（环境工程专业论文）脉冲放电脱硫反应器电参数测量及结构优化.pdf

辣坤魄挚脱硫艇艨器电参数测量及结构优化 摘要 零漾鼷运矮实验方法瓣稼黻毫 髓等离予体线蔽式l 莞璇爱盛嚣静放电特稳、宅 极配鼹形式对脱硫效率的影响以及脉? 中自邕量沿放电线酶终输进行了较为深入秘系统& 孥研 究，强豹楚为该按零豹工监纯波瘸强擞辩擎袄蕹。圭嚣掰究疼容稻绩谂脊： 1 、在爨漏、空气介质条件下，研究了不同初级电胍、不同成形电容匹配、不同线 板间距、不蚓故电极冬# g 基等因素对放电特性的影嘲，褥期了反应爨的放毫娥捧：默淀瞧 值电藤、基簇和拖蓬毫压随敬电极邻躐的增大先减小，然后增大；脉冲能爨则随放电极 令嘲i 的增大毙增大，然露裁小。劳稷撵零实验结蓉，褥感了爱您黼薯卜啜续 訇绕傀愆置 翡经验公式b = 0 3 c + 3 7 5 ( 式巾b 为敖跑线闻躐，c 为线板闻躐，单位酃是c m ) 。 2 、经过x 撤电极在不同脉冲峰值电压、不同来端噬酉已、不同放电线感襁下进杼的能 量衰减实骏蹬究。褥载了麓藩躲滓篆羹燕毫晕放电壤土淤行渡形式传播、藏减静麓律： 高压脉冲能缀沿电晕线迅速衰减，脉冲波形显著畸变；峰值电压越离，电聚线越细，放 电越谶，衰减越捷；电孥境遥端受行波及射影响较大。妫霉出：在遴舒反疲器豹设计时， 为提胬脱硫效率和能纛利用率，合理设计反应器的尺寸，提高反艨器的褴价 ，放电线 的长度不宜避长，一般不应越过1 0 m 。 3 、花碉气量为2 0 0 n m 3 h 烟气脱黼戡骈亍了脱硫实验研究，通过脱硫率与电极 结构和电源氍配关系的研究结果，验证t 反应器结构优化的经验公式，并提高了脱硫效 率。 羧疆诞：辣；枣毫爨教电：敷龟特性；爱旋器缝擒蜣纯；笺鏊传骧；羰蘧臻 咏冲电晕脱硫菔应器屯参数测羹投结构优化 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , d e t a i l e ds t u d i e sw e r em a d eo n d i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i c so f p u l s e c o r o n a r e a c t o r , t h ei n f l u e n c e so fe l e c t r o d ec o n f i g u r a t i o no nd e s u l f u f i z a t i o na n d 磴s ee n e r g y t r a n s m i s s i o na l o n gt h ed i s c h a r g ew i r e sf o ri n d u s t r i a la p p l i c a t i o no ft h et e c h n i q u e 。n l e f o l l o w i n g r e s u l t sw e r eo b t a i n e d 1 t h ei n f l u e n c ef a c t o r s ( s u c ha sv o l t a g e , p u l s ef o r m i n gc a p a c i t a n c e ，w i r e t o p l a t e s p a c i n g ，w 轻争晒一诚糟s p a c i n g ) o n 蠢s 。h a 菖ec h a r a c t e r i s t i c sa r e r e s e a r c h e do nt h ec o n d i t i o n o fr o o mt e m p e r a t u r ea n da i rm e d i u m , a n dt h ed i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i c so fr e a c t o ra r e o b t a i n e d ：t h ep e a l 【v a l u e ，m i n i m u mv a l u ea n dw a v et a i lo f p u l s ev o l t a g ef i r s t l yi n c r e a s e w i t ht h ei n c r e a s eo fw s r e - t o - w i r es p a c i n g ，t h e na l ld e c r e a s e ；b u tp u l s ee n e r g yf i r s t l y d e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fw i r e - t o - w i r e s p a c i n g , t h e ni n c r e a s e s 。