本文關鍵詞：介質阻擋放電脫除氮氧化物的實驗研究和動力學分析

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【摘要】：燃煤電廠生產的氮氧化物(NOx)不僅嚴重地污染了大氣環(huán)境,還危害人類的身體健康,NOx的脫除成為環(huán)保的最大挑戰(zhàn)之一。為了達到更高效、環(huán)保的脫除NOx的目的,很多新興技術被運用到脫除NOx的領域。介質阻擋放電法(DBD)作為一種等離子體技術,在脫硝領域越來越受到人們的重視。本文主要對介質阻擋放電脫除NOx進行實驗研究和動力學分析。主要內容如下：(1)為了優(yōu)化反應器結構,探究了DBD反應器結構參數對NO脫除的影響,分別包括：電極接入方式,反應器間氣體間隙大小,介質層材料,內電極材料和內電極形狀等。在同軸反應器中,電極接入方式的改變對NO脫除效率沒有影響,但外電極接高電壓會導致擊穿電壓更低。反應器內的氣體間隙減小,會導致電場強度的增大,產生更多的高能電子,促進了活性自由基的生成,提高了NO脫除效率。當介質層材料的介電常數增大時,反應器內的折合場強增大,提高了活性自由基的產量,并且能減小反應器整體的阻抗,提高了氣體放電的電流,有利于活性自由基的生成,最終提高了NO的脫除效率。用鎢棒,銅棒和不銹鋼棒為內電極,能量密度為440 J/L時,NO的脫除效率分別為71%、60%和52%。齒狀電極更有利于氣體的擊穿,促進NO的脫除。(2)分析了氧氣、水分、甲烷、乙炔、乙烯、二氧化碳、二氧化硫等氣體對DBD脫除NO的影響。02的加入,使NO主要氧化成N02。烴類(甲烷、乙炔、乙烯)的加入,使得NO的脫除效率增大,乙烯的促進作用最大。由于CO2是電負性分子,阻礙了NO的脫除。相對濕度為30%時,NO脫除效率開始上升,當相對濕度增大到60%和90%時,NO脫除效率逐漸下降,擊穿電壓隨著氣體的相對濕度的增大而增大。在較低能量密度下,S02的加入對NO的脫除有一定的抑制作用,在較大能量密度下,抑制不明顯。(3)研究了氣體溫度對NO脫除的影響。當溫度升高時,氣體折合場強增大,使氣體分子的離解速率增大,當折合場強從50 Td增大到150 Td,電子的平均能量會增大2.3倍。在NO/N2系統(tǒng)中,溫度升高時,NO脫除效率稍微增加。在NO/N2/O2系統(tǒng)中,溫度的升高促進了03的分解,導致NO脫除效率降低。在加入烴類(NO/N2/O2/CH4、NO/N2/O2/C2H2、NO/N2/O2/C2H4)的體系中,溫度升高,活性自由基的數量增大,且脫除NO的主要反應的速率增大(主要是H02與NO的反應),促進了NO的脫除。在NO/N2/O2/C2H4/H2O體系中,升高氣體溫度更有利于NO的脫除。(4)建立等離子體反應模型,分析了N2/NO、N2/NO/O2、N2/NO/H2O、N2/NO/O2/H2O體系中的反應機理,主要模擬了氮氧化物的變化規(guī)律,主要活性粒子的分布情況,并且比較了脫除NO主要反應的反應速率。計算出反應器內的電子密度的分布規(guī)律,找出電子雪崩的區(qū)間段,為該技術的實際應用提供了理論依據。
【關鍵詞】：介質阻擋放電 脫硝 結構參數 氣體成分 溫度 動力學模擬
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X773
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-26
• 1.1 研究背景15-19
• 1.2 氮氧化物的治理19-22
• 1.2.1 燃燒前脫硝20
• 1.2.2 燃燒中脫硝20-21
• 1.2.3 燃燒后脫硝21-22
• 1.3 等離子體脫硝的研究現狀及存在的問題22-24
• 1.4 本文主要研究內容24-26
• 第2章 氣體放電等離子體的基本理論26-34
• 2.1 等離子體概念26-27
• 2.2 DBD放電過程27-31
• 2.3 DBD脫除NO_x的化學過程31-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 實驗裝置和測量方法34-45
