法脱硝工艺,建立了省煤器出口烟道NH3逃逸的摩尔分数分布模型和SCR入口烟道流场均流导流组件模块装置,基于Fluent平台,对大型燃煤锅炉改进型(SNCR+ SCR)混合脱硝工艺在锅炉转向角处还原剂液滴与烟气的混合过程进行数值模拟,并进一步掌握SNCR后段烟气流场的氨氮混合特性和分布特性,同时考虑了混合过程与复杂温度场的相互作用,并探讨了其对SCR反应段的脱硝效果影响.计算结果表明,在喷枪位置固定条件下,传统SNCR反应区脱硝效率在尿素溶液喷射初期随喷射量增加而增大,但不是线性关系,当氨氮物质的量之比大于1.15后,增长减缓,且氨逃逸量与增加的尿素溶液量也非线性关系,改进型工艺在转向角补充尿素溶液喷射后,省煤器出口NH3摩尔分数与补充尿素溶液流量呈线性关系,大大降低了尿素耗量,新型均流导流组件解决了SCR反应器入口界面的回流、二次流以及入射角过大问题,优化后催化剂入口界面烟气速度标准偏差小于10％,浓度场偏差小于5％,在(SNCR+ SCR)脱硝总效率70％条件下,综合考虑漏氨,氨氮物质的量之比可控制在1.5以下.最后通过应用该模型计算实际燃煤机组电厂运行反馈信息来验证数学模型的正确性和可靠性.     

NH3低温选择性催化还原NO的研究

在固定床反应器中,利用瞬态响应技术和程序升温技术研究了低温时NH3选择性催化还原(SCR)NO的瞬态动力学及V2O5-WO3/TiO2催化剂活性的影响因素,试验结果表明:O2的体积分数增大,NO转化率增大;H2O的存在抑制了NO的转化率;SO2的存在提高了NO的转化率.低温时,SCR反应遵循Eley-Rideal机理,...     

燃料型NO在对冲扩散火焰中的生成和还原特性

在CH4/空气对冲扩散火焰的燃料侧人为地掺混一定体积分数的NH3或HCN,数值模拟燃料型NO的生成和还原.模拟使用CHEMKIN和GRI3.0反应机理.结果表明,NO的生成和还原集中在火焰锋面,在火焰中心附近体积分数值最大.在燃料侧,NO的体积分数分布与燃料N的含量及NO初始体积分数值相关,而在空气侧主要受燃料N的影响.不加燃料N时,火焰中NO主要为热力型NO,受拉伸的影响大于燃料的影响;加入燃料N时,火焰中的NO主要为燃料型NO,受燃料体积分数的影响大于拉伸的影响,含量相同时NH3比HCN有更明显的促进NO生成的作用.     

Two dimensional dynamic modeling of a shell-and-tube water-to-gas membrane humidifier for proton exchange membrane fuel cell

Water management is a crucial factor in determining the performance of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) for automotive application. The shell-and-tube water-to-gas membrane humidifier is useful for humidifying the PEMFC due to its good performance. Shell-and-tube water-to-gas membrane humidifiers have liquid water on one side of the tube wall and a dry gas on the other. In order to investigate humidifier performance, a two-dimensional dynamic model of a shell-and-tube water-to-gas membrane humidifier is developed. The model is discretized into three control volumes – shell, tube and membrane – in the cross-sectional direction to resolve the temperature and species concentration of the humidifier. For validation, the dew point temperature of the simulation result is compared with that of experimental data and shows good agreement with only a slight difference. The distribution of humidification characteristics can be captured using the discretization along the air-flow direction. The humidification performance of two different flow configurations, counter and parallel, are compared under various operating conditions and geometric parameters. Finally, the dynamic response of the humidifier at the step-change of various air flow rates is investigated. These results suggest that the model can be used to optimize the inlet flow humidity of a PEMFC.     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

Performance analysis and optimization of a thermally non-symmetric annular fin

Considering thermally non-symmetric convective boundary conditions, optimum dimensions of an annular fin which has a rectangular cross-section are investigated. Two-dimensional heat diffusion equation is solved analytically to obtain temperature distribution and heat transfer rate. In this work, fin volume is fixed to obtain the dimensionless geometrical parameters of the fin with maximum heat transfer rates. The optimum geometry which maximizes the heat transfer rate for a given fin volume has been found employing NCONF routine in the IMSL Library. The derived condition of optimality gives an open choice to the designer.