电力电子与电力传动研究生毕业论文.docx
《电力电子与电力传动研究生毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子与电力传动研究生毕业论文.docx（62页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力电子与电力传动研究生毕业论文
电力电子与电力传动研究生毕业论文
题目流光放电等离子体烟气脱硫反应器、电源及其匹配问题研究
专业：
电力电子与电力传动
流光放电等离子体烟气脱硫反应器、电源及其匹配问题研究
摘要
燃煤烟气所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。
脉冲电晕法烟气脱硫脱硝技术经过各国科技人员的不断努力，目前已经发展到工业试验阶段。
脉冲电源问题是脉冲电晕法脱硫脱硝技术产业化的难以克服的困难之一。
交直流叠加电源流光放电等离子体发生技术的出现，以及在此基础上的烟气脱硫工艺流程的实现，使流光放电烟气脱硫技术工业应用近在眼前。
交直流叠加电源发生流光电晕与脉冲电源发生的流光在脱硫脱硝效果是相同的。
交直流叠加电源采用电力电子开关器件代替火花隙的，这样可以大大的提高开关的寿命以及电源工作的可靠性和稳定性。
电源采用交直流电源叠加的方式，交流电压使放电增强，产生自由基增多，因而氧化脱除量增加；直流基压驱使正离子和电子离开流光通道，在更大的范围内发生复合反应，自由基分布更广，交直流叠加可以产生稳定、宽范围和有效的流光。
该交直流叠加电源采用高频电能变换技术，利用谐振的工作方式，在谐振升压的同时可以实现逆变电路开关管的零电流关断，减少开关损耗和散热器的体积。
同时串联电感的应用使电源可以可靠的工作在负载频繁放电的条件下。
反应器作为交直流叠加电源的负载对电源的工作状态有很大的影响；在电源和反应器系统中流光的发生不能脱离反应器，电源和反应器必须结合在一起进行研究。
本文主要针对流光放电等子体烟气脱硫反应器、交直流叠加电源及其匹配问题进行研究。
本文分析了流光放电脱硫反应器的负载特性，利用镜像法，计算了线板结构反应器的静态电容。
研究了如何优化反应器的板电极宽度、放电极邻距等电极配置形式，从而提高交直流叠加电源的效率和脱硫系统能量利用率。
在12000Nm3/h工业中试试验平台上，在模拟烟气的情况下，对流光放电烟气脱硫反应器、电源系统以及以此为基础的整个工艺流程进行了大量的实验研究，获得了良好的实验结果，确定了工艺流程的大量的工业运行参数，为以后大规模工业应用积累了宝贵经验。
关键词：
烟气脱硫，流光放电，交直流叠加，反应器，匹配
THERESEARCHOF
STREAMERDISCHARGEPLASMAFGDREACTOR,AC+DCPOWERSUPPLYANDMATCHPROBLEMOFTHEM
ABSTRACT
Soot,SO2,NOXandotherdeleteriousmatterscontainedinfluegasarethemainrootsofatmosphereempoison,acidrainandgreenhouseeffect.ManyachievementsinthetechnologyofDESO2fromfluegasbyPPCP（PulseCoronaInducedPlasmaChemicalProcess）havebeenachievedandthistechnologywillbeenlargedintoindustrialscaleinthefuture.PulsepowersupplyproblemistheprimarydifficultytoDESO2andDENOXfromfluegasbyPPCP.IndustrialapplicationofDESO2andDENOXfromfluegasbystreamerdischargewillcomeintotruesoonwiththeutilizingofthetechnologyofinspiringstreamerdischargeplasmabyAC+DCpowersupplyandtheachievingtechnicalprocessbasedonthis.
StreamercoronainducedbyAC+DCpowersupplyhasthesameeffectofDESO2withstreamercoronainducedpulsepowersupply.Thispowersupplyusesthesolid-stateswitchtotakeplacethespark-gapswitch,whichwillincreasethelifespanofswitchandthestability&dependabilityofpowersupply.TheoutputofthepowersupplyistheACsupposedontheDCinordertoproduceeffectiveandsteadystreameratabroadrange.ACmakesthedischargingstrongerandincreasestheenergydensityandfreeradicalquantityinthereactor.DCspreadscationandfreeradicaltoabroadrange.
TheAC+DCpowersupplymakeuseofthetechnologyofhighfrequencypowertransformandresonant.UsingtheresonanttechniquecanrealizeZCSanddecreaseswitchingloss.Atthesametimetheseriesinductancecanmakethepowersupplyworknormallyundertheconditionoffrequentdischarginginthereactor.
ReactorhasagreatinfluencetoworkingstateofAC+DCpowersupplyasit’sloadandcan’tbeleavedoutofaccountfromthesystemproducingstreamerdischarge.Sothestudyonreactorandpowersupplymustbetakenintoaccountsynchronously.ThepapermainlyresearchesstreamerdischargeplasmaDESO2reactor,AC+DCpowersupplyandtheswitchproblemofthem.
