论文总字数：28166字

摘 要

氮氧化物（NO_X）已经成为引起大气污染的主要原因，其中电站锅炉排放的NO_X占燃煤排放NO_X总量的40%以上。NO_X排放到空气中易形成酸雨及光化学烟雾，破坏臭氧层和造成温室效应，对自然环境和人类健康构成严重危害。由于我国对环保的要求越来越严格，研发出可靠、高效而又经济的烟气脱硝技术已迫在眉睫。选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction, SCR）因其脱硝率较高、清洁度较好等优点，已经成为火力发电厂控制NO_X排放的不二选择。

本文的主要研究内容为SCR法烟气脱硝的建模及控制仿真。根据SCR系统的反应机理，找出了SCR系统的主要反应；再利用集总参数法建立面向控制的系统的动态数学模型，并结合特定工况和相应参数对其进行建模；最后将系统辨识出的模型，利用Simulink组件进行仿真。

首先，本文对SCR装置进行了简要介绍，研究了SCR系统的微观反应机理，推导出的基本动力学模型。然后根据物料守恒原理，建立关于催化剂表面及反应器内的反应物浓度的1-D动态数学模型。再根据推导出的SCR系统的动态模型，进行数值建模，得出SCR脱硝系统出口氨气浓度的分布曲线。并针对SCR脱硝过程中的脱硝率以及氨逃逸量的控制问题，先利用系统辨识工具箱进行辨识，再采用GPC控制策略，实现对喷氨量的控制，后对SCR系统进行仿真。

关键词： 选择性催化还原法，烟气脱硝，数值模拟，Matlab，仿真

DYNAMIC MODELING AND SUMULATION OF THE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM

Abstract

Nitrogen oxides (NO_X) is considered as one of the main air pollutants, and the NO_X emitted from power plant accounts for more than 40% of the total coal NO_X emissions. The nitrogen oxides (NO_X), which is emitted into the air, can contribute to acid rain, photo-chemical smog, as well as ground-level ozone, and do serious harm to natural environment and human health. With the improvement of our country’s environmental protection policy requires, nitrogen oxides (NO_X) emission has been incorporated into the strict supervision, so how to develop an efficient, reliable and economical technology for flue gas denitrification is imminent. Selective catalytic reduction (SCR), for its high denitrification rate, small secondary pollution, has become the first choice of the power plant for NO_X removal.

This paper focuses on the SCR DeNO_X system. The main work of this article is as followed: first according to the reaction mechanism of the SCR system, establish a kinetic mathematical model of the SCR reactor based on the Lumped Parameter Method. Second, combined catalytic parameters and working conditions for numerical modeling. Final, simulate on the basis of foregoing work.

This paper firstly deduces the basic kinetic model of the SCR system depending on the SCR reaction mechanism combined with the theory of gas-solid catalytic reaction. Then establish a 1-D dynamic mathematical model, including the material balance equation of catalytic wall as well as inside the channel. Then a numerical calculation based on the foregoing model has obtained the key factors affecting the denitrification and the outlet concentration distribution. Next this paper uses the ARMAX model to realize the system identification of the SCR reactor. Finally, build the simulation platform in the Matlab, the platform can provide simulating and debugging environment for flue gas denitrification.

KEY WORDS: Selective Catalytic Reduction(SCR), Flue gas denitrification, Numerical simulation , Matlab, Simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1论文研究的背景及意义 1

1.1.1氮氧化物的来源 1

1.1.2氮氧化物的产生机理 1

1.1.3氮氧化物的危害 1

1.1.4我国的NO_X排放现状 2

1.1.5 论文研究的意义 2

1.2 SCR烟气脱硝技术的简介 3

1.2.1选择性催化还原法（SCR）简介 3

1.2.2 SCR脱硝建模和控制研究现状 5

1.2.3 国内外SCR技术发展现状 6

1.3 本文研究的主要内容 6

第二章 SCR法烟气脱硝机理及数学建模 8

2.1 引言 8

2.2 SCR法反应机理简介 8

2.2.1常见催化剂简介 8

2.2.2 SCR脱硝微观反应机理 9

2.3 SCR法烟气脱硝反应动力学模型 10

2.4基本动力学模拟 12

2.5小结 13

第三章 SCR脱硝系统建模及预测控制方法研究 15

3.1 引言 15

3.2系统辨识简介 15

3.2.1系统辨识的基本概念 15

3.2.2系统辨识的基本原理 15

3.3预测控制简介 16

3.3.1预测控制原理 17

3.3.2 广义预测控制理论 18

3.4实例分析 18

3.5基于Simulink的SCR系统的仿真 24

3.6小结 26

第四章 总结与展望 27

4.1 本文总结 27

4.2 研究展望 27

致 谢 28

参考文献（References） 29

SCR系统的动态建模及仿真

第一章 绪 论

1.1论文研究的背景及意义

1.1.1氮氧化物的来源

根据产生源的不同，可将大气中的氮氧化物(NOx)分为两类[1]：第一类、由自然界中的雷电、生物体的氧化分解等自然过程产生；第二类、由人类活动产生。

自然界产生的NOx数量比较稳定，且由于自然反应过程，最终能达到生态平衡；而产生NO_X的主要人类活动有：

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