摘 要

伴随着经济全球化，船舶运输已经成为国际货物的重要的运输方式之一。在船舶运输过程中，柴油机排放的氮氧化物、硫氧化物、颗粒物等废气污染物对自然环境造成了极大的危害。等离子体方法可以同时脱除SO2、NO可吸入颗粒物、重金属以及挥发性有机化合物，而且还具有清除效率高，速度快，占地面积较小等特点，能否研究一套设备同时实现控制多种船舶柴油机废气排放出的污染物，并且可以去除多种污染物，且这套设备具有占地面积小、经济效益高、效率高等有点，将是以后研究的方向。DBD反应器是实现DBD脱硫脱硝的核心装置，要想实现降低能耗、提高 效率的目标，必须对现有反应器进行优化设计。本文从介质阻挡反应器单因素试验研究与反应器结构及电源参数的优化研究两个方面对反应器进行研究，发现电极的形状、材料、几何尺寸等方面对于氮氧化物的氧化度有着不同的影响，因此做了单因素实验研究与电源参数的正交实验。通过对介质阻挡反应器结构与电源参数的研究，找到能够提高NO氧化的关键参数以及影响NO氧化变化的规律，为船舶柴油机脱硝提供支持。

关键词：氮氧化物、脱硫脱硝、DBD、优化研究

Abstract:

With the globalization of the world economy and the development of the maritime silk road, ship transportation has become one of the important means of transportation of international goods. In the process of ship transportation, nitrogen oxides, sulfur oxides, particulates and other waste gases emitted by diesel engines cause great harm to the natural environment. Plasma method can simultaneously removing S02, NO particulate matter, heavy metals and volatile organic compounds, and has high efficiency, simple system, convenient to operate, and low cost, can study a set of equipment at the same time to control a variety of ship diesel engine exhaust emissions of pollutants, and it can remove various pollutants, and the equipment cover an area of an area small, economical and high efficiency is a little bit, will be the future research direction. DBD reactor is the core device for realizing DBD desulfurization and denitrification. To achieve the goal of reducing energy consumption and improving efficiency, it is necessary to optimize the design of the existing reactor. In this paper, the reactor is studied from two aspects: single factor test, reactor structure and power parameter optimization. It is found that the shape, material and geometry of electrode have different effects on the oxidation degree of nitrogen oxides.Through the study of the power parameters of the dielectric barrier reactor, the key parameters that can improve the NO oxidation and the law of the change of NO oxidation are found, which provides support for the denitrification of Marine diesel engines.