a c c o r d i n g t o e x p e r i m e n t a l c o n c l u s i o n ，t h ee x p e r i m e n t a l f o r m u l ao ft h e o p t i m i z e d e l e c t r o d e c o n f i g u r a t i o n ，b = 0 3 c + 3 7 5 ( b ，w i r e - t o - w i r es p a c i n g ；c ，w i r e - t o - p l a t es p a c e ) i sg o t t e n 2 t h ea t t e n u a t i o na n dd i s t o r t i o nl a wo fp u l s ev o l t a g et r a n s m i t t i n go nd i s c h a r g e e l e c t r o d ei so b t a i n e db yr e s e a r c ho f e n e r g ya t t e n u a t i o no nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ( s u c ha s v o l t a g e ，t e r m i n a lm a t c h i n ga n dd i a m e t e r ) p u l s ev o l t a g es h a r p l yd e c r e a s e sd u et ot h e c o r o n a t h eh i g h e rt h ep u l s ev o l t a g e ，t h et h i n n e rt h ed i a m e t e ro ft h ew i r e ，t h e nt h em o r e s e r i o u s l yt h ep u l s ev o l t a g ea t t e n u a t e s ；t h et a i lo f t h e c o r o l l aw i r ei sm o r ei n f l u e n c e db y 也e r e v e r b e r a t i o n t h es h a r pa t t e n u a t i o no f t h ec o r o l l aa l o n gt h ew i r eh a st ob ec o n s i d e r e di n d e s i g n i n g ar e a lr e a c t o rf o rg e t t i n gh i g h e rr e a c t i n g e f f i c i e n c ya n d t h el e n g t ho f w i r es h o u l d b e n o m o r e t h a n l o m 3 o nt h eb a s i so fa b o v e - m e n t i o n e de x p e r i m e n t a lc o n c l u s i o n s ，a na 币幽酬 d e s 删e n s y s t e mw i t ht h ef l u xo f 2 0 0 n m 3 hi so p l i n l i z 畦a n dp r e f e r a b l ee f f i c i e n c yo f d e s u l f m z a t i o ni so b t a i n e c k k e y w o r d s ：p u l s ec o r o n ad i s c h a r g e ；d i s c h a r g eg h a r a c t e r i s t i c ；c o n f i g u r a b l e o p t i m i z a t i o n ：e n e r g yt r a n s m i s s i o n ：d e s u i f u r i z a t i o ne f f i c i e n c y l l 脉冲放电脱硫反成器电参数测量及结构优化 第一章绪论 “踩漳电零等毒子体烟气麟藏菝术研究”是麓家妻然辩学基：套i 五”重点顼簿， 国家“九五”重点科技攻关项目，国家8 6 3 计划项目，这技术具有一系列的特点，如 自耗低、投资鸯、产物是 = i j l 巴，幂存在缓液处理，可同时去豪s o ；和憋，攘终麓单，体 积小等，因此旋认为楚有前途的处理有害气体的方法之一，在全球范围内得到了广泛的 研究。本章阐避了脉冲电晕放电非热等离子体烟气j l j f 藤的回的争意义，综述了国内外学 者的研究结慕，锌时凌技术存表的问题，概递了本论文的研究内容。 1 1 躲冲电晕放电套车热等离子体爝气脱硫的茸的和意义 当前，我国大气污染状况十分严璧，主要黧现为煤烟型污染特征。我国蛉煤炭 资源率富，蒲璧达弱亿吨戮上，詹髓界第三位。其中含硫量超过2 的高硫煤分 布较广，约占煤炭储擞的2 0 9 6 - 3 0 9 6 。丰富的煤炭资源和中国的历史、经济等方面的 结合，形裁7 煤炭在孛国娆源结稳孛蠢鸯稷离的晓重，牵蓬霆当今整界上冗孚壤一 以媒为初级能源的经济大国。1 9 9 9 年中国一次能源消赞构成中原煤占6 7 1 o 】。 中国煤炭大多郡纛接燃烧，因戴逡残耀尘秘s 毡等污染物大藿葵 藏裂嚣壤串。 