高压脉冲放电脱氮技术的研究1.pdf

第17卷第1期化学反应工程与工艺Vol17,No1
2001年3月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyMar,2001

文章编号:1001-7631(2001)01-0005-05

高压脉冲放电脱氮技术的研究

施耀,谭天恩,李松

(浙江大学环境工程研究所,浙江杭州310027)

摘要:对高压脉冲放电脱氮进行了实验研究,考察了电压、反应器结构、温度、湿度、停留时间等因素的影
响,并探讨了相关机理。
关键词:高压脉冲放电;脱氮;废气处理
中图分类号:X172文献标识码:A

随着经济的发展,酸雨问题已经成为我国所面临的最为严峻的环境问题之一。1998年国务院批
复了国家环保局关于“两控区”问题的决议,酸雨的控制已正式列入今后环境整治工作的重点[1、2]。氮
氧化物的排放是导致酸雨的直接原因之一。用电子束法(EB)烟气脱硫脱氮的技术已进行了工业试
验,有较好的脱硫脱氮效果,但存在投资和能耗大等问题。用高压脉冲放电来代替加速器,可以大幅度
降低成本,是近年颇受各国关注的烟气处理新技术,可适用于脱硫、脱氮、除尘、去除有机废气等,被认
为具有良好的发展前景。国内这方面的技术开发才刚刚起步[3。4]。本实验对利用高压脉冲放电技术脱
氮做了研究。
1基本原理

在不均匀电场中的电离及激发过程,当电极之间并未击穿或导通,会出现电晕放电。电晕放电属
于非平衡等离子体,存在着高能电子动能温度达到几万度,而离子和中性粒子的温度接近室温。处于
这种壬力学的非平衡状态,电子与其它粒子在碰撞中可以产生化学活性物质,使许多只在高温高压或

有催化剂存在下的反应得以在常温常压及无催化剂的情况下实现。烟气中的O2、H2O等分子激活、裂
解或电离可产生活性很强的自由基(如O*、OH*等),以及非平衡等离子体中的高能电子,能够使被

电晕放电激活的活性粒子把SO2、NO分子氧化成SO3、NO2,并可被添加剂生成相应的盐而将烟气净
化[5,6]。
2试验装置及分析方法

本试验电源由浙江大学自行研制,并根据电源参数设计、制作了较适合试验用的反应器。
所用电源主要是利用了电视机行振荡电路的工作原理产生直流高压,通过对行振荡线路进行改
装而成。脉冲的形成则通过简便的旋转火花开关实现。放电极性采用正极放电。
为便于进行比较,试验设计并制作了线筒式和板板式反应器各一个。对于线筒式反应器,电晕线

收稿日期:1999-09-09;修订日期:2000-10-10
作者简介:施耀(1964-),男,博士,副教授。
6化学反应工程与工艺2001年

采用镍铬钢丝,反应筒采用不锈钢制成。对于板板式反应器采用平板加尖端放电形式。图1是反应器
的结构示意图。

图1反应器结构示意图图2实验流程图
Fig1ThestructureofreactorsFig2Schematicdiagramofexperimentalset-up
1-电晕线;2-反应筒;3-防护筒;1-风机;2-流量计;3-高压脉冲电源;4-基压电源;5-加热器;6-反应器
4-绝缘法兰;5-放电尖端

试验流程图见图2。NOX同来自鼓风机的空气混合后(有时加入水等添加剂),一起进入反应器。

NOX浓度可调节,加热段可将模拟烟气加热至所需温度。

NOX的浓度分析采用标准盐酸萘乙二胺分光光度比色法。
3试验结果及分析

3.1脉冲峰压和基压的影响

图3是在两种反应器中,出口气中的NO和NO2浓度随脉冲峰压的变化关系。可见,在试验电压

范围内,NO出口浓度先是随峰值电压的提高而下降,直至一极小值后又逐渐增大。NO2出口浓度的

图3脉冲峰压对出口浓度的影响图4脉冲峰压对NO脱除量的影响
Fig3TheeffectofpulsevoltageontheFig4Theeffectofpulsevoltageonremovalamount
outletconcentration×-板板式反应器:
3
66流量0.2m/h;脉冲频率53.3Hz
NO2进口浓度41×10NO进口浓度169×10;
●-线筒式反应器:
板板式反应器:-NO2;×-NO;
流量0.5m3/h;脉冲频率53.3Hz
流量0.2m3/h;脉冲频率53.3Hz

线筒式反应器:●-NO2;○-NO

流量0.5m3/h;脉冲频率53.3Hz
第1期施耀等.高压脉冲放电脱氮技术的研究7

随峰压变化关系则与之相反。图4显示在一定的电压范围内,NO
脱除量与峰压的关系可用指数函数表示。上述现象可解释为:随
脉冲峰压的升高,输入功率随之增大,烟气吸收的能量提高,故
NO脱除量增大。如继续升高峰压,则电晕放电向火花放电过渡,

出现频繁击穿,能耗迅速增大,反使NO脱除量降低。NO2出口浓

度的升高