Inthepaper,theloadcharacteristicofstreamerdischargeDESO2reactorisanalyzedandthestaticcapacitanceoftheline-planereactoriscalculatedwiththemethodofenantiomorphy.Thepaperresearchesintooptimizingelectrodeconfigurationsofstreamerdischargereactorsuchasthedistancebetweendischargeelectrodesandpanelelectrodes,whichcanimprovethepowerfactorofAC+DCpowersupplyandenergyutilizingrateoftheDESO2system.
StreamerdischargeplasmaDESO2reactor,AC+DCpowersupplyandthewholeDESO2systemareinvestigatedcomparativelydeeplyinthepilottestof12,000Nm3/h.Thepilotrundemonstratesthatthewholesystemisfeasible.Allworkssupplyusefulmethodandexperienceforlargerindustrialapplication.
KEYWORDS：
FGD，streamerdischarge，AC+DC，reactor,match
§1绪论···················································1
§1.1前言···············································1
§1.2等离子体烟气脱硫国内外研究现状····················2
1.2.1电子束法·········································2
1.2.2脉冲电晕法·····································3
1.2.3交直流叠加电源流光放电等离子体发生技术···········5
1.2.4有关反应器的研究综述·····························5
§1.3流光放电等离子体烟气脱硫工艺流程介绍··············6
§1.4本课题的主要研究内容·······························7
§2流光放电等离子体烟气脱硫反应器的初步研究··············9
§2.1反应器负载特性分析································9
§2.2线板电极结构静态电容的计算·······················10
§2.3不同供电方式的电晕放电模式·······················12
2.3.1直流供电的电晕放电模式························12
2.3.2交直流叠加供电的电晕放电模式··················14
§2.4反应器电极配置的实验研究·························15
2.4.1实验装置······································15
2.4.2测量系统······································15
2.4.3实验结果及分析································16
2.4.4讨论··········································18
§3交直流叠加电源的工作原理·····························20
§3.1概述············································20
§3.2交流电源的工作原理分析···························21
3.2.1交流电源的主电路结构··························21
3.2.2RLC串联谐振电路的原理分析····················22
3.2.3桥式RLC串联谐振电路工作状态分析··············27
§3.3直流电源的工作原理分析···························28
3.3.1直流电源的主电路结构···························28
3.3.2并联负载串联谐振电路谐振原理分析···············29
§3.4交直流叠加电路工作原理分析·······················31
§3.5功率母线技术·····································32
§4交直流叠加电源的参数设计及实验分析························35
§4.1交流电源的参数设计································35
4.1.1逆变电路的参数设计····························35
4.1.2直流环节滤波电路的参数设计···················37
4.1.3整流电路的参数设计···························38
§4.2直流电路的参数设计·······························39
§4.3交直流叠加电路的参数设计及实现················40
§4.4触发和控制电路的设计及实现·······················41
4.4.1控制方法的综述·······························41
4.4.2晶闸管触发电路·····························42
4.4.3逆变控制电路·································44
§4.5抗干扰设计及实现·································47
4.5.1电源主电路的抗干扰设计·····················47
4.5.2控制电路的抗干扰设计······················48
§4.6电源实验结果及波形分析···························48
4.6.1直流电源的实验结果及波形分析·················48
4.6.2交流电源的实验结果及波形分析·················54
4.6.3交直流叠加电源的实验结果及波形分析···········57
§5流光电晕非热筹离子体烟气脱硫反应器的设计与实验研究···60
§5.1引言··············································60
§5.212000Nm3／h流光电晕烟气脱硫实验·················61
