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直流电晕放电诱导自由基簇射烟气脱硝试验和机理研究
作 者: 林赫
导 师: 岑可法;倪明江;骆仲泱
学 校: 浙江大学
专 业: 工程热物理
关键词: 等离子体 电晕放电 脱硝效率 流光 边缘电场 蒙特卡罗模拟 自由基
分类号: X701
类 型: 博士论文
年 份: 2002年
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内容摘要
本文首先评述了各种烟气脱硝技术,并阐述了电晕放电脱除烟气中NOx的研究成果以及对放电机理的研究状况。 研究了以NH3为自由基源物质的烟气脱硝过程。研究表明,烟气湿度对放电的发展起抑制作用,但适当的烟气湿度对提高氮氧化物脱除效率有促进作用,烟气含湿量在10%左右时,单位能量脱除的氮氧化物量最多,是脉冲电晕法的两倍。烟气温度对放电过程影响不明显,但是,烟气温度提高对氮氧化物的脱除不利。烟气流量对放电过程影响较小。氮氧化物脱除率随流量增加而降低,但是提高烟气流量可以提高能量的利用率,烟气在反应器内的停留时间为5~7.5s比较合适,通过进一步延长停留时间来达到进一步提高脱除率是不经济的。烟气中氮氧化物浓度的增加会降低脱除效率,但能量的利用效率会相应提高。减小电极间距将降低起晕电压和击穿电压,加大极间距有利于获得更高的放电功率。 用O2+H2O混合气体簇射结合碱液化学吸收,对烟气中氮氧化物的脱除进行了研究。如果水蒸气体积百分比适量,可以产生稳定的流光电晕。在反应器内,NO主要有两条转化途径,一是被氧化成NO2,后又与OH自由基反应生成HNO3,另一途径是与OH自由基反应,生成HNO2。反应器内的主要反应产物为HNO3,最高DeNOx效率达70%以上。增加电极中氧气的湿度可提高反应器内的DeNOx效率。NaOH溶液对NO的吸收率小于30%,而对NO2的吸收率在90%以上。经过NaOH溶液吸收后,烟气总DeNOx效率最高可达90%。Ca(OH)2溶液对NO2的吸收比较充分,因此,以传统湿法(半干法)烟气脱硫系统作为电晕放电氧化氮氧化物所产生的氧化产物的吸收系统是可行的。 采用模拟电荷法和复变换对静态边缘电场进行了模拟。通过模拟,从理论上证明本文实验方案是可行的,并且得到了静态电场的求解方法,为下一步的工作奠定了基础。在静电场模拟中,还求解出流光电晕放电的临界点,为蒙特卡罗法模拟流光电晕放电提供了基准点。 采用蒙特卡罗法针对本文实验系统进行了流光电晕放电的模拟。模拟结果表明,电子的能量在不同的空间位置分布不同,靠近正极,高能态电子数量有增加的趋势。空间电场因空间电荷的累积而扭曲,在靠近正极附近的区域,电场比拉普拉斯电场强度有所降低,而靠近负极处,电场强度相应增强。由于电场扭曲,流光电晕呈脉冲形式出现,电流也呈脉冲形式。 初步计算了自由基簇射过程中各种自由基的单位能量产率。计算结果证明,在自由基簇射系统中,烟气中N2的分解率较小,而O2和H2O分解率相对较高。 计算了NOx在反应器内的氧化效率,理论与实验值基本吻合。计算了功率浙江大学博士学位论文为2.5w时不同烟气流速条件下的NO:脱除效率,发现在一定的功率条件下,烟气停留时间增加使脱除率提高,但是,降低了能量利用效率。 预测了当喷嘴气体湿度变化时,反应器内NO、氧化效率的变化,发现当喷嘴气体含湿量为9%时,NO:氧化效率最高达90%以上。 结合传统湿法脱硫脱硝技术,提出了电晕氧化结合传统湿法同时脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物的工艺流程。
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全文目录