根据豳家环保硒发布的中国环境状况公报嘲，2 0 0 1 年，念国废气中二氧化硫排放总 量1 9 4 7 8 万吨。其中工业来源的排放擞1 5 6 6 6 万吨，艇活来源的3 8 1 ，2 万吨。烟 尘簿放总量1 0 5 9 1 万吨。其串正韭烟垒排放量8 4 1 2 万吨，生活烟尘排放量2 1 7 9 万吨。工业粉尘排放擞9 9 0 6 万吨。 二氧晓硫籍 藏豹磺秘，篌我窝兹酸磊发震羚常迅速。2 0 0 1 筇2 ，中蠲环傈筠巯 测的2 7 4 个城市中，降水p h 值范围在4 2 1 8 0 4 之间、年均降水p h 值小于5 6 ( 含 5 6 ) 的城枣骞1 0 1 个，鑫统诗城枣数爨3 巷溉，爨现酸惑翁城枣蠢1 6 1 令，占弱，戳。 酸雨控制区1 0 7 个城市( 地级以上城市及地区) p h 值范围在4 2 1 7 2 1 之间、年 均降水州值小于5 。6 ( 含5 6 ) 的城市褥7 8 个，占统计城市数的7 2 。9 ；9 8 个城晦 降承畿现酸雨，占酸雨控制区城市数的9 1 6 糯。 篡氧化硫排放造成了严重的酸雨污染和生态损害，因而其环境影响受到极大关 注。磷究兹焦煮是二氧纯硫污染对筵瘴静影响，舅一个重点是酸雨弓| 超酌生态损失。 基于国内外研究的成果，特别是国家“七五”和“八五”科技攻关项目关于酸雨引 超戆生态影响魏磅究成慕，潼蘩大学综会考虑攒失浮癌与链滚秀美豹环壤污染控键 规划，核算了中国1 9 9 5 年由于二氧化硫污染受到的损失总计约为1 1 0 0 多亿元删， 已接近当年国融生产总傻的2 溉，成为制约我匿经济和睾土会发展的重要因素。圆拢， 对二氧纯硫稚敞的控别国势在赫行。 中国政府简度重视艘雨和二氧化硫浮染防治，针对酸雨和二氧化硫澎染的不断 鸯g 鬟，袋取了一系列措施，取褥拐步藏效。1 9 9 5 年全鼙入大环境鸯资源委员会委手毛 l 蛋家环保局组织大气污染防治法修订工作，并且依据这个法律化定了二氧化硫 辣沣攘毫耱蘸反应器蛰务数蕤耋爱结憨嚣毽 控制区和酸雨控制区( 简称两控区) ，实施驻严格的二氧化硫控制政策。1 9 9 8 年1 月1 2 日国务院正式批复了我国两控区的划分方案。2 0 0 0 年4 月2 9 日第九届全国 人大常委会通过了修订的大气污染防治法。这是自该法于1 9 8 7 年9 月颁布实施 藤螅撼二次修订。鉴予我强目兹大气环境状况丽临的严重态势，这次修订臻显加大 了大气污染耱浚匏力发，麓定了数礓重大熬大气污染茨治法襻翎浚弱接蓬。 函家环境保护“十嚣”诗划2 0 0 5 年“。，二氧化硫、尘( 潮皇羔及工业粉尘) 等主 要污染物排放量比2 0 0 0 镲减少1 0 ，二氧化硫排放量控制在1 8 0 0 万吨，尘( 烟尘 和工业粉尘) 排放量控制在2 0 0 0 万吨。酸雨控制区和二氧化硫控制医二氧化硫排放 量比2 0 0 0 年减少2 0 ，降水酸度和酸雨发擞频率有所降低。 2 0 0 0 年，我国燃艨魄厂二氧纯磷l 搏敦鳖占全霆麓5 溉，i 黔到2 0 0 1 年终占全国懿 2 届，因筵，我鋈兹二戴纯蕊撵菝鎏隶灌点蠹数巍燃漾毫厂。我嚣辩予浚瑾二氧纯巯污染 静技术研究始予5 0 年代。鞠6 0 年代开始零整的烟气脱硫实验研究，1 9 8 6 年开始的“七 五”阐彦( 科技攻关项目，将燃煤二氧化硫污染列为熏点课题，内容广泛。在后来的国家 “八溉”、“九五”科技攻关项目中，都包含了燃煤= 氧化硫污染控制方面的研究课题。 圜际科技援助与合作，国外先进技术的引进，都商力地推动了我国烟气悦硫技术的发展。 现谯摹姨涸内鱼簿开发或薯l 避盼技术和装备已斑戏多痉具有工、韭趣摸、弦之骞效褥篪骧 承蕊装鬣，兵蚕了丈篾摸建设；霾气篪骧装鬟豹技零条锌。 “脉冲电晕等离予髂想气聪硫技术研究”怒豳家自然科学基金“八五”重点项目， 国家“九五”重点科技攻篾项目，国家8 6 3 计划项目，这一技术具脊系列的特点，如 能耗低、投资省、产物怒化肥，不存在废液处理，可同时去除s 魄和，操作简单，体 积小蒋，因此被认为是翎始叁的处理有害气体的方法之一，在全球范躅内褥到了广泛的 磅究。 1 2 脉；串电晕放电= # 热等离子体烟气脱硫的国内外研究现状 脉冲电晕法是8 0 年代瞄本学者m a s u d a 嘲猩研究电子束法过程中掇出来的，属干法 脱硫。1 9 8 6 - 1 9 8 7 年，在m a s u d a 实验室访问的中阑学者吴彦对咏冲电螭引发的等离子体 化学方法( p u l s ec o r o n ai n d u e e dp l a s m ac h e m i c a lp r o c e s s ，p p c p ) 脱除；鼹气中n 旺、 s 氇稷魄蒸汽露了丈量懿悫期实验工燕“”，确定了该方法豹霹雩亍瞧。1 9 9 0 年友袁，意大 稍溅瓿公司在疆a r g h e r a 热瞧厂首次囊i 瘸真实潮气进行了1 0 0 0 n 豫* h 瀚小试实验辩獬，君 来叉j 藏行了1 4 0 0 0 n 寸h 的巾试实验，并取得了一贱实验数据。韩国“o 熊造了烟气处理量 2 0 0 0 n m 3 h 的工业中试装置，跳和的最高脱除灏达到9 5 和8 5 9 6 。1 9 9 6 年，在国家的 支挎f ，大连理工大学静电与特种电源研究所建造了3 0 0 0 的装置。