气体流动对表面介质阻挡放电中臭氧生成特性的影响

摘要

随着中国的能源消费量日益增大，对污染物脱除技术的要求也越来越高。基于活性分子臭氧氧化的烟气多种污染物协同脱除技术具有占地面积小，方便改造，反应迅速，污染物脱除效果好等特点，目前已获得广泛应用。但是制取臭氧的高成本成为了该技术获得更广泛应用的一大阻碍。目前，商用臭氧发生器主要采用的是介质阻挡放电的方法。表面介质阻挡放电是一种新的介质阻挡放电形式，在该放电过程中，等离子体反应区域可以在竖直电场的作用下附着在电介质表面，从而促进等离子体化学反应过程，进而有望提高臭氧的产率。 温度和流动形式是表面介质阻挡放电过程中的两个重要参数，对表面介质阻挡放电过程中的化学反应速率、电场分布、激发解离等特性具有显著影响。但是，目前对表面介质阻挡放电过程中的温度分布和流动形式的影响规律尚缺乏系统研究。 本文自行设计了一套表面介质阻挡放电反应器，研究了反应器中的温度分布，在此基础上分别研究了空气源和氧气源气氛下流动形式对表面介质阻挡放电过程中臭氧生成特性的影响。研究结果表明，气体温度（Tg）显著低于等离子体反应区域温度（Tp）。电极的温度（Te）几乎与等离子体反应区域温度（Tp）相同。在反应器温度达到稳定状态之前，表面介质阻挡放电中，温度不断增加。Tp,Te和Tg等都遵循一阶模型。表面介质阻挡放电反应器的前部和侧面的温度高于反应器的中间部分。流速对等离子区域的温度影响较小，表面介质阻挡放电中的阻抗变化小于体积介质阻挡放电中的阻抗变化。 在氧气源气氛下的研究结果表明，臭氧的生成效率可以通过以下三种途径来提高： （1）提高表面介质阻挡放电反应器中气体流动的均匀性 （2）根据表面介质阻挡放电反应器中各部分反应发生强度来分配气体流量，即反应强度大的区域分配更大的气体流量 （3）在气体流动中加入扰动，破坏气体流动边界层 在氧气源气氛下的表面介质阻挡放电中，对臭氧的生成而言，横向掠过电极的流动显著优于竖向平行于电极的流动。当输入能量增大时，优化流动形式可以更大比例的提高臭氧产率和浓度。当流速超过某临界值后，臭氧的产率不再随流速的变化而变化。并且当电压增大，这个临界值也随之变大。 空气源气氛下的研究结果表明，当流速超过某临界值后，臭氧的产率不再随流速的变化而变化。并且当电压增大，这个临界值也随之变大。流动均匀性的增加可以增大表面介质阻挡放电过程中的臭氧产率，但是和氧气源气氛下的情况不同，加入横向扰动流动或采用横向垂直于电极的流动方式并不能提高臭氧产率。

目录

第一个书签之前