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烟气净化用ns级高压脉冲放电系统

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苎!塑皇三垫查兰塑!!丝兰塑一烟气净化用[IS级高压脉冲放电系统HighVoltageNanosecondPulseDisc hargeSystem forRemovingS02 andNo。inFlueGas王幽林(国家基金会)WangYoulin(NSFC)摘要本文的主要目的是针对用脉冲电晕放电法脱除低浓度(200～3000ppm)大型点源烟气中SO2和NOz所需的ns级脉冲放电系统。从应用基础角度进行比较全面的分析，以便为研制高效、高可靠性、低成本、大功率ns级脉冲电源提供实用性基础依据。关键词：环境保护脉冲技术高电压电晕放电Abs打actThis paper is aimed at an investigation of high voltage nanosecond pulse system used in pulse corona discharge for removingS02 andNo，in flue gas from point of view of applied bases．Key words：Enviroment protectionPulse techniqueHigh volmgeCorona discharge，1前言世界性三大环保问题之一的酸雨至今未找到经济有效的治理办法，在我国也是个十分突出的问题。国家于1983年就把环境保护列为基本国策。酸雨是由于燃烧矿物燃料随烟气排入大气的SOz和NO。所致。随着经济建设对能源需求的不断扩大，矿物燃料的消耗逐年增加，SO2和NO，的排放量(特别是燃烧含硫量3％以上的高硫煤，这种煤在我国的西南和西北地区约占～半)不断上升。据统计，全世界每年人为排放的SO2约为1．6～1．8亿t，其中我国就占近十分之一。目前，世界上常用的消除SO z的湿式石灰石吸收法存在技术复杂、占地多、投资大(约占电厂总投资的20％～30。o)、运行费高(可使电价提高20％)以及副产品难以处理等缺点，即使经济实力比较雄厚的国家比如美国，多数电厂也尚未配备这种设备。在我国，受国力所限对SO：治理的比重还要低，对NO诬基本没有治理，绝大多数含SO z和NO堋气只能高空排放，这就扩大了影响范围。对生态、环境、农林和健康等的危害日趋加重。据不完全统计，仅南方四省，因酸雨每年造成的农林损失高达20—30亿元。本文的主要目的是针对用脉冲放电法脱除低浓度大型点源烟气中S02和NO，所需的ns级脉冲放电系统。从应用基础角度进行全面的分析，以便为研制高效、高可靠性、低成本、大功率ns级脉冲电源提供实用性基础依据。分析与实践表明．这项技术除上述各点外，还具有低能耗、无二次污染、呵与电除尘结合等一系列优点。可以预计，此项研究成果将能经济有效地消除占我国SO2jj}放总量约l，3的点源烟气中的污染物，对保护大气环境质量。维护人身缝康和财产免遭破坏有重大意义。2原理在非均匀场中，当小曲率半经电极处的场强E达到某个阚值时，在其周围的局部区域内发生电晕放电，所产生的自由电子在占作用下被加速¨’。由计算知，在一个自由程五内，电子的速度口可达1992年4月1日收到初演，1992年4827日牧到謦改稿。一———皇!坠堂塑一——j旦塑立翌生到[2eE2 mP]6。能量可达5～15eV，用这种快电子轰击烟气分子，可产生大量的氧化能力很强的自由基L主要有O，OH．HO2)等。由这些自由壤将烟气中的SO2和NO、氧化为酸酐(SO s，NO：)，进一步生成H踟。、HNO3，再加入适量的调质剂， ri『使其转变为固态硫酸盐和硝酸盐，最后与烟气分离。当采用脓冲电晕放电来实现上述反应时，最突出的优点是能耗可大大下降，这为实用化提供了可能。因为在产生自由电子的同时，也必然出现等量的离子，但最轻的离子的质量也要比电子大三个量级以E，因此它们的迁移率至少要比电子小三个量级。如果脉冲电压作用的时间短到一方面可保证电子来得及获得足够的能量去轰击烟气分子，而同时又可使离子来不及运动。这样，提供脉冲场的电源的输出能量就只用于电子加速，对离子不发生作用。理论上，电源的能耗应包括反应物吸收和非反应物吸收两部分。在本方法中只有前者(电子吸收)，无后者(离子吸收)，因此总能耗大大下降。也就是说，这种方法能提供一个电子密度为1010～lot zrn3，能量为5～15eV的非平衡电晕放电等离子体源。一般认为，一个实用化的脉冲处理源应具有：脉冲幅值 i00～1S0kV；脉冲规化前沿lo～20ns；半幅值脉宽约200ns，重复频率500--1000Hz。3畸级脉冲的形成在普遍情况下，高压ns级脉冲放电网络的等值南路见图l。其中，回路总电阻尺-包括火花放电器电阻R(i，，)、调波电阻R。、阻尼电阻尺。和接线电阻尺。。当回路构成后，R。、尺。、尺。已确定，若以等值恒定电阻代替R(i，r)，根据电路理论¨j。则图1 ns级脉冲发生器放电回路的等值电路L～一回路总电感C，——充电电容 r二～一负载电容∽一～充电电压 cl、一一负载电压R，一一回路总电阻“l==L面dil+RI，I+u2(11 il=i2+f3(2)仁C，挚(3)仁I哥㈤’ i．：约(4)22最㈤’铲c：訾(5)解式(1)～(5)得尝+口警+”，扣掣(6】争+口警+芦u2+y f叫川㈩式中口=譬+忐声=吉(糌一击)172丽石孬云对于ns级脉冲网络，在一般情况下，火花放电器电阻的非线性是不可忽略的，另外从产生活性自由基角度，可认为R。、R。，R。c二

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