“，并进行了许 多研究忑作。并与中国工麟物理研究院合作建造1 2 0 0 0 n m t h - 2 0 0 0 0 n m v h 工业往斌睑装 鬟。 簸冲逛晕法豹特点楚蒸予放电产生5 - 2 0 e v 麓糍电子，这些高能电予谯与烟气的中性 气体分瑚的过程中会产缴0 、o h 、h q 、嘎等自由基和自由原子。这贱活性物种引发 的化学反应首先把气态的和s o b 氧化成高价氧化物，在有氨和水存强的条件下生成硫 铵年口硝铵固体盐a 由于脉冲电爆法是在比较成功的电子束法基础e 的改进，省掉了昂贵 的力n 德器，避免了电子枪静余和x 射线屏蔽等阏牒，困丽该方法经攒淡，各重学者竟 2 脉冲放电脱硫厦应器电参数测量及结构优化 相研究。主要的研究集中在基础研究，包括脉冲电晕特性和化学反应机理等方颇；颦脉 冲褒重笈频率豹高嚣魄源耢究：反应器结构和德纯供挠的研究等。 1 2 1 脉冲魄晕特性的研究综述 脉冲电晕特性包耩脉冲电魇、电流、脉冲上升时间、脉宽和墼复频率，戳及单次脉 冲能量和电能等。脉冲电肇的瀛光特性鼹究塞要采用光谱法。g a l l i m b e r t i 和v i t e l t o 等建立和发展了流竞筷罂。r e a “4 等八对放彀光谱测量中发现了一次流光和二次流光，得 至l 了滚巍缝摘与辣冲澹参数之鬻熬关系赣滚光结梅中豹瓤子蓑量分布。k e p i n g ”等入认 为二次溅光对脱硫脱海俸燧不大，仅游耗g 爨，必颂有效搀露仁次滚光。l a a n “o 等人谈 为在非均匀场中，豳空间电荷累积先于流光形成，所以流光具有多雪崩的特征。 6 a l l i m b e r t i “”慰球冲电晕进行了模拟，计算了农( 魄毡，。漫会气孛豹电子积蒜予 传输特性，认为h 0 和嘎程反应过程中起主瑟作用，烟气成份对脉冲电晕特诬肖很大作 溺。错究结果袭明：援豫冲电晕优予氪脉、舜毫晕 躲冲电压蜂渲增高。脉冲上升时间变 短，瞧晕特挺越好；一定豹蹇浚基压鸯裂予赫冲惫源积爱瘦嚣瓣疆聚。 i 。2 2 反应机理的研究综述 脉冲电晕脱除和媳的化学反应动力学是十分复杂的，属予簿离子体纯攀的碜转运 范畴。电子荣和脉冲电举引越的等离子体化学过程被认为是相同的。b u s i 。- 3 ”和 勤b n a 9 8 、c a l v e r “”、m a t i n g t 蝴t 奄予慕驻豫鞠晒豹纯学黝力学，僵 总的机制仍然悬不够清楚的。c h a n g 和m a s u d a 嘲，m i z u n o 睁哪，c i v a n o 等研究了脉冲电晕 裁除融鬻s 氇女纯学爱应翡力学。 龟 髓豹瑾论基戳舔籍镕瓷纯学、大气纯学和电化学。 认为盔出藻反瘦，离子晰反墩起主要终震；气髂温度秘电子g 蹬鼯残稼壤菇l 懿影筏不 能忽视；氨和水蒸气含基以及外电场对脱除过程也膏重要影响；离予引起的气溶胶形成 在聪除遭疆串，氇有薰要 筝闻；鑫由基掰在虢豫_ 谶程中，也有霾要作用；仅考虑气稻反 应还不行，耍考虑多 目反应。实验研究还表明，在电子求和电荤还墚l 之后，原予、分子、 离子还是裔较好的活穗，氧纯反应还在进行。 1 9 9 9 年李杰等骚究了艨滓敖程等离予体中承蒸汽活车艺作瓒。在躲滓电裰系统上芷 脉冲魄压，通避示波器、锻压援头积电滚探头澳l 獭l 入拳蒸气秘碱嚣入拳蒸气瞬耱壤提 下的电晕电压和放电电流波形。可以葫出，有水蒸气注入时放电电压波形的藻压和拖 尾高予无承蒸气注入霹敖奄瞧压波形数纂压 s 撬鼹，嚣其瞧滤波形l 毒壤低予无承蒸气注 入时电流波形峰值。产生b 述现淼的原阑是水分予与高能电子磋攮，发生电离或激发， 形成离子，丽离子的i 鼍移速度远小予电予的迁移速度；另一方两是水分子被荷电，形成 承台亵予，其i 乏移逮嶷远逡小予魄子斡迁移遥度 1 。2 。3 脉冲嵩压鬯源豹磷究综述 为了产生5 - 2 0 e v 戆寒糍电予，弱融劢g 热放魄霹黢凑黪裹子，黥净魄晕法簧求羧 电在小于微秒级的时间内建立起采。为达到遮个要求，电源输出的离压脉冲必须具有脉 冲翦潜陡游、酶德电嚣离、脉冲宽度窄等特点。踊移级高压融冲电源首先寤溉s u d a 潮 提出之后得到改进。毖本原理是g 硼储能电容经旋转火花隙输啦脉冲，出于黝l 煮瀛 脉冲放电脱碱反应器电参数测量及结构优化 谐振等措施，能量转化率达到8 6 ，脉冲放电电压波形上升时间( 1 0 0 n s ，脉冲宽度 1 0 0 - 1 0 0 0 n s 。大连邂工大学躲吴彦杰到琢等醪潍烛一耪离效脉冲电源，如图1 。l 瘊示。 g 1 ，g 2 为两个火花陈，d 为高压硅堆，l 为电感，c l 为脉冲成形电容。该电源的特点是 结构简单，效率高，无需与反应器并联的脉冲成形电阻r l 便可以得到上丹沿3 0 n s ( 随 受载不露程l o 8 0 n s 交纯) ，竟度3 3 0 n s 豹黥滓菠形。 研制的新型脉冲高压电源m s 幅值o l o o k v ，脉冲频率2 0 2 0 0 h z 可调，该电源具 鸯如下特蠡： 1 电源的输出电容脉冲成烨电容g 与负载有一最佳瓯配关系，不同的负载要 求套不同的臆冲成形电容 2 辩神电源自身具有糖压，无需另加崴流基压；带有基胍的脉冲电源明盥优于无 瓤的脉冲电源，腿出效果照著提商。 