负直流电晕诱发低压电极多孔绝缘层微放电的参数优化

为提高放电等离子体强度并提升VOCs的降解效率,采用线—板型放电装置,在低压电极表面涂敷多孔绝缘材料,利用负直流电晕放电诱发低压电极多孔绝缘材料微放电发生,通过考察绝缘层电阻率、薄膜厚度、孔数、孔径等参数对放电伏安特性和生成臭氧浓度的影响,对负直流电晕放电诱发低压电极微孔放电体系的实验参数进行优化。实验结果表明:与采用裸片电极相比,在低压电极覆多孔绝缘材料能有效提高等离子体强度,在所研究的材料中以多孔聚四氟乙烯对放电等离子体强度的提高效果最好。增加绝缘层孔数、降低膜厚、减小孔径均能显著提高放电等离子体强度;在聚四氟乙烯厚度为50μm、孔数为50、孔径为10μm条件下,电压为12 kV时放电电流可达到1 296μA,生成臭氧体积质量为3.11 mg/L,比采用裸片电极时分别提高了4.5倍和2.2倍;低压电极覆多孔聚四氟乙烯产生微放电能有效提高甲苯降解率,电压为13 kV时,甲苯降解率为58%,比采用裸片电极时提高了31%。     

气液两相脉冲放电反应器的设计及其对酸性橙Ⅱ的降解效果

为了满足难降解有机物的处理要求,提出了喷嘴-筒式气液两相脉冲放电反应器的设计思想。为降低成本、便于放电现象的观察,圆柱状反应器采用透明有机玻璃加工而成,喷嘴高压电极和圆柱状高压电极为不锈钢材料。对该反应器进行了实验,观察到在液面上形成了较均匀的气、液两相放电。采用酸性橙II制备了模拟染料废水,研究了该反应器对模拟染料废水的降解效果。结果表明喷嘴-筒式气液两相脉冲放电可有效降解模拟染料废水中的酸性橙Ⅱ。随着脉冲峰值电压由-26 kV下降到-36 kV,模拟废水中酸性橙II的降解率提高了10%,对偶氮类染料降解起着重要作用的臭氧(O3)生成量增加了6 mg/L。在脉冲峰值电压为-36 kV,脉冲频率为50 Hz,放电喷嘴电极与液面距离为0,放电30 min时,反应器的能量效率可达到2.05×10-3 mol/J。研究结论为进一步研究多喷嘴-筒式电极形式的高压脉冲放电等离子体体系放电作用提供了依据。     

供电方式对介质阻挡放电-催化降解苯的影响

为研究能量注入方式对等离子体降解有机污染物的影响,分别将交流高压和双极性脉冲高压引入介质阻挡放电反应器,结合Mn催化剂对苯进行降解,研究供电方式对放电特性、苯去除率和产物选择性的影响。结果发现,与交流电源相比,脉冲电源供电下能量在极短的时间里注入到反应器内,产生瞬间大功率放电和高能活性粒子,可以实现对苯的高效降解和较高的CO2选择性。此外,相同功率下脉冲介质阻挡放电(DBD)的臭氧质量浓度更多,更有利于与Mn催化剂结合对苯进行降解。在电压为18.8kV的条件下,对苯的去除率最高可达98%,CO2转化率可达77%。     

双极性高压脉冲介质阻挡放电降解甲醛及臭氧生成质量浓度控制

为进一步提高介质阻挡放电(DBD)降解甲醛的效率,并控制副产物的生成量,采用正负双极性高压脉冲电源对同轴式介质阻挡反应器供电,系统地研究了脉冲电压、脉冲重复频率、放电间隙、气体体积流量及甲醛初始质量浓度等影响因素对甲醛降解率及臭氧生成质量浓度的影响。实验结果表明:升高脉冲电压有利于甲醛的降解,当脉冲电压达到19 k V时,脉冲电压继续升高对甲醛降解率的影响不大,而臭氧生成质量浓度随着脉冲电压的增加而不断增大;放电间隙对甲醛降解率有很大的影响,随着放电间隙的减小,甲醛降解率增大,但放电间隙过小时,臭氧生成质量浓度较大;随着气体体积流量的增大,甲醛降解率降低;随着脉冲重复频率的增大,甲醛降解率增大,当脉冲重复频率达到60 Hz时,继续增加脉冲重复频率,甲醛降解率增大不明显;在一定实验条件下,甲醛初始质量浓度越大,甲醛降解率降低,而甲醛去除质量浓度增大并趋近于反应器的最大处理量。     

