等离子体作用下圆管填充床温度场研究.doc

《等离子体作用下圆管填充床温度场研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子体作用下圆管填充床温度场研究.doc（5页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、精品论文等离子体作用下圆管填充床温度场研究郑炜，顾璠1.东南大学 能源与环境学院 ，南京 (210096)E-mail：zhengweiyuwen摘 要：在等离子体-催化协同脱硫脱硝中，一方面，多孔介质催化剂的吸附或解吸附及催化剂颗粒的活性都与催化剂温度密切相关，催化剂的温度受温度场影响。另一方面，反应器温度低，含 水率高，热份额高，化学能低，不利于解吸附作用；因此对反应器中气体温度场的研究对脱硫脱 硝过程具有重要意义。本文分别讨论了在不同电压下和相同电压不同空气流量下，非平衡等离子 体对竖直圆管填充床内温度场的影响。试验研究表明：电压及空气流速对填充床内温度场的影响 比较明显。关键词：非平衡

2、等离子体；温度场；多孔介质中图分类号 ：TQ021.31.引言工业的迅速发展、处理工艺的不完善导致了含硫含氮烟气排放量的急速上升，排放大量的 S02和NOx将导致严重的环境问题。据统计，我国大气污染物中的NOX 60%来自煤的燃烧，其中火 电厂发电用煤又占了全国燃煤的 70%1,2，大气污染的形势越来越严重。为了应对严重的环境问题，各国研究了多种脱硫脱硝技术。其中，非平衡等离子体脱硫脱 硝技术是一种新型的大气污染物处理技术。在用于脱除工业过程尾气（SO2和NOx）时，与传统工 艺相比有许多优点，如反应速度快、能耗低，不易造成二次污染等。非平衡等离子体脱硫脱硝技术中电能主要转化为水分汽化所吸热量

3、，催化剂颗粒、玻璃介 质、保温石棉所吸热量，保温岩棉与空气对流辐射热量损失，还有电源本身能量损失。在等离子 体-催化协同脱硫脱硝中，一方面，多孔介质催化剂的吸附或解吸附及催化剂颗粒的活性都与催 化剂温度密切相关3, 催化剂的温度受空气温度场影响。另一方面，反应器温度低，含水率高， 热份额高，化学能低，不利于解吸附作用4；反应器中气体温度场与反应器中的含水率密切相关。 为得到更有利于等离子体-催化协同脱硫脱硝的等离子体反应器，有必要对等离子体反应器中气 体温度场的影响因素进行研究。对于带内热源的多孔介质内自然对流和受迫对流的研究报导已有许多5,6。本文通过试验对 带有内热源多孔介质内温度场的影响

4、因素进行研究。2. 实验装置和实验方法2.1实验装置实验系统图如图 1 所示。反应器的内管径为 28mm，长度为 450mm,中间段等离子发生段长100mm.其余各段长 50mm。按电流方向，220V 交流电流先经过隔离变压器，隔离变压器输入和 输出均为 220V 交流电流 ；然后到调压器，调压器输入为 220V，输出为 0250V；在调压器后接 一个交流电流表、一个交流电压表，接法如图 1；接着到脉冲电源，脉冲电源为高亮度霓虹灯电 源，型号为 NG.B410BC；然后再到反应器；空气压缩机提供的空气流量经过量程 600 mm 的玻璃5转子流量计后，流经反应器的下部。反应器测点 3 与 4、2

5、 与 5、1 与 6 是分别对称的。正电极绝缘瓷管热电偶6 热电偶5 热电偶4脉220 隔离调冲 电源变压压电 器器源催化剂负电极空转空气 气子压流缩量 机计热电偶3 热电偶2热电偶1图 1实验系统图2.2实验方法实验分两种情况：第一，反应器在不同电压下的温度场变化， 电压分别为： 40V 、45 V 、55 V 、65V，用热电偶测反应器中的 6 个气体测点；每一测点测量次数大于 10 组；40V 电压下 每 10 分钟一测，45V 电压下每 8 分钟一测，55V 和 60V 每 5 分钟。第二，反应器在 65V 电压时， 测不同空气流量下温度场，空气流量分别为：0.05L/min，0.1

6、L/min，0.15 L/min, 用热电偶测反 应器中的 6 个气体测点；每一测点测量次数大于 10 组； 0.05L，0.1L 和 0.15L 每 5 分钟一测。3. 实验结果与分析3.1 实验结果3.1.1.电压分别为 40V，45V，55V，65V 时气体在填充床内的温度分布分别见图 2，3，4，5。（1） 图 2 中，在电压为 40V 的情况下，测点 4 和 3 的温度变化较大，1 点没有变化，而 2，5和 6 略有变化。（2） 图 3 中，电压为 45V，3 点和 4 点的温度变化最大，其余各点的温度也略有变化。（3） 图 4 中，电压为 55V，温度变化最快的仍然是 4 点，3

7、点次之，2 点和 5 点的变化一样，1 点和 6 点略有变化。（4） 图 5 中，电压为 65V，4 点的温度变化很明显，3 点的变化也比较大，2 点和 5 点的变化 一致，1 点和 6 点都略有变化。（5） 随着电压上升，各点温度都有变化，4 点的温度变化最大，3 点的温度变化也是比较明显 的，随之是 5 点和 2 点的温度变化，而 6 点的温度只是略有变化，1 点基本没有变化。 说明：电压加大对 4 点的温度影响最大，3 点次之，然后是 5 点和 2 点，最后是 1 点。精品论文B44C D42E F140130120110B60C DE55F GY :50H1008040 GIY ：时间