3 该电源无需脉冲成形电阻，节约能量；电源效率可达到7 0 以上。 图l ，l 改进的采爝旋转火花隙开关的电源 f i g 1 1i m p r o v e d p o w e r s u p p l y a d o p t i n g m t a r ys p a r k - g a p s w i t c h 这种电源的输积博性受负载影响较大在负载较复杂时无法提高电联和功率。因此 般用作实验室研究。对工_ k 规模而富，系统要求长期有效的在大功率下工作，这将带 来系列戆邃逐，懿系统熬效应，大耱率开关颂鲳寿命等。大功率重复颡率的商舔脉冲 电源可分为三类：调制器式电源，t e s l a 变压器( 空心变压器) 谐振充电式电源和磁压缩 式电澡。调锩螺投零较先成熟，但采髑7 铁芯枣雩辩使脉冷蕊 篓受隈裁，戈法褥至峻熬上 升时间。t e s l a 变压器可以得到较快的脉冲前沿，由于脉冲形成开关使用欧气火花隙， 寿命需进一步提高。脉冲磁嘲技术是一种先进的技术，它采鼹妓莫合金、铁氧体、金 属玻璃等磁瞧j 孪辩豫铁芯，箕中金属玻璃往麓簸好，假价格较爨，处理工艺复杂。 中国工程物理研究院正在研制种高压脉冲电源。“，基本原酾嗍闸流管代替旋 转火花拜关，孬蜜躲滓形或线移磁嚣绫开关徐密蘸鹾赫冲。强翦静磺究最高潦值达 1 5 0 k v ，脉冲前沿小于5 0 n s ，熏复频率的研究已做到l l o o h z ，电源最大功率为i o o k w 。这 是擞器上最大静电晕脱酸用爨眩冲电源。窄鼹潆、大功率、长毒念爨然楚蕊究重焦。 4 妻流高压毫潦 脉冲放电脱硫反成器电参数测量及结构优化 1 2 4 反应器结构的研究综述 反应器系统的研究是p p c p 技术的个关键问题，遮赢接涉及降低能耗和脱除的效 果，为使这项技术向实际应用转化，近年来人们在大量的实验结念耀论研究的基础上， 设诗了各释务样静爱寝器。反藏器懿释炎可簸撬棱结构、供麓方式、氨豹渡入方式耱液 电形式等来划分。已经研究的反应器设计有：点对板式、点对点式、线筒式、线板式和 填充痰式。反应爨供l 方式有：整凌( ) 、交浚囝、交燧l 纛滚( a c + d c ) 程毫频糠 冲。氮的注入方式有：湿式和于式。从等离子区宽窄的角度来看，反应器的设计有两个 特点：一是被处理气体通过相对较宽的等离子体区，中阕没有绝缘介质，如线板式襁线 筠式；二是投簸瑾气俸通过相辩较窄豹等离子谇嚣，中赫存在绝缘介质，翔无声放魄、 填充床等。现猩的反应器都具有上述特征。 下霾礴鼷了死辞茨应器豹掰瞬究畿蔫对冀络晦、麟豫效率殿瘟餍藩彩疆蔽了介l 强。 0 、激式反应器 滠式反纛器是耪不嚣委黻入氮气豹爱寝器。邋为液骥串的铵离予蕊强了s 氇 的吸收。g o u h e ik i n o s h i t a 和k e i t as a i t o 等设计了种漫式反应器嘲。如图l _ 2 所示， 等离子体反应器包括棂l 乍为麓压电极的不锈镶缝( 直径0 。a n m ) ，一摄终必羼障熬玻璃 管( 内径4 0 n r a ，厚度2 5 r a m ) 和作为面魄搬的铝带。反应器有个溶液循环系统，流体 通过泵从反应器底部的贮液槽向反应器顶郁输送。 气体甜 入0 图1 2 溆式等离子体反应器 f i g i2 w e t p l a s n m r e a c t o r 溶 瓤星1 0 0 m l m i n 的流速从反应器顶部的针孔流下，在反应器内表面形成层液膜。 麓了形簸稳定豹滚貘，爱应器悫表瑟安敖了层纸。滚貘孛溶解寄：i 霪氯巯酸竣( 憾) 矗磊。 当溶液d 是度提简到8 0 。c 时，溶液中会产艇n h 。和h 如，前街可以加强s 毡在溶液中的吸 收，后学可以氧化s 晓。灾验分男凌滚溶滠自芝为钧和8 0 黠进行，( 隧) 黜的初始浓 度分g 日为o 、溉、1 0 。实验结聚表明：s 鹞的脱除效率随( n l ) 是鹞初始浓度的增加而 增加。在实验的嫩优条件下( 8 0 4 c ，( n k ) 矗嘎初始浓度1 0 9 6 ) ，当能耗为2 2 k j n m 3 时，s 瞧 豹残除搴超过t9 0 。娄黼稻s 毡皖率合适时，宅提供7 稀不滂张m 的方法。键这 种反应器研究尚处于实骏阶段。 熊堡墼皇墼堡蕉壅壁堡堡鍪型量墨楚塑垡垡一一 i s 8 0y a m 脚t o 和k o c h iy a n l a i i l o t o 等利用水膜也对湿式反威器做了研究，发现 对于夺范鬣a 奇气体楚瓒过程温式旋应器眈干溅反廒器更有效，氧仡脱豫效率超过了9 0 a 1 、添女鼎纯裁熬反威器 添加蠼化剂的反应器，主要是撮据无声放电产生臭氧的原理，设计添充蠢不围绝缘 介质的填充床式p p c p 反应器。较典型的填充介质有三种：光俄化弃f jt i 0 2 、b a t i o a 和a l 籼。 许多久踏塞类反寝铡蔽了大潼瞬究：m i z u n o 鞫h e e j o o nk i n 严8 分裂对p p c p 反巍器添 加t i 嘎催化齐蛆蔸除n o 和s 魄进行了研究，h 的力叭爨为1 ，室温条l 牛下，套效注入 能量6 0 j l ，脉冲重复频率3 0h z ，的脱除率达到9 8 9 6 ，s o , 转4 l 为s 毡的转化率可达 剿9 0 。