水降膜DBD等离子体去除水中磺胺甲恶唑的效能及机理

水降膜介质阻挡放电装置可以在气相高效生成反应活性物质,且大的气–液反应界面有利于反应活性物质的气–液传质,高效降解液相污染物。为此研究了单极性和双极性脉冲电源供电时水降膜装置的放电特性及磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMX)的降解效率,研究发现双极性脉冲供电时,水降膜装置放电强度及SMX降解率更高。同时,本文探究了双极性脉冲电压和频率、SMX初始质量浓度、p H值、液体流速和电导率对SMX降解的影响,分析了SMX的降解机理。结果表明：放电功率随放电电压和脉冲频率升高而增大,SMX降解率随之升高,当放电电压较低(24 kV)时,电压升高能提高SMX降解的能量效率,但提升放电频率会导致SMX降解能量效率的下降;液体循环流量和电导率对SMX的降解影响不大;放电功率为5 W,放电处理质量浓度为20 mg/L的200 mL溶液30 min,SMX降解率达到了80.2%,能量效率达到1.28 g/(kW·h);由于过臭氧化和SMX分子的质子化效应,碱性条件下SMX的降解率远高于酸性条件下的降解率。     

低气压大体积等离子体发生及其电参数特性研究

低气压大体积的均匀等离子体在材料处理、催化剂的活化和再生等领域有很好的应用前景。为研究理想的低气压大体积等离子体发生装置,在自制的真空反应器中采用平行板电极,在10~100 Pa的气压下,利用脉冲宽度小于50μs、峰值电压小于3 kV、频率50~104 Hz的双极性脉冲源,发生了最大体积约为21 L的均匀等离子体。对放电时反应器的电压电流波形进行了测试,获得在不同压强的空气、氧气、氩气介质,不同的电极间距下,放电的起始电压,以及空气中等离子体功率随气体压强、电极间距、极板面积、脉冲频率及电压峰值等不同参数变化的数量关系。结果表明:在3种介质中均获得了大体积均匀等离子体,最大体积为21 L,且空气中气压50 Pa时,生成等离子体的均匀性和放电的稳定性较好;在20~100 Pa的空气中,电极间距为10~30 cm时,放电起始电压随着气压和电极间距增大而增大;放电的功率密度与极板面积无关,随气压、脉冲频率、电压的增大而增大,随电极间距的增大而减小。     

高频介质阻挡放电降解甲苯的实验研究

甲苯作为一种广泛使用并非常有害的有机废气,已在很多场合对人类健康构成严重威胁。为此,采用高频交流高压电源,通过介质阻挡放电产生低温等离子体,用来去除甲苯污染物,进一步优化等离子净化系统。从电路原理和介质阻挡放电原理实验研究了反应器结构、电压、频率和功率对甲苯降解率的影响,并分析了降解产物及其降解机理。实验结果表明,99陶瓷作介质阻挡层更有利于甲苯的降解;频率、功率和降解率之间的关系并非单纯的线性关系,f=f0时,放电负载得到最大功率,降解率也达到最高值。色质联用检测仪(GC-MS)的检测发现,中间产物包括醛类、醇类、酰胺类及带有苯环的衍生物等4类有机物。     

催化剂协同脉冲放电等离子体处理甲硫醚气体的实验研究EI北大核心CSCD

为了探讨催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理恶臭气体的效果,采用V2O5/γ-Al2O3催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理了恶臭气体甲硫醚,并探讨了反应中催化剂与脉冲放电等离子体的协同性及工艺参数对降解反应的影响。实验结果表明:电晕放电具有改变催化剂气-固相吸附平衡、减少吸附容量的作用,处理恶臭气体时可通过添加催化剂吸附-气体浓缩环节来提高降解反应的能量利用率;催化剂与脉冲放电等离子体共同作用比单一脉冲放电等离子具有更高的甲硫醚去除率,同时催化剂的填充通过改变介电性及电场强度使反应获得更大的能量,催化剂颗粒表面发生的强烈放电促进了降解反应的进行;在一定电压范围内,通过提高峰值电压、增加气体停留时间可有效提高甲硫醚去除率;当峰值电压为22 k V、甲硫醚体积分数为315×10-6、体积流量为550 m L/min时,甲硫醚去除率可达84.12%。催化剂协同脉冲放电等离子体能够有效处理恶臭气体甲硫醚。     