8、（min)100J 6038H I36J K34L32M302826123456X :气体测点9080温度706050403020100-1045K L40M 40352030025123456X :气体测点图.2电压 40V图.3电压 45V66 64 B62 C60 DF58 E60 B90 C 6085 D50 80 E 5056 G54 75 F GHY :温度（oc）52 IJ48 K46 L44 M42403836343230282640 70 H 40温度(oC)Z: 时间( min)65 I30 60 J 30L55 KZ:时间（min)20 50 M 20Y:45Y Axis

9、 Title10 40 1035300 25 01 2 3 4 5 6X :气体测量点1 2 3 4 5 6X: 气体测量点图 4电压 55V图 5电压 65V3.1.2.图 6，7，8 分别表示电压为 65V，空气流量为 0.05L/min, 0.10L/min, 0.15L/min（1） 图 6 中，空气流量为 0.05L/min。1、2 点和 6 点的温度基本没有变化，3 点和 5 点都有明 显变化，而 4 点的温度急剧上升。（2） 图 7 中，空气的流量为 0.1L/min。1 点、2 点和 3 点的温度基本没有变化，4 点的温度变 化仍然最大，5 点的温度变化开始明显，6 点的温度也

10、有了一定变化。B115C110D105E100F95GY :温度（oC)90H50140 B 50CD120 E 4040FZ：时间（min)G85I80J75K100 Ho30I 3070 L656055504540353025J80 KZ:时间（min)Y :温度（ C)20L 20601010400020123456X :气体测量点1 2 3 4 5 6X :气体测量点Y : 时间（min )Y ：温度图 6空气流量为 0.05L/min图 7空气流量为 0.1L/min12011010090Y :温度（oC)80706050403020B CD 50E FG 40Z:时间（min)HI

11、 30JKL 20M100123456X :气体测量点（3）图 8 中，空气流量为 0.15L/min。1 点、2 点和 3 点的温度基本不变化。4 点的变化最大，5 点次之，6 点的 温度变化加大。（4）从图 5 到图 8，随着空气流量加大，1、2、3 点的温度基本不变， 而 5、6 点的温度变化加大。说明:加 大空气流量对反应器中的空气温度 场有很大影响。其中第 4 点的温度上 升很快，5 点的温度明显上升，6 点 有一定上升，而 1、2，3 点温度基本 不变。图 8空气流量为 0.15L/min3.2实验结果分析1. 在自然对流中，不均匀温度场造成了不均匀密度场，由此产生的浮升力成为自然

12、对流的动力；而只有当瑞利数R a 超过某临界值时, 多孔介质内的自然对流才会发生。图2、3、4中， 电源电压较低，最初一段时间瑞利数R a小，所产生的自然对流对温度场的影响小，所以3点与4 点，2点与5点，1点与6点的温度分别大致相同；由于圆柱多孔介质内的自然对流随R a 的增大而 加强，上表面处的温度梯度增大，从而多孔介质上表面热交换量随R a的增强而增大；下底面处的 温度梯度减小,下底面热交换量随R a 的增大而减小。图5中，第4点处空气和多孔介质上表面的 热交换量大，使第4点温度迅速上升，相反，第3点空气和多孔介质下表面的热交换量减少，从而 第3点的温度上升的速度小于第4点。加大电压，热

13、源上表面的空气温度上升速度加快，反应器中 的空气温度场变化加大。2. 图 6，7，8 中，对于受迫对流，随着流速的增大，雷诺数提高，对流换热系数变大，对流换热量加大，从而内热源上方的空气温度上升速度加快。第 4 点与内热源的热交换量最大，所 以温度增加的速度最大。由于受迫对流，第 5 点和第 6 点被加热，温度都有不同程度的上升。在 热源下方的气体，气流通过下部颗粒和管壁，带走了热量，随着流速的增大，1、2、3 点越接近 空气温度。空气流量的增加对反应器的温度场有较大影响。4.结论分析得出的结论是：加大电压和空气流量都对反应器内的温度场有较大影响。参考文献1 国家环保总局. 燃煤二氧化硫排放污

14、染防治技术政策 N.2002.2 许行勇，等.固体吸附/再生法同时脱硫脱硝技术的研究进展 J. 广州化工，2003，31（1）：4-6 3 唐祖臣.介质阻挡放电的电热转化特性研究D:硕士学位论文.南京：东南大学，20064 任荣.烟气 NOX/SOX 联合脱除反应器流化DBD 特性研究D：硕士学位论文.南京：东南大学能源与 环境学院，20065M R Islam，K Namdukumar. Transient Convection in Saturated Porous Layers with InternalHeat Source. Int. J. Heat Mass Transfer,19

15、90,33:1516W E Stewart, A S Burns. Convection in Heat Generating Porous Media in a Concentric Annulus with a Permeable out Boundary. Int. Comm. Heat Mass Transfer, 1992, 19:127The research ofplasma to the temperature field in the vertical round pipe packed bedZhengweigufan2. School of Energy and Envi

16、ronment，nanjing(210096)Abstract: The absorption and desorption of porous media catalyzer as well as the catalyzer particulates activity are affected by the catalyzer temperature in plasma-catalysis cooperative desulphurization and denitration, and the catalyzer temperature is greatly associated with

17、 the temperature field. The lower the reactor temperature, the higher the moisture content and the heat share, also the lower the chemical energy, thus it is not fit to desorption. Thats why it is important to analyze the gas temperature field in the reactor for the process of desulphurization and d

18、enitration. The effect of non-thermal plasma to the temperature field in the vertical round pipe packed bed under different volts and the same volt but different gas mass flow rate was discussed respectively in this paper. It was indicated in the experiments that the temperature field in the packed bed was obviously influenced by the voltage and the gas velocity.Keywords: non-thermal plasma; the temperature field; porous media;