这耪反藏器豁龆低，麓豫率裔。 3 0 m m 爨l 。3 添鸯l 催纯奏l i m o 黪反应器 隐l 。3r e a c t o r i n c l u d i n g c a t a l y z e r b a o b a t i o ，和a 1 航为填充介质，t o h k u b o 和m i z u n o “闱等人做了研究。b a t i 如的烧结温 澎对税豫效象有彳楚大的影响。在较低的烧结i 瑟度如6 0 0 c 烧结成的瞄i 魄添加物为 如 ( 1 ) ，再妻吐救蝴予钵 乍鼹，在千空气书可键到8 蠊的脱除率。a l 题、 歉积蔽窀 等离子体协同作用下，n o i 脱除率6 0 。t o s h i a k iy a r 衄m o t o 嘲把b a t i o 。反应器用于易挥 裳往畜耩耪t c e 犯l 羽c 1 ) 韵分解，在低瞧匿、长驻留时澜的软等离子体作用下，分解率 达到8 0 。也露人蹋其毡物质作催他赛4 邀l 亍硬究，始z h e n z h o us u 弱y o s h i h i k o m a t s u i 卿 等利用b a o 作为催化剂做了脱除的实验研究。反应器结构如图1 3 所示。反应器 采用蜂窝获8 躺俗谴纯蒲，麓豫过 鳖包括： ( 1 ) n o 拔脉冲放电等离子落驰荤0 ( 2 ) 碱土金属对被靴的n o , 的吸收： ( 3 ) n o , a _ 等离子体区的脱除。 实验中n o , 锄甜b 混合气的流率为2 l m i n ( n 0 的初始浓度为2 o p t ) ，实验操作 遗度1 2 0 ，# 2 耗4 5 肌爨重，n o 的驻除效率越过8 彀。 6 脉冲放电脱硫反艘嚣电参数测量及结构优化 2 ，叁崮基喷港象统与线投式爱应黪结合夔复会式反应器 图1 4 复会式反应器 f i g 1 4h y b r i d r e a c t o r 自由基喷淋系统是在高压电极上装有喷嘴的系统，从喷嘴流出的气体经过喷嘴耋l ；端 载强毫场篷，被激发、分解和壤离，菇溺洼鞍子静形式遴入反密器。线税筑反应器怒从 电除尘发展砸来，不同之处是魄除尘器供电一般采用壹滚受电晕；嚣耀予脱除毒害气体 的这种反应器采用的是纳秒级脉冲或者离压纳秒级脉冲叠加直流，一般采用正极性。姆 这两种反应器结合，t 0 h k u b o 姆1 把氨气经过直流放电处理后再注入到反应器中，使n q 静膣豫率褥歪l 提篱。 李杰滋水蒸气援化处理爱，提高了麟硫效率。实验装疆篱图冕鞠i ，4 。反应器包 括活化电极系统和脉冲放电等裹子体电极系统两部分。其中活化电极系统的放电电极是 芒刺状尖嘴结构，脉冲放电等离子体电极系统的放电电极是4 i i i l 4 m 星型结构，n 4 电裰系统的低压电裰为缀5 0 0 r a m 9 0 0 r m n 的不锈锯金耩平板。活化厢的高压电源蹙正 壹滤裹压电源，躲、冲薅压魄源必旋转必纯闯隙歉；孛奄源。禳熬j 戬由窆气和s 铙配毒丽 皖龌p 气中的s o = 的质量分数为1 。5 l o i l _ 2 0 1 矿，网时氮气也从反皮器 l 孽端办l 入， 髓 和s q 的物质的量的比为2 。烟气在反应器中的温度为6 0 - 喝0 。c ，流擞为1 0 m a h 。实验 结果显示： ( i ) 承蒸4 注入至l 爰瘫器中，镁活纯电裰系绕特往发垒交亿，p 在相阉电繇下，电 晕电流下降；馒脉冲放电逸压波形瓣基避穆酝尾舞裹，鬯赢峰鲣减小。 ( 2 ) 水i 嚣气经过活化电极系统的正嶷流电晕嗽场处理，对烟气中的s o = 黢除考作 用，可使脱硫效率在热反应脱硫的鏊础上圭黾高1 帆。 ( 3 ) 水蒸气经过活化电极系统的正真流电晕m _ a g z 处理后，再进 到脉冲放电电场， 可使赫沣髓流效率 隶蒸气不经过活纯簸瑾的脉冲放嘏等离子体脱硫效率提 高约1 0 。 了 辣冲敷毫聪硫履应嚣电参数测爨及绻毒每捷位 3 与芷烂流磁场结台的等离子体反应器 j a e - d u km o o n 和g e u n - t a e kl e e 等设计了一讲与正交磁场结合的线筒式等离子体 反艨黪。实验装疑篱凝魏落t 5 。 塑1 s 与疆交磁场结会鳇等离子俸爱应器 f i g + l 。5p t 器r n ar e a c t o r c o m b m i n g a c r o s s m a g n e t i c f i e l d 线筒式反应嚣包攒一椴赢雁线电极( 点经& 3 嗽，长2 0 e r a ) 期个步 部麓瞧擞( 1 0 孔，0 1 n r a 厚) 。外部筒电极粘l 撼一个耐热玻璃管的内袭厦( 内经2 6 m ) 。二极管整滤 鬣流电源为磁线黼和电晕放电提供能量。实g 佥气诲为油类燃烧的废气，食有s 氇，c o , n o , 氍c 晓等。实验缮巢显示；( 1 ) 磁场通过诱发穗子的回麓运动和漂流愆动，延长了电子 在气体串的箨窝静阊。癌予蕊强了窀予的能蕤和光电化学反成，撵高了脱除污染气体的 效率。蝴熬褰截曩大程度上影嚷了奄晕起始秀嚣，击穿瞧整移奄晕赦电窀瀛，绩得超 使电压酶低，放电电流增大。( 2 ) 当气体中s 瞧翅始浓度必1 2 0 p p m ，c o 初始浓度戈 1 0 0 0 p p m ，磁场强度为9 0 0 6 时，脱除率几乎为1 0 0 。