催化剂协同脉冲放电等离子体处理甲硫醚气体的实验研究

为了探讨催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理恶臭气体的效果,采用V2O5/γ-Al2O3催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理了恶臭气体甲硫醚,并探讨了反应中催化剂与脉冲放电等离子体的协同性及工艺参数对降解反应的影响。实验结果表明:电晕放电具有改变催化剂气-固相吸附平衡、减少吸附容量的作用,处理恶臭气体时可通过添加催化剂吸附-气体浓缩环节来提高降解反应的能量利用率;催化剂与脉冲放电等离子体共同作用比单一脉冲放电等离子具有更高的甲硫醚去除率,同时催化剂的填充通过改变介电性及电场强度使反应获得更大的能量,催化剂颗粒表面发生的强烈放电促进了降解反应的进行;在一定电压范围内,通过提高峰值电压、增加气体停留时间可有效提高甲硫醚去除率;当峰值电压为22 k V、甲硫醚体积分数为315×10-6、体积流量为550 m L/min时,甲硫醚去除率可达84.12%。催化剂协同脉冲放电等离子体能够有效处理恶臭气体甲硫醚。     

用气相沿面放电生成臭氧方式降解偶氮染料废水的影响因素分析

为提高臭氧降解和脱色染料废水的效果,通过沿面放电臭氧生成-废水处理一体化反应器降解偶氮染料废水研究了供电电源类型、放电电压、放电反应器内注入的气体组分及流量、废水电导率、催化剂等因素对染料降解的影响。研究结果表明:同50Hz工频电源相比,在相同的输入功率下,高频电源降解偶氮染料效果更快;沿面放电反应器内注入的气体成分影响染料降解率,注入氧气时,甲基红降解率最高,注入氮气时,甲基红几乎没有降解;注入气体流量影响气相和液相臭氧浓度及染料废水的湍流度,进而影响甲基红的降解率;废水电导率对甲基红降解影响不大;二氧化钛添加量影响甲基红的降解,染料降解初期,适量的二氧化钛有利于甲基红的降解。     

Temperature Dependence of Toluene Decomposition Behavior in the Discharge–Catalyst Hybrid Reactor

The temperature dependence of toluene decomposition behavior was investigated with a two-stage discharge and ozone-decomposition-catalyst hybrid reactor. Toluene conversion jumped by four times by adding catalyst to the discharge at ambient temperature. This synergistic effect diminished with an increase in temperature, and no synergy was observed at higher than 200degC. In the hybrid reactor, CO_x formation was promoted compared to discharge alone irrespective of temperature, and toluene was completely oxidized to CO_x at higher than 100degC. Ozone acts as the precursor of the key oxidants in the toluene decomposition.     

变频电源下非平衡等离子体技术降解甲苯的实验研究

为提高非平衡等离子体技术降解甲苯的能量利用效果,采用非平衡等离子体技术降解甲苯污染气体,在气体体积流量0.1m3/h、甲苯质量浓度1g/m3等条件下,考察了变频高压交流电源下非平衡等离子体反应器的热量损失、电场强度、频率和功率等因素对甲苯降解率的影响,探讨了非平衡等离子体反应系统的电源匹配性问题,以求达到进一步优化反应系统的目的。实验结果发现,电源频率与甲苯的降解和能量利用并非简单的线性关系,而是存在一个最佳匹配点,即在频率150Hz时,整个电路消耗的无功功率最低,用于降解的有功功率较高,这为今后工业上等离子体技术的应用提供了基础参数。     

Destruction of volatile organic compounds used in a semiconductorindustry by a capillary tube discharge reactor

Nonthermal plasma technologies offer an innovative approach to the problem of decomposing various volatile organic compounds (VOCs). The authors focused on DC capillary tube discharge plasma reactors to study the decomposition/destruction efficiency for toluene, EGM, trichloroethane and trichloroethylene at 50-2300 ppm levels in dry air. The effects of gas flow rate, VOC concentration and reactor operating conditions on decomposition and analysis of reactant conversion for each VOC were investigated. The results show that VOC destruction efficiency as high as 90% can be achieved, even under a short residence time (3.8 ms) with a destruction energy efficiency of up to 95 g (VOC)/kWh. Laboratory-scale plasma technology was successfully demonstrated for its potential application for VOC control in the semiconductor clean-room environment     

滑动弧放电等离子体去除甲苯的实验研究

为了研究滑动弧放电等离子体对挥发性有机物的净化效果,选取甲苯作为代表物质进行实验研究,观察了电极间隔、电极材料、电极厚度、氧气含量、水汽含量、气流温度、污染物质量浓度等参数对去除率的影响。在输入体积能耗为0.26 kWh/m3、电极间隔为3 mm、电极厚4 mm、气体流量0.8 m3/h、甲苯质量浓度为7 850 mg/L的实验条件下,甲苯的去除率达到90%,反应器的能量利用率达到最大26.92 g/kWh;制作电极的金属材料对反应器的性能影响不大;甲苯去除率随着氧气含量、水汽含量和气流溫度的增加而增加,随着污染物浓度的增加而降低。     