Key words: nitrogen oxides, desulfurization and denitration, DBD, optimization

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1 船舶柴油机的排放状况与法规 1

1.1.2 船用柴油机NOx排放法规 1

1.1.3 船用柴油机 NOx 排放的危害 2

1.1.4 船用柴油机NOx排放控制技术 3

1.2介质阻挡反应器的作用及工作原理 3

1.2.1工作原理 3

1.2.2结构形式 4

1.2.3应用范围 4

1.3介质阻挡反应器结构和电源参数的研究现状 5

1.3.1 理论研究 5

1.3.2 实验研究 5

1.4研究介质阻挡反应器结构及电源参数的意义 6

第二章 介质阻挡反应器单因素试验研究 7

2.1介质阻挡反应器试验台 7

2.2反应器结构的试验研究 8

2.2.1电极形状对NO氧化度的影响 8

2.2.2电极材料对NO氧化度的影响 9

2.2.3电极直径对氧化度的影响 10

2.2.4电极长度对氧化度的影响 10

2.3电源参数的试验研究 11

2.3.1电源电压对 NOx 氧化度的影响 11

2.3.2 放电频率对 NOx 氧化度的影响 12

第三章 反应器结构及电源参数的优化研究 13

3.1正交试验概念 13

3.2 正交实验设计 13

3.3 正交实验结果及分析 14

第四章 总结与展望 17

4.1总结： 17

4.2 课题展望 17

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

1.1引言

1.1.1 船舶柴油机的排放状况与法规

随着全球环境的恶化逐渐加剧，人们对环境保护的意识日益提高，船舶废气排放造成大气污染的问题越来越引起人们的重视随着全球环境的恶化和环境保护意识的提高，船舶尾气排放引起的大气污染问题越来越受到人们的关注。船舶柴油机废气排放的主要污染物包括CO、HC、NOx、SOx和PM。研究表明，船舶排放的NOx、SO2、CO2分别占全球人为污染的15%、4%~9%和2.7%。可见，船舶柴油机污染物排放中氮氧化物的含量最高，因此必须首先控制船舶的氮氧化物排放。通过对氮氧化物排放法规进行分析，经过连续优化、连续试验优化，最终应用于船舶，使船舶能够满足日益严格的国际海事组织对船舶排放标准的要求。

1.1.2 船用柴油机NOx排放法规

MARPOL73/78公约附则VI“1997”年议定2005年5月19日生效，在商定于2005年5月19日在“1997年防污公约”附件六中对2000年1月1日或以后建造的船舶生效后，输出功率超过130千瓦(或作重大修改)的柴油发动机执行Tierin NOx的量少于17克/千瓦，自2011年1月1日起低于14.4克/千瓦，自2016年1月1日起低于3.4克/千瓦时 。第三阶段的氮氧化物排放限制将于2016年1月1日实施，仅限于国际海事组织指定的氮氧化物排放控制区。目前的“国家防污公约”是指现行“防污公约”附件六中规定的“北海地区”和“波罗的海地区”，亦可以见图1.2所示。

图 1.2 NO_x 排放法规对不同转速柴油机实施情况

1.1.3 船用柴油机 NOx 排放的危害

氮氧化物是船舶柴油机的燃烧过程中排放污染物中的氮的各种氧化物的总称，具体包括NO、NO2、N2O4、N2O、N2O3、和N2O5等，NO和NO2占据了船舶柴油机排放的氮氧化物的绝大大部分，其余的含量都很少。船舶柴油机排放的氮氧化物危害程度主要取决于其自身的毒性、在大气空气中的浓度、人们吸入受污染空气的时间以及每分钟吸入的体积。其中NO是无色但有轻度刺激性气味的气体，它在低浓度时，对人体健康并无明显的影响，高浓度时则会造成人与动物神经系统障碍。尽管NO直接危害性不大，但是NO会在大气中可以被氧化成剧毒的NO2.表1.3所示为各种浓度NO2对人体的影响。

表1.3

1.1.4 船用柴油机NOx排放控制技术

图 1.4 船机NO_x排放控制技术

目前，在船舶柴油机应用的成熟NOx排放控制的技术主要有燃料预处理、缸内净化和尾气后处理，具体处理技术如图1.4所示。

1.2介质阻挡反应器的作用及工作原理

1.2.1工作原理

介质阻挡放电(DBD)通常是使用高压电波，并配以正弦直流电所驱动的一种放电原理。如果放电电压增加，电流频率增大。这时，反应气体会在反应系统内被电离，自身状态也由绝缘状态被电解成为放电状态。电源电压逐渐减小时，电解的气体会产生电离现象，但是因为流量很小，所以电流几乎为0.而电流的不断减小，会造成电离状态产生电解。随着电源电压的逐渐增加，电离电子耦合到放电间隙形成电场，空间系统的电子在这一点场作用下获得了能量，电子从外界气体获得了能量，非弹性碰撞造成了电子数目不能稳定增加。因此，反应气体仍是处于电绝缘状态，电子无法继续电离，不能继续产生电流。但是，如果电源电压继续升高，电子的能量足以继续产生非弹性碰撞，那么就会产生电离电流，气体产生弹性碰撞，气体流量产生弹性碰撞，气体流量将大大增加。如果电流继续增加，并且如果空间中的电子的密度大于临界值和最大击穿电压时，电极变会产生电子流量的变化，电流会大大增加，两电极之间会产生大量的电流，发出些许微光，电流随之剧烈增加。