• 3.1 實驗裝置34-35
• 3.2 介質阻擋放電反應器35
• 3.3 實驗氣體35-36
• 3.4 實驗儀器36-39
• 3.4.1 主機電源36-37
• 3.4.2 氣體流量計37-38
• 3.4.3 氣體成分測量儀器38
• 3.4.4 其他設備38-39
• 3.5 介質阻擋放電功率測量39-42
• 3.6 介質阻擋放電電壓和電流測量42-43
• 3.7 數據處理及主要測量數據的不確定分析43-44
• 3.8 本章小結44-45
• 第4章 反應器結構優(yōu)化與數值模擬45-72
• 4.1 引言45-47
• 4.2 電極接入方式的影響47-49
• 4.2.1 電極接入方式對擊穿電壓的影響47-48
• 4.2.2 電極接入方式對NO脫除的影響48-49
• 4.3 氣體間隙大小的影響49-58
• 4.3.1 氣體間隙大小對擊穿電壓的影響49-51
• 4.3.2 不同間隙大小下的靜電場模擬51-56
• 4.3.3 氣體間隙大小對NO脫除的影響56-58
• 4.4 介質層材料的影響58-64
• 4.4.1 介質層材料對擊穿電壓的影響58-59
• 4.4.2 介質層材料對微觀動力學的影響59-62
• 4.4.3 介質層材料對NO脫除的影響62-64
• 4.5 內電極材料對NO脫除的影響64-65
• 4.5.1 內電極材料對擊穿電壓的影響64
• 4.5.2 內電極材料對NO脫除的影響64-65
• 4.6 內電極形狀對NO脫除的影響65-70
• 4.6.1 內電極形狀對擊穿電壓的影響65-66
• 4.6.2 內電極形狀對NO脫除的影響66-70
• 4.7 本章小結70-72
• 第5章 不同氣體成分下DBD脫除NO_x的反應機理研究72-91
• 5.1 引言72-74
• 5.2 NO/N_2體系74-75
• 5.3 NO/N_2/O_2體系75-77
• 5.4 NO/N_2/O_2/CH_4體系77-78
• 5.5 NO/N_2/O_2/C_2H_4體系78-79
• 5.6 NO/N_2/O_2/C_2H_4體系79-82
• 5.7 NO/N_2/O_2/C_2H_4/CO_2體系82-84
• 5.8 NO/N_2/O_2/C_2H_4/H_2O體系84-87
• 5.9 NO/N_2/O_2/C_2H_4/SO_2體系87-89
• 5.10 本章小結89-91
• 第6章 實驗氣體溫度對DBD脫除NO_x的研究91-114
• 6.1 引言91-92
• 6.2 溫度對氣體放電的影響92-95
• 6.3 溫度對NO/N_2體系的影響95-97
• 6.4 溫度對NO/N_2/O_2體系的影響97-99
• 6.5 溫度對NO/N_2/O_2/CH_4體系的影響99-102
• 6.6 溫度對NO/N_2/O_2/C_2H_2體系的影響102-105
• 6.7 溫度對NO/N_2/O_2/C_2H_4體系的影響105-109
• 6.8 溫度對NO/N_2/O_2/C_2H_4/H_2O體系的影響109-112
• 6.9 本章小結112-114
• 第7章 DBD脫除NO_x的模擬結果與分析114-134
• 7.1 引言114-115
• 7.2 模型中求解方程115-119
• 7.3 NO/N_2體系119-122
• 7.4 NO/N_2/O_2體系122-125
• 7.5 NO/N_2/H_2O體系125-129
• 7.6 NO/N_2/H_2O/O_2體系129-132
• 7.7 本章小結132-134
• 第8章 總結與展望134-139
• 8.1 總結134-137
• 8.2 創(chuàng)新點137-138
• 8.3 展望138-139
• 參考文獻139-157
• 附錄157-159
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果159-161
• 攻讀博士學位期間參加的科研工作161-162
• 致謝162-163
• 作者簡介163

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：984967