Byproduct identification and mechanism determination in plasmachemical decomposition of trichloroethylene

Plasma chemical behavior of trichloroethylene (TCE) was investigated with a packed-bed ferroelectric pellet reactor and a pulsed corona reactor. Volatile byproducts were identified by gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS), and it was shown that reactor type, TCE concentration, flow rate, background gas, and moisture affected TCE decomposition efficiency and product distribution. Byproduct distributions in nitrogen and the negative effect of oxygen and moisture on TCE decomposition efficiency show that TCE decomposition proceeds via initial elimination of chlorine and hydrogen atoms, the addition of which to TCE accelerates its decomposition. Active oxygen species like OH radical is less likely involved in the initial step of TCE decomposition in plasma. Triplet oxygen molecules (³O₂) scavenge intermediate carbon radicals derived from TCE decomposition to give much lower yields of organic byproducts     

非平衡等离子体技术处理甲苯的实验研究

为了进行平衡等离子技术处理挥发性有机物(VOCs)的实验研究,采用电晕放电与介质阻挡放电相结合的放电形式处理甲苯(C7H8)废气,以此探讨电压、内电极直径及不同电介质条件对C7H8去除效率η的影响,并对放电过程的放电参量进行了测量。结果表明,电压的提高有利于C7H8的去除,电压较低时细电极反应器对C7H8的η要比粗电极高,但随着电压的上升,粗电极效率比细电极要高;陶瓷反应器对C7H8的去除效果要优于有机玻璃反应器;在反应器内填充电介质有利于C7H8的去除,填有陶瓷拉西环填料的反应器对C7H8的去除效果要优于无电介质的空管反应器;利用电压—电荷利萨如图形法测得的反应过程放电功率表明:等离子法处理VOCs能耗低,放电功率的提高对C7H8的去除有利。     

Additive Effect on Energy Efficiency and Byproduct Distribution in VOC Decomposition with Nonthermal Plasma

In the decomposition of methanol, dichloromethane, toluene, and their binary mixtures with nonthermal plasma in N₂, the energy efficiency for the decomposition of each volatile organic compound (VOC) increased with its initial concentration. The addition of oxygen increased the maximum energy efficiency and the corresponding reactor energy density decreased with an increase in the oxygen content. On the other hand, it was not affected by 100 ppm of the counterpart VOC. Based on the byproduct analysis, the major pathways for their decomposition were determined. 5% O₂ in the reaction gases suppressed the formation of hydrocarbons ascribed to self-decomposition of VOCs, nitrogen atom incorporation into fragment radicals, and their cross-coupling.     

SCR整流格栅高度与催化剂安装耦合影响分析

选择性催化还原（SCR）脱硝反应器内均匀的流场、浓度场是保证脱硝效率的前提,以某1 000 MW燃煤机组SCR脱硝反应器为研究对象,对其结构进行了深入研究。通过模拟确定最佳整流格栅间距及高度,继而模拟整流格栅高度与首层催化剂安装高度的比值（c）对首层催化剂流场、浓度场均匀性的耦合影响,并通过实验予以验证。结果表明：格栅间距不宜过大或过小,整流格栅之间的距离0.2 m左右为宜;随c值增大,首层催化剂的速度偏差增大,当c大于一定数值后,不同格栅高度下的速度偏差都会突增;格栅高度0.8 m时,对整流格栅与首层催化剂之间的距离要求最低,c值可放宽到0.8左右。     

车载油浸式空心电抗器瞬态温度场计算和分析

车载油浸式空心电抗器进行特高压GIL交流耐压试验时工作电流大,绕组发热功率高。为避免过热故障,研究耐压试验情况下车载油浸式空心电抗器的瞬态温度场十分必要。文中应用有限元法耦合计算了二维轴对称电抗器模型的瞬态温度场和绝缘油瞬态流体场,分析了车载油浸式电抗器的温升和散热特性。车载油浸式空心电抗器依靠绝缘油自然对流散热速率有限,文中计算了两种辅助优化散热措施。外部吹风辅助散热措施易于实现,但散热速率提高有限。环境温度降低辅助散热实现难度适中,降温效果好于外部吹风辅助散热。文中计算结果为特高压GIL交流耐压试验提供了理论参考。