本文關(guān)鍵詞：介質(zhì)阻擋放電脫除氮氧化物的實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)力學(xué)分析

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【摘要】：燃煤電廠生產(chǎn)的氮氧化物(NOx)不僅嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境,還危害人類(lèi)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(dá)到更高效、環(huán)保的脫除NOx的目的,很多新興技術(shù)被運(yùn)用到脫除NOx的領(lǐng)域。介質(zhì)阻擋放電法(DBD)作為一種等離子體技術(shù),在脫硝領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的重視。本文主要對(duì)介質(zhì)阻擋放電脫除NOx進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)力學(xué)分析。主要內(nèi)容如下：(1)為了優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu),探究了DBD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)NO脫除的影響,分別包括：電極接入方式,反應(yīng)器間氣體間隙大小,介質(zhì)層材料,內(nèi)電極材料和內(nèi)電極形狀等。在同軸反應(yīng)器中,電極接入方式的改變對(duì)NO脫除效率沒(méi)有影響,但外電極接高電壓會(huì)導(dǎo)致?lián)舸╇妷焊�。反�?yīng)器內(nèi)的氣體間隙減小,會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度的增大,產(chǎn)生更多的高能電子,促進(jìn)了活性自由基的生成,提高了NO脫除效率。當(dāng)介質(zhì)層材料的介電常數(shù)增大時(shí),反應(yīng)器內(nèi)的折合場(chǎng)強(qiáng)增大,提高了活性自由基的產(chǎn)量,并且能減小反應(yīng)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(nèi)電極,能量密度為440 J/L時(shí),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(jìn)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(duì)DBD脫除NO的影響。02的加入,使NO主要氧化成N02。烴類(lèi)(甲烷、乙炔、乙烯)的加入,使得NO的脫除效率增大,乙烯的促進(jìn)作用最大。由于CO2是電負(fù)性分子,阻礙了NO的脫除。相對(duì)濕度為30%時(shí),NO脫除效率開(kāi)始上升,當(dāng)相對(duì)濕度增大到60%和90%時(shí),NO脫除效率逐漸下降,擊穿電壓隨著氣體的相對(duì)濕度的增大而增大。在較低能量密度下,S02的加入對(duì)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(duì)NO脫除的影響。當(dāng)溫度升高時(shí),氣體折合場(chǎng)強(qiáng)增大,使氣體分子的離解速率增大,當(dāng)折合場(chǎng)強(qiáng)從50 Td增大到150 Td,電子的平均能量會(huì)增大2.3倍。在NO/N2系統(tǒng)中,溫度升高時(shí),NO脫除效率稍微增加。在NO/N2/O2系統(tǒng)中,溫度的升高促進(jìn)了03的分解,導(dǎo)致NO脫除效率降低。在加入烴類(lèi)(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(shù)量增大,且脫除NO的主要反應(yīng)的速率增大(主要是H02與NO的反應(yīng)),促進(jìn)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(yīng)模型,分析了N2/NO、N2/NO/O2、N2/NO/H2O、N2/NO/O2/H2O體系中的反應(yīng)機(jī)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(yīng)的反應(yīng)速率。計(jì)算出反應(yīng)器內(nèi)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(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：介質(zhì)阻擋放電 脫硝 結(jié)構(gòu)參數(shù) 氣體成分 溫度 動(dòng)力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(xiàn)狀及存在的問(wèn)題22-24
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)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(guò)程27-31
• 2.3 DBD脫除NO_x的化學(xué)過(guò)程31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量方法34-45
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置34-35
• 3.2 介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)氣體35-36
• 3.4 實(shí)驗(yàn)儀器36-39
• 3.4.1 主機(jī)電源36-37
• 3.4.2 氣體流量計(jì)37-38
• 3.4.3 氣體成分測(cè)量?jī)x器38
• 3.4.4 其他設(shè)備38-39
• 3.5 介質(zhì)阻擋放電功率測(cè)量39-42
• 3.6 介質(zhì)阻擋放電電壓和電流測(cè)量42-43
• 3.7 數(shù)據(jù)處理及主要測(cè)量數(shù)據(jù)的不確定分析43-44
• 3.8 本章小結(jié)44-45
• 第4章 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與數(shù)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(duì)擊穿電壓的影響47-48
• 4.2.2 電極接入方式對(duì)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(duì)擊穿電壓的影響49-51
• 4.3.2 不同間隙大小下的靜電場(chǎng)模擬51-56
• 4.3.3 氣體間隙大小對(duì)NO脫除的影響56-58
• 4.4 介質(zhì)層材料的影響58-64
• 4.4.1 介質(zhì)層材料對(duì)擊穿電壓的影響58-59
• 4.4.2 介質(zhì)層材料對(duì)微觀動(dòng)力學(xué)的影響59-62
• 4.4.3 介質(zhì)層材料對(duì)NO脫除的影響62-64
• 4.5 內(nèi)電極材料對(duì)NO脫除的影響64-65
• 4.5.1 內(nèi)電極材料對(duì)擊穿電壓的影響64
• 4.5.2 內(nèi)電極材料對(duì)NO脫除的影響64-65
• 4.6 內(nèi)電極形狀對(duì)NO脫除的影響65-70
• 4.6.1 內(nèi)電極形狀對(duì)擊穿電壓的影響65-66
• 4.6.2 內(nèi)電極形狀對(duì)NO脫除的影響66-70
• 4.7 本章小結(jié)70-72
• 第5章 不同氣體成分下DBD脫除NO_x的反應(yīng)機(jī)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(jié)89-91
• 第6章 實(shí)驗(yàn)氣體溫度對(duì)DBD脫除NO_x的研究91-114
• 6.1 引言91-92
• 6.2 溫度對(duì)氣體放電的影響92-95
• 6.3 溫度對(duì)NO/N_2體系的影響95-97
• 6.4 溫度對(duì)NO/N_2/O_2體系的影響97-99
• 6.5 溫度對(duì)NO/N_2/O_2/CH_4體系的影響99-102
• 6.6 溫度對(duì)NO/N_2/O_2/C_2H_2體系的影響102-105
• 6.7 溫度對(duì)NO/N_2/O_2/C_2H_4體系的影響105-109
• 6.8 溫度對(duì)NO/N_2/O_2/C_2H_4/H_2O體系的影響109-112
• 6.9 本章小結(jié)112-114
• 第7章 DBD脫除NO_x的模擬結(jié)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(jié)132-134
• 第8章 總結(jié)與展望134-139
• 8.1 總結(jié)134-137
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)137-138
• 8.3 展望138-139
• 參考文獻(xiàn)139-157
• 附錄157-159
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果159-161
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研工作161-162
• 致謝162-163
• 作者簡(jiǎn)介163

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：984967