氮氧化物的排放控制及預(yù)測模型研究.pdf

1、氮氧化物是造成酸雨、溫室效應(yīng)和城市光化學(xué)煙霧的主要大氣污染物，利用脈沖電暈放電所產(chǎn)生的等離子體對NO進(jìn)行分解脫除，是一項重要的新型環(huán)境保護(hù)技術(shù)。脈沖電暈放電非平衡等離子體煙氣污染物脫除技術(shù)是目前控制煙氣中多種污染物排放的最有前景的新技術(shù)之一。脈沖電暈放電分解NO的技術(shù)不同于其它濕法脫除氮氧化物的技術(shù)，也不同于其它氧化吸收法脫除氮氧化物的技術(shù)，這種方法不存在二次污染物的排放，大大簡化了污染物脫除裝置的復(fù)雜性。因此，脈沖電暈脫除氮氧化物技術(shù)

2、的總體性能如何，分解脫除效果的好壞，能量注入效率的高低，直接影響著脈沖電暈氮氧化物脫除裝置的工業(yè)實際應(yīng)用過程。 由于該種方法涉及到多個學(xué)科領(lǐng)域，國內(nèi)外開展了大量的理論和實驗研究工作，并獲得了一些有用的結(jié)論。但是，在脈沖電暈所產(chǎn)生的等離子體的微觀性質(zhì)、反應(yīng)器與電源的能量匹配特性、污染物轉(zhuǎn)化效率與產(chǎn)物穩(wěn)定性等方面的研究仍需要不斷完善。同樣，等離子體的精確測量方法也有待于更深入地研究。 在控制氮氧化物的宏觀措施方面，建立氮氧化

3、物排放的預(yù)測模型，作為我國嚴(yán)峻的環(huán)境壓力下的該種污染物預(yù)測及預(yù)警模型，深入研究也是非常必要的。我國對于二氧化硫以外的其它大氣污染物的排放，還沒有嚴(yán)格的控制措施和手段，因此，包括氮氧化物在內(nèi)的各種污染物排放的精細(xì)預(yù)測模型的繼續(xù)研究，將為我國能源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 雖然二氧化硫的污染治理工作，是我國環(huán)境保護(hù)和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中需要解決的首要問題，但是，隨著二氧化硫治理工作的深入開展，氮氧化物將成為我國尤其是大城

4、市中排放量最大的大氣污染污物之一。因此，控制氮氧化物的排放，無論是控制排放的新技術(shù)還是宏觀的控制措施及管理方法都需要做進(jìn)一步的研究。為此，本文開展了以下幾個方面的研究工作： 1.實驗裝置及其特性研究利用高壓直流脈沖電暈放電的原理和非平衡態(tài)等離子體的特性，作為選擇實驗臺設(shè)計參數(shù)以及選擇各測量儀器的基礎(chǔ)，設(shè)計并研制了包括控制系統(tǒng)、高壓直流脈沖電暈發(fā)生系統(tǒng)、脈沖測量系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)構(gòu)成的脈沖電

5、暈放電等離子體催化分解NO的實驗裝置。該套實驗裝置不僅可以測量脈沖電暈放電的電氣化特征參數(shù)，研究脈沖放電特性；而且還可以做多種氣體污染物的非平衡態(tài)等離子的脫除研究。本文利用該套實驗系統(tǒng)對NO在脈沖電暈放電的等離子體環(huán)境中的分解過程所表現(xiàn)出來的各種特性，及相關(guān)的等離子體電氣化特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 2.脈沖電暈在不同條件下的放電特性研究本文研究了脈沖電暈在不同條件下的放電特性，對脈沖電暈放電的實驗結(jié)果進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)放電特性的描

6、述方法進(jìn)行了補(bǔ)充。同時也對該套實驗系統(tǒng)的電氣特性做出了研究。研究發(fā)現(xiàn)，脈沖電暈放電對反應(yīng)器注入功率的時間特性與脈沖電流的時間特性高度一致，對脈沖有效時間和脈沖有效平均功率進(jìn)行了分析。另外，文中相互對照地研究了脈沖放電和火花擊穿的不同電氣化特性，就如何提高能量注入效率提供了有益的參考。 3.缺氧氛圍中，NO在脈沖電暈作用下的分解特性研究本文研究了脈沖電暈放電條件下，在氮?dú)夥諊?，NO分解反應(yīng)在不同催化載體、不同溫度條件下所表現(xiàn)出來

7、的特性。實驗研究了脈沖電暈放電對NO分解反應(yīng)產(chǎn)生的積極影響。在一定的條件下，脈沖電暈放電對模擬煙氣中的NO具有分解脫除作用，脫除效率隨著脈沖電壓的增加而增加，脈沖電暈放電使得在相同溫度范圍內(nèi)較難發(fā)生的分解反應(yīng)可以順利地進(jìn)行。文中詳細(xì)地研究了各種條件對NO分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化率所產(chǎn)生的影響，還研究了溫度梯度對實驗系統(tǒng)的氣體成分穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。由于載體在NO分解反應(yīng)中起著很重要的作用，文中詳細(xì)討論了載體的吸附特性。另外，文中對注入反應(yīng)器的能量效

8、率做出了詳細(xì)的研究。 4.氧氣和水對NO分解反應(yīng)影響的研究本文研究了脈沖電暈放電條件下，空氣氛圍中的氧氣和水對NO分解反應(yīng)所產(chǎn)生的影響，以及它們在不同催化劑載體、不同溫度條件下所表現(xiàn)出來的特性。本文的實驗研究表明，脈沖電暈放電對NO分解反應(yīng)在一定的范圍內(nèi)仍能產(chǎn)生積極的影響，脈沖電暈放電對模擬煙氣中的部分NO仍具有分解脫除作用，脫除效率隨著脈沖電壓的增加而緩慢增加，轉(zhuǎn)化率較氮?dú)夥諊停纸猱a(chǎn)物濃度將出現(xiàn)大幅度波動的特征。在特定的條

9、件下，NO的濃度還將出現(xiàn)增加的情況。因此，氮氧化物的分解脫除，精確而穩(wěn)定地控制脈沖電暈等離子體的發(fā)生條件是非常重要的。 5.氮氧化物排放模型的研究本文利用了其他學(xué)者在能源戰(zhàn)略規(guī)劃過程中所做出的部分結(jié)論，通過對我國能源行業(yè)的生產(chǎn)與消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境壓力的宏觀關(guān)系的深入分析，研究了與能源戰(zhàn)略規(guī)劃相關(guān)的氮氧化物排放的宏觀預(yù)測模式并提出控制方案的建議。由于氮氧化物的生成機(jī)理較為復(fù)雜，各種能源消費(fèi)過程所排放的氮氧化物不僅來自燃料中所含的