( 3 ) 加载磁场蜃，产生舆氧的浓度 增加了2 0 舻喝0 9 6 。 4 线扳式反应器中关予电缀的研究 线扳式反应嚣结构简单，处理艇大，能同时除尘脱硫，因此强工业应用上具有较其 它种类的反应器更重要的意义。 鲸挣电犟法采雳裔压缡移缀躲冲，脉冲波形的好环赢谈影响到自& 量注入相脱除效 柒。放电级瑟霪懿变伲瓣踩冲波形簿稷大懿影嫡。李藿蜂等惑线援反森器乏实验褥翔戳 下耋器缀祭；嘲( 1 ) 辣冷瞧压绦篷帮踩狰上嚣蔷# 滋露趣( 铷晓闽豹浇德为毫毽上升率) 按决定于黥冲成彤宅餐龄篷敷反艨爨线扳壤啜踺襄。反应爨敖毫阕蹶疆戆承受戆躲；孛 锻压峰值同反应器线板电极距离之间的关系为 ( b 麓线缀电裰之简的距离，单僚a n ) 。程设计貅神电晕脱硫爱应嚣对，秘阉j h 斌可确定 线投电极鹣距离。 机理方面静研究，包括反应器动态特性的变化规律、放电等离子体的时空分稚、化学反 威过程、电源与快速变化动态负载匹配的规律等：( 2 ) 通过机理研究的成果，设计出更 合理兹反应嚣绶进步煞实验研究，遥择经滋鸯效粼l 裁，降甄辨，挺褰效率；( 3 使其尽快转化为工业应用。 1 3 本文嬲选题和基本内容 利用脉冲放电产生非热等离子体，并应用于环境污染控制领域，是近些年国内外所 研究的热门课题。目前的多数研究熊中在脉冲放电脱硫( s 嘎) 脱硝( n o x ) 、脉冲放电去 滁荔挥发缝凌凝物( c s ) ，鞋及箕它些骞密气俸海染锈。蒎薛毫犟敦毫隧体污染 物技术是采用超高压纳秒级脉冲电晕放电形成非热等离子体，通过簿离子体中的活性自 由綦与s o , 、n o x 和v o c s 等些有静气体污染物进行化学反应，生成一些对环境无害可 黧浚豹物震，甚至霹毅安理瓷源绝褥摹l 疆。 目前，脉冲电晕放电处理气体污染物技术的研究主鼹集中在利用脉冲放电形成等离 予体对气体污染物去除效果的研究上，面对脉冲放电形成a 嗽等离子体特性的研究还很 少e 两辣漳敦哇婆挚注、躲滓放电等离子俸特瞧袁揍彰嫡至活洼离予鸯巷产生，遗两影响到 气体污染物的去除效果和能量的利用率等问题。随着脉冲放电等离子体去除气体污染物 技术的深入研究，以及工q k 应用自蛾辆里，上述阀题以及放瞄畴性和等离子体踌性的优化， 菇驻于麓栽俸i 谫凇豹燃嘏阮辩翳淘蘧，篮黻缝羁强霉醵涞。这鏊蠡霉题刁灞 到很好的研究解决，将袭影响至啊济面的深入研究和技术的应用。 目前对于直流放电融有很深入系统的磺究，例如，电场分布、电晕放电特性、电 羧绩终对窀绣分毒程放魄特性弱影响、粒予黟蘅电等，肖弩已可蠲准确的数攀表迭式 采表示，并咖于电除尘器等的些设计中。而在脉 申放电情况下，由于呶压、电 流、电场都慰变量时间的函数，而且脉冲电服般都不是标准的波形，这就给脉冲电 场分蠢和辣冷敖毫特蛙簿一些程美豹疆究造裁投大懿爨难。尽警嚣内拜一些攀者进行 了许多努力，也有一些零散的报道，但目前的研究结果还远不具有系统性和可用性。 反应器中的脉冲电场分布、脉冲放电特性、脉冲放电等离予体特性镣还不十分清楚， 所以，对这些隧露的研究劳褥到续祭，在学零上是其鸯缀好鲍意义。另癸，躲洚援寒 怒强蓠电工技术中的个新黼究方向，对魏互理论和新技术静研究也将其衔艇好的 辣狰敲窀麓礁复痤器电参数渊鐾袋维掏优证 科学稔义。 对脉冲电场分布、脉冲放电特性进行研究，在此基础上，对咏冲放电等离子体去除 气体污染物用的反应器进行p 讹设计，以提商气体污染物去除效率和脉冲能量的利用率， 可以冀该技术的深入研究鞭暾瘸，以及枢关技术的研究起至糍 导移参考俸耀。在学术上 葶嚣攒嚣寝矮主都其毒重要麴意义。 本文是在8 6 3 项鹭“繇狰放电等离子体烟气驻蕊脱销技术与设备”的资助下完成 的。 髂于此，本文的主婺研究内容和章节安排如下： 第一章绪论 蘩二章爱应爨效电特谯鞫窀较闽距酲鐾豹臻究 第三章反应器中辣i 串缝嚣穗放电线蒋输黪褥究 篇四章2 0 0 n m 4 h 烟气脱硫装置上的验证性实验 旃五章总结与展望 1 0 脉冲放电脱硫发应器电参数测量爱结构优化 第二章反应器放电特性和电极配置的研究 般_ 认为影响脉冲电晕狰陵的因素主要有以下几戴：1 ) 脉冲上升前沿时间；2 ) 脉冲电 压峰黠；3 ) 脒砖毙魔4 ) 气臻成分。本霉蛙酶净电犟鹱礅轰反器配釜秘甄凌研究了狡电裰 距离、放电极之间的暇离和眯冲成形电容对脉冲电压波形上升前沿、脉冲宽度和瓣冲峰 值的影响。给出了线税间躐最佳配置的一个经验公式：b o 3 c + 3 7 5 ( 式中b 为放电板 斓距，c 势线莰阚距，尊拉船是c m x 2 。1 譬l 言 般谈必影响黥i 孛电晕特搜麴毽索主要有爨下死蕊1 ) 赫滓上舞秘营辩闯；2 ) 躲冲 电压峰值；3 ) 脉冲宽度：4 ) 气体成分。快的脉冲上升前沿时间和姆的脉冲电压峰俊可以 使电予在自由程内受茔0 突爱性强电场( l o o k v c m ) 的加遽而得至| j 足够的能虽它们匈中性 气体分子帮藤子遴行# 弹性磁耄经这些孛梭粒予熬激发、分鸯晕及壤离燹务强器。躲；率宽 度窄，可有效防止离子( 其迁l 多率为电予的1 0 在电场中加速而引起的s 黩壁浪费。攀国锋 潞嘲等曾在常压空气中进行试验，刁晰究气体成分的影响，放电回路参数确定后，研究不 惩爨气聪酸反应器豹电极配器形式爱球捧残澎毫察对嵩疆| l s 缓赫滓波形静上升前沿时 间、峰值及脉冲宽度的影响。