电晕放电除尘脱硫脱氮试验及其机理研究

论文摘要

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:CeO2>CuO>MgO>CaO>Fe2O3。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 颗粒污染物的控制技术
• 1.2.1 除尘器的分类
• 1.2.2 钢铁工业的烟尘治理
• 2 技术的分类及发展'>1.3 脱除SO₂技术的分类及发展
• 2 技术的分类'>1.3.1 脱除SO₂技术的分类
• 1.3.2 FGD 技术的发展历程
• 1.3.3 电脱硫技术
• 1.4 脱除NOX 技术的分类及发展
• 1.4.1 脱除NOx 技术的分类
• 1.4.2 氮氧化物废气治理技术的发展趋势
• 1.5 本文的选题和主要研究内容
• 第2章 电晕放电除尘脱硫的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 电除尘脱硫实验装置
• 2.2.2 实验流程
• 2.2.3 烟尘测试仪的工作原理
• 2.2.4 实验操作方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 烟道气流速度对除尘效率的影响
• 3 与电晕放电协同烟气脱硫效果'>2.3.2 NH₃与电晕放电协同烟气脱硫效果
• 2.3.3 水蒸气活化对脱硫效率的影响
• 2.3.4 电晕放电脱硫的反应机理
• 2.3.5 电晕放电脱硫过程的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 网状转动极板除尘脱硫装置的设计和试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 网状转动极板电除尘器
• 3.2.2 湿式除尘脱硫一体机
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 转动极板对除尘效率的影响
• 3.3.2 烟道气流速度对除尘效率的影响
• 3.3.3 飞灰与电晕放电协同对脱硫效率的影响
• 3.3.4 极板类型对脱硫效率的影响
• 3.3.5 极板类型对脱硝效率的影响
• 3 溶液中腐蚀磨损行为'>3.3.6 铜基合金放电针在NaCl+NH₃溶液中腐蚀磨损行为
• 3.4 本章小结
• 第4章 低碳烃与脉冲放电协同脱除NO 的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 脉冲电压对脱除NO 的影响
• 4.3.2 氨气对脱除NO 效率的影响
• 4.3.3 丙烯或丙烷对脱除NO 的影响
• 4.3.4 低碳烃脱除NO 的热力学分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 催化剂与电晕放电协同脱硫脱氮的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要仪器
• 5.2.2 实验流程
• 5.2.3 催化剂的制备
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 脉冲放电单独作用对脱硫脱硝的影响
• 20₃ 单独作用对脱硫脱硝的影响'>5.3.2 CuO/γ-Al₂0₃单独作用对脱硫脱硝的影响
• 5.3.3 协同处理对脱硫脱硝的影响
• 5.3.4 飞灰对脱硫效率的影响
• 5.3.5 催化剂的性能表征
• 5.4 本章小结
• 第6章 金属氧化物脱硫反应的热力学分析及模型研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 主要实验仪器与药品
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 实验结果与讨论
• 6.3.1 新鲜金属氧化物的脱硫效果
• 6.3.2 再生后金属氧化物的脱硫效果
• 6.3.3 脱硫反应的热力学分析
• 6.3.4 脱硫剂的热再生温度的计算
• 6.4 脱硫反应模型
• 6.4.1 模型建立基础
• 6.4.2 模型假设
• 6.4.3 模型建立过程
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介