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电晕放电除尘脱硫脱氮试验及其机理研究

李秋荣  
【摘要】: 脉冲放电低温等离子体技术的研究始于20世纪70年代末,是一种有效的烟气脱硫脱氮方法。迄今为止,各国的研究人员仍在不断探索,力求使该项技术趋于完善。 本文利用所设计制造的除尘、脱硫脱氮的分立装置和除尘脱硫脱氮一体机进行了如下方面的试验研究:放电等离子体除尘脱硫的试验;网状转动极板除尘脱硫脱氮装置的设计和试验;低碳烃活化与电晕放电协同脱除NO的试验及热力学分析;催化剂与电晕放电协同脱硫脱氮的试验;金属氧化物脱硫反应的热力学计算及模型建立。通过试验和理论分析,获得如下研究结果。 通过电晕放电脱硫的试验分析表明,脉冲电晕放电的脱硫效率高于负直流电晕放电脱硫,氨气和水蒸气从放电极喷出的烟气脱硫提高率高于氨气和水蒸气从烟气入口进入的状况。 利用网状转动极板除尘脱硫脱氮一体机进行除尘脱硫脱氮的试验,结果表明,烟道中气流速度越大,除尘效率越低;当烟道里气流风速为2.1m/s时,转速越大,干法除尘效率越高,转速为12rpm时,除尘效率可达到99%;在转速为6rpm和通水的情况下,除尘效率可以达到99%以上。在通水或通氨的情况下,极板转动对脱硫脱氮没有影响;然而在发尘情况下,极板转动对脱硫效率影响,比固定极板提高5%。Cu-Cr-Al-Ni合金放电针在3.5%NaCl+4.5mol/L NH3溶液中腐蚀优先在Cu/Cr相交界处产生,在该条件磨损作用下Cu-Cr-Al-Ni合金中Cr相易从基体上剥离下来,外加载荷越大,Cr相剥离倾向越大。 采用低碳烃与电晕放电协同脱除NO的实验结果与热力学分析计算一致,在298K下,甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷和丙烯等低碳烃与NO反应的标准吉布斯函数变表明乙烷、乙炔、丙烷和丙烯的正向反应的趋势较大,其中丙烯的趋势最大。通过脉冲电晕放电与CuO/γAl2O3协同处理脱除烟气中SO2和NO的试验可知,脉冲电晕放电与CuO/γAl2O3协同处理脱除烟气中SO2和NO,脉冲电压达到40kV时,进口烟气温度为80℃,出口烟气温度为40℃,气体在烟道中的流速为1.3m/s,SO2的初始浓度为1400mg/m3,NO的初始浓度350 mg/m3,SO2的去除率达到85%以上,NO的去除率为30%;通过对催化剂的性能进行表征,发现催化剂与脉冲电晕协同处理后,在低温下也有较大的反应活性。 运用化学热力学理论对常见金属氧化物脱硫剂(CuO,CaO,Fe2O3,MgO,CeO2)脱硫反应的吉布斯函数变(ΔG)和平衡时SO2的分压等进行计算。计算结果表明:金属氧化物脱硫剂的脱硫反应在常温下就有很大的正向进行趋势。由金属氧物脱硫剂有效反应温度范围内的脱硫反应SO2平衡分压可知:脱硫效率由高到低的顺序依次为:CeO2CuOMgOCaOFe2O3。而且脱硫效率都有随温度升高而降低的趋势。 本文还采用缩核模型和晶粒模型思想,对非催化的脱硫反应进行了宏观与微观联合建模。


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