并获得以下结论：在整个放电网路中，为使脉；巾上为藏沿 加快，应尽可能降低回路电感。磷路电感科氐至0 一定限度后，可通过调整线板式反应 器的电援配爨形i 芝及黥滓戏形电器缱嚣压n s 缀歇净波形熬上舞# 沿、耀篷及宽度撂到 改善。加宽板间距、加宽放电极邻距及增火脉冲成形电容都可使脉冲电压峰值上升， 脉冲上升前沿加快。其中增大脉冲成形电容可使单脉冲能量增加。这种方法的缺点是使 脉冲爨度勤，波尾缨持较褰豹壤匿，容易产生火花放逛。躐奎蔽阕距、减夺浚亳极邻 距及减小脉冲成形电容可使脉冲宽度变窄，波尾呶压b 引氐。板间躐及放电极邻距减小， 革脉冲能量增加，由予脓冲电晕龟流的增加，而使脉冲电压峰值刚氐，脉冲上升前沿变 缓。辣 孛成澎毫容减夺，攀躲冲量酶低。辣净黩形魄容决定了离篷纳移脉冲竟宠， 放电极邻距在一定范围内的变化对腑神宽及脉冲上跫前沿的影响可以忽赂。放电极邻 躐在保证不产生火花放电的情况下可以加至0 最密：这样脉冲成形电容的值可调整范围 大，焉以逶避潺懿冲宽发达剩多j 雯入反瘦器髓塞煞嚣翡。惫晕线密熬辩候( 实验为邻 躐5 0m n ) ，间其他邻距形式对比，反应器内等离子体通道更为均匀，有苇u 于s & 私n 嘎 的脱除。实际的大型脉冲电晕脱硫反应器，都掰用多通道，即实验中的反应器多个并接。 这样反应器豹静态宅骞澎然增大，稼狰蜂整瑟赫净圭舞靛浍熬损失较严簇。为解决这一 问题，在设计时一般都采用宽板间距2 0 0 - 2 5 0 脚弧脉冲成形电容为反应器静态电容的 3 5 倍。为减，j 、昧冲宽度，采用窄的放电极邻距。由于脉冲电晕的复杂性，e 述数据 虽必多次实验撂至g 瓣结论，锯有褥子遴一步的理谂狂实验完善。戳下实黢更掬细致疆研 究了板电极躐离、放电极之间的距离和脉冲成形电容对予脉冲电蝴上封裁蛋、脉冲 宽度和脉冲峰值的影响。讨论能使电源能量最大限度地传给中性气体的嘏极配置形式， 最终绘爨谯他匏电极配援形式。 脉冲放电脱硫厦应器电参数测量及结构优化 2 。2 电晕放电原理 气 擞电是据电篱造毽中产生兹带瞧襞点( 瞧孑鞠离子) 在瞧场佟瘸下在气体中运 动的所有形式”1 。气体放电分为a e 自持放电和自持放电。自持放电时，放电电流只与电 路本搿的参数( 网路的阻抗和电源的功率) 有关，并不需要外部电离圈素形成带电质点 寒维持救嗽。 极不均匀电场中的自持放电总是从电晕放电的形式开始的。魄晕是极不均匀魄场中 所特商的电子崩前晴主形式的稳定放电。 电晕放电现蒙是誊在两窀极自h 上较高酌邕压( 小予火纯击穿电压) ，在电辍表面附近 形成一个缀强的电场，电极周围灼奔膜被尉酆壹穿，产生中性气体分子电裹。 电晕放电的綦本原理就是利用曲率半径小的，如细线、针和刀刃作为放电极，曲率 半径大静盘和平板作为低舔电极，并施加高的电聪，在放电极附近形成强的不均匀电场， 泡场中空阉电子拔女i 骚錾爨裹戆2 量，电子耱中j 黢气体分子燕撞，形成霉崩放电。疑羚 观上可以在放电极周围发现个光环，把光环以内称为电晕区，以步 称为离子迁移区。 随着暾压韵增加，电肇放电的区域i 竞会向外( 低蕊极方向) 扩展。放电电极上施加的电 蹑不鼷，囱乡弦张的方式逛不同。翔敦巷陵蕤女歪裹压黠，称必正电晕敖壤，爱之， 为负电晕放电。在正电晕睛况下，随着极间电压的增加，将出现闪烁脉冲电举、流光电 攀、辉光电晕和火花，而在负电荤情况下，随着极问电压的增加，将出现刷状电晕、脉 渖电肇秘火蓰。 根据电犟放魄的极性特点和区域特点，避行备种不同的废用。例如，电除尘爨多数 并毛用负电晕放电，原理是负电晕放电8 4 的起肇电压低，火花电压高，能昭满足电除尘器 互俸彀蓬范瀑宽，蘅电嚣域大豹簧求。室态空气净亿技术多聚瑶正电牵放电嘲，原因是 采用正电晕时产生的臭氡浓度低。臭裁产生和等离子体成膜技术多采用分质阻挡放电 ”，原因燕介质阻挡可以实现商的击穿场强，产生电予能量高。气体污染技术多采用 正极澄稼滓流竞放电，覆波是胃戬产生离麓电予，流始蓖敬电空润分布强，虽均匀， a 觉硫效率毫。脉冲放电等离子体烟气脱硫技术中，所采用的魄压为正极性脉 申电压。 流光放电始予电子雪崩，电场中电子和离子在电场力的作用下，向糟各自相反极陛 静电掇运动。亩予电子的迁移率院离子的迁移率大两个数量级，所以，电子总是在崩头 处，正离子舆4 大体上处予原米产拢的位子上，这样裁形成了岌头是电子，是藿敷逛极 运动，崩头艏是离子区。由于电子崩头的存在，是崩头和放电极闻的电场加强，从而产 垒次电子旃，这祥圭电子精和次电子崩会合，形成了在电极闻的放电通道，称为流光通 道。 在流光通道内充满了初始电子崩的电子和二次电子崩的正离予，即彤成了等离子体 韵通道。等离子体有特殊的悔质。等离予体按其物态而宙和气体相似，但等离子体有许 多金属鹱固鸯戆特性，特舅燕宅其有寒豹导电性。为了维持糍震楚予等离子状态，就需 要有一定的、足够商的带电质点浓度。糕高电压技术领域内，等离子体是在放电时产生 的，而屈盔放电通道中赛有鼹够高的电离程度。放电通道电离程度越高，则等离子体的 导电- 睦就越好。 糠；孛放电我辘爱蕴嚣电参数涮案最结掏优纯 2 3 实验装置和测试仪器 2 3 1 实验装置 霞2 1 实验装置篱爨 f i 9 2 1s c