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提高脉冲放电等离子体烟气脱硫效率的研究

李杰  
【摘要】: 为了提高脉冲放电等离子体烟气的脱硫率,更好发挥水和氨在该过程中的作用,我们提出了电晕放电水蒸气活化提高脱硫率的方法。为了实现这一目的,我们在脉冲放电等离子体反应器的前端,增加了电晕放电水活化电极装置,该装置采用直流正电晕放电原理,水是以气体的形式从活化电极装置的放电极喷出,注入到脉冲放电等离子体反应器之中。并且,将本装置也应用于对氨气的活化处理。本文研究内容是,通过研究活化电极的电晕放电特性,得出设计电晕放电水和氨活化电极的方法;分别研究了电晕放电水、氨分别活化,和同时活化对提高脉冲放电脱硫的作用,提出水蒸气和氨气同时活化提高脱硫效果的设计方案;通过四极质谱法和发射光谱法测试电晕放电水活化产生的离子和自由基,及其一些影响因素;分析了脉冲放电等离子体烟气脱硫的反应动力学过程。主要的研究成果和结论如下: 1、研究了水蒸气和氨气注入时的电晕放电特性,及其影响因素,得到电晕电流随电压的增加而增加;在相同电压下,注入水蒸气和氨气时的电晕电流低于不注入时的电晕电流,但是,水蒸气和氨气的流量对放电特性影响很小;脉冲供电时水蒸气的注入使电压波形的基压、拖尾电压值增加,电流波形的峰值降低;得到了电晕放电H_2O、NH_3活化装置设计方法:①电极结构选择多针—板电极结构,针电极和板电极平行。②采用正极性、直流电压供电。 2、通过电晕放电水蒸气活化对提高脉冲放电脱硫作用的研究,得到了电晕放电水蒸气活化的方法本身对模拟烟气中的SO_2具有一定的脱除作用,脱硫率随着直流电压的增加而增加,随水蒸气注入量的增加而增加;采用直流电晕放电水蒸气活化脱硫率明显的高于短脉冲放电水蒸气活化的脱硫率,其原因是由于直流电晕放电的电场,可以始终作用于水蒸气上,纳秒级脉冲放电电场作用于水蒸气时间很短(<1μs),这样直流电晕放电产生的与水有关的自由基多,脱硫率高;在脉冲放电等离子体烟气脱硫技术中,增加电晕放电水蒸气活化技术,可以使烟气的脱硫率明显提高。研究结果表明了电晕放电水蒸气活化技术是有效的和可行的。 3、研究了电晕放电氨气活化对SO_2的脱除作用,得到了电晕放电氨气活化对模拟烟气中的SO_2有脱除作用,脱硫率随着活化电压增加而增加,并且,氨硫比对脱硫率也有影响;在脉冲放电等离子体烟气脱硫技术中,增加电晕放电氨气活化技术,可提高脉冲放电的脱硫率,并可减少尾气氨的排放。证明电晕放电氨气活化技术是有效的。 4、通过对水蒸气和氨气进行电晕放电同时活化,来研究脱硫效果,得到了水蒸气和 氨气同时电晕放电活化时的脱硫率,高于单独活化水蒸气或氨气时的脱硫率,并且,同 时活化可以提高脉冲放电等离子体烟气脱硫率,表明水蒸气和氨气电晕放电活化技术对 提高脉冲放电等离子体烟气的脱硫率是有效的;给出电晕放电水蒸气和氨气活化的设计 方案。 5、利用四极分子束质谱和发射光谱仪,对电晕放电水活化后产生的离子和自由基进 行了诊断研究。得出了直流电晕放电水活化可以产生比“;直流电晕放电水活化可以产 生OH自由基,OH自由基随活化电压的增加而增加,随活化水量的增加而增加:分析 了水放电活化中 HZO\ OH产生化学反应过程,以及 HZO“和 OH在脉冲放电等离子体 烟气脱硫中的化学反应过程,结果表明电晕放电水蒸气活化是可以提高脉冲放电等离子 体烟气脱硫率的。


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