摘要 3-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-28 1.1 NO_x的危害以及我国NO_x污染现状 10-13 1.1.1 NO_x的危害 10-11 1.1.2 我国NO_x的污染现状和排放情况 11-13 1.2 NO_x的控制对策和治理措施 13-14 1.2.1 国外NO_x控制情况 13 1.2.2 国内NO_x控制情况 13-14 1.3 燃煤烟气NO_x治理技术概述 14-24 1.3.1 传统燃煤烟气NO_x控制技术 14-17 1.3.2 等离子体过程烟气NO_x治理技术 17-24 参考文献 24-28 第2章 电晕放电烟气脱硝机理研究进展 28-52 2.1 等离子体的概念 28-29 2.2 气体电晕放电过程 29-34 2.2.1 流光电晕放电的物理过程 31-32 2.2.2 电晕放电脱除NO_x的化学过程 32-34 2.3 电晕放电等离子体过程烟气除NO_x的机理研究现状 34-44 2.3.1 各种因素对NO_x脱除过程的影响 34-41 2.3.2 关于降低NO_x脱除过程能耗的研究 41 2.3.3 关于NO_x脱除过程化学动力学研究 41-42 2.3.4 关于流光电晕放电数值模拟的研究 42-44 2.4 本文的研究内容 44-45 参考文献 45-52 第3章 以NH_3为自由基源物质的烟气脱硝实验研究 52-74 3.1 传统电晕放电反应器系统的缺陷 52-53 3.2 放电反应器的改进 53-54 3.3 实验系统和实验内容 54-56 3.3.1 实验系统 54-55 3.3.2 实验内容 55-56 3.4 实验结果和分析 56-71 3.4.1 各种因素对放电特性的影响 56-63 3.4.2 各种因素对氮氧化物脱除效率的影响 63-68 3.4.3 能量利用效率 68-71 3.5 烟气中NH_3的遗留分析 71 3.6 本章小结 71-72 参考文献 72-74 第4章 以O_2+H_2O为自由基源物质的烟气脱硝实验研究 74-85 4.1 实验系统 75-76 4.2 可行性研究 76-77 4.3 实验结果与分析 77-83 4.3.1 反应器内的NO的氧化 78-79 4.3.2 NO_x在NaOH溶液中的吸收 79-81 4.3.3 碱性溶液中NO_3~-和NO_2~-离子分析 81-82 4.3.4 Ca(OH)_2溶液对反应产物的吸收 82-83 4.4 本章小结 83 参考文献 83-85 第5章 边缘电场和电晕放电模拟 85-144 5.1 电晕放电过程的数学描述 85-91 5.1.1 汤生理论 85-88 5.1.2 流注理论 88-91 5.1.3 流光电晕放电的整体数学描述 91 5.2 流光电晕放电模拟初始条件 91-93 5.3 边缘静电场的模拟 93-107 5.3.1 普通临界电场的数学模型 93-94 5.3.2 模拟电荷法求解边缘电场 94-102 5.3.3 边缘电场的复变换 102-107 5.4 电晕放电过程蒙特卡罗模拟 107-139 5.4.1 蒙特卡罗法的基本思想 107 5.4.2 放电过程粒子的输运特性 107-108 5.4.3 电子与分子碰撞的数学模型 108-125 5.4.4 参数选取 125 5.4.5 模拟结果与分析 125-129 5.4.6 外部电路平均电流计算 129 5.4.7 自由基产率计算 129-134 5.4.8 NO_x脱除效率理论计算 134-139 5.5 本章小结 139-140 参考文献 140-144 第6章 电晕氧化结合碱液吸收烟气脱硫脱硝工艺流程 144-154 6.1 传统碱液吸收法脱硝工艺 144-146 6.1.1 碱液吸收法脱硝的化学原理 144-145 6.1.2 碱液吸收法脱硝技术的工艺流程 145-146 6.2 石灰/石灰石湿式洗涤法烟气脱硫工艺 146 6.3 电晕放电结合碱液洗涤烟气脱硫脱硝工艺 146-149 6.3.1 电晕放电结合碱液吸收烟气脱硫脱硝工艺流程 146-148 6.3.2 电晕放电反应器的结构 148-149 6.4 电晕放电结合碱液吸收烟气脱硫脱硝的能耗和可行性分析 149-152 6.4.1 能耗分析 149-150 6.4.2 电晕放电结合碱液吸收烟气脱硫脱硝技术的可行性 150-152 6.5 本章小节 152 参考文献 152-154 第7章 全文总结及展望 154-159 7.1 本文的研究成果 154-156 7.2 本文的创新点 156-157 7.3 不足之处和今后工作的设想 157-159 作者在攻读博士学位期间发表与提交的论文 159-160 致谢 160
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用
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