5.2.1预期目标······································61
5.2.2实验装置······································62
5.2.3测试系统·····································64
5.2.412000Nm3/h反应器的设计······················64
5.2.5流光放电烟气脱硫的实验结果及分析··············66
5.2.612000Nm3/h流光电晕脱硫反应器的技术数据········74
§6结论与展望···········································76
§6.1结论·············································76
§6.2前景展望·········································77
参考文献··················································79
致谢······················································83
攻读硕士学位期间所发表的论文····························84
§1绪论
§1.1前言
在我国能源的主要来源在很长一段时间内仍然是燃煤。
燃煤烟气所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。
目前，我国治理烟气脱硫的现状比较落后，实现污染物排放总量控制的形势十分严峻。
随着国民经济的腾飞，动力需求迅速增加，烟气排放污染物造成的负面影响亦愈加严重。
酸雨的危害面积不断扩大，反映着环境条件的恶化。
烟气脱硫工程进展停滞不前与国民经济的高速发展形成极大的反差，全面整治环境刻不容缓。
在烟气污染物排放量控制方面，目前粉尘的排放基本得到控制，而气相污染物的排放仍然放任自由，仅仅采用高烟囱扩散稀释，控制近地点的污染物浓度，二氧化硫的排放没有得到治理，只是场地发生了转移。
据专家估算，我国生态环境可承受的SO2排放量不超过1640万吨/年。
预计2020年全国废气产生的SO2将达到3500万吨，按2020年SO2排放降至生态承受极限，近20年内每年应增长烟气脱硫能力108万吨/年。
据国家环保总局的资料显示，电厂脱硫技术及其成套设备制造到近20年，每年只要有5%的燃煤电厂进行脱硫治理工程，就能形成年产值六十亿元以上的产业需求。
因此，生产适合中国国情的工业锅炉脱硫设备具有广阔的市场。
我国的烟气脱硫技术至今仍处于起步阶段，燃煤烟气脱硫技术的引进，研究和开发工作经过“七五”和“八五”攻关，对国际上的现有烟气脱硫技术的一些主要类型都进行了研究和装置试验，少数引自国外的脱硫工艺已在可靠、有效地运行。
“脉冲电晕等离子体烟气脱硫技术研究”是“九五”国家科技攻关项目，这项技术具有一系列的优点，如能耗低、投资少、产物是化肥，不存在废液处理、可同时实现脱硫脱硝，操作简单、体积小等。
§1.2等离子体烟气脱硫国内外研究现状
脉冲电晕法应用于烟气脱硫是受到电子束法的启发而发展起来的。
脉冲电晕法（PPCP）和电子束（EBDS）作为等离子体烟气脱硫脱硝技术，是目前世界上较大规模开展研究的方法。
1.2.1电子束法
电子束法是采用高能电子束照射烟气，使烟气中的O2和水蒸汽被激活，电离甚至裂解，产生大量离子及自由基等活性离子。
由于它们的强氧化性，使SO2、NOX被氧化为SO3、NO2，这些高价的硫氧化物与水蒸汽反应生成雾状的，产生的酸再与NH3预先反应生成硫酸铵和硝铵。
1970年，日本荏原（Ebara）公司首次在实验室利用电子束辐照静态烟气，实现脱硫。
1997年6月，世界上第一套工业示范装置处理100MW电厂锅炉烟气的“电子束辐照法”由中日合作在成都热电厂建成投运，装置投资1.04亿元，实际脱硫率80%、脱硝率18%。
装置单位建设投资约1000/元KW-1，每吨二氧化硫脱除费用约1000元。
该项目于1998年5月通过国家验收，是目前世界上投入运行的处理烟气量最大（200，000Nm3/h）电子束脱硫装置。
电子束法与传统工艺相比，有以下优点：
①脱硫脱硝同时进行，脱除效率较高；②工艺流程简单，操作容易；③干式方法，无排水和废渣的二次污染；④处理过程中不用触媒，粉尘影响很小，且无老化、结垢、阻塞、腐蚀等问题；⑤干式方法，不影响原系统的热效率，烟气可不必再加热即从烟囱排放；⑥添加氨后，生成物可作肥料回收综合利用；⑦设备占地面积小，建造费比常规法低；⑧对锅炉运行无不良影响，能适应锅炉负荷的变化，对锅炉热效率无影响。
电子束法的关键设备是能长期稳定运行的大功率电子枪，大容量的电子加速器造价昂贵，技术要求高，且其功率难以满足应用于工业烟气量的需要；电子加速器产生电子束的同时也产生X射线，工业应用时必须建造混凝土防辐射装置来保护人的安全；电子束能量很大一部分损失在离子的碰撞上（离子的热运动对形成有脱硫作用的活性自由基不起作用），故其电能的消耗较大，大约为电厂所发出电能的3％。
1.2.2脉冲电晕法
1986年Masuda和Mizuno根据电子束法的特点而提出用几万伏以上的脉冲电源代替电子加速器产生等离子体的脉冲电晕法。
1986-1987年，在Masuda实验室访问的中国学者吴彦对脉冲电晕引起的等离子体化学方法（Pulsecoronainducedplasmachemicalprocess,PPCP）脱除烟气中的NOX、SOX和Hg蒸汽做了大量的先期的实验工作，确定了该方法的可行性。
1990年左右，意大利的ENEL公司在Marghera热电厂首次利用真实烟气进行了1000Nm3/h的小试试验，为进一步的工业试验提供了必要的数据。
1996年，大连理工大学建造了1000Nm3/h烟气脱硫装置，并进行了许多研究工作。
华中理工大学的李劲教授、北京理工大学的李瑞年教授对脉冲电晕法也做了许多试验和机理方面的研究。
脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫法：
给反应器放电极加上几万伏ns级脉冲电压，产生5~20eV的高能电子，而离子仍处于与气体平衡的状态，高能电子与中性电子碰撞，产生O、OH、HO2和O3等，这些活性物质引发的反应，在有氨加入的条件下，将SO2、NOX转化为硫铵和硝铵。
脉冲电晕法的最大优点就是能起到电子束法同样的作用而又克服了电子束法的缺点，它省掉了大功率、需长期稳定工作的昂贵电子枪，避免了电子枪寿命和X射线屏蔽问题，而且具有以下优点：
①具有用简便的方法集烟气脱硫脱硝和除尘为一体的潜力；②可能在发电厂现有的静电除尘设备基础上进一步改造发展而成，投资较小；③产生的最终产物易于处理和获得回收利用，避免了废液、废渣等二次污染问题。
目前是国内外广泛关注的技术并最具有良好应用前景。
目前脉冲电源的问题在于：
①有效电子的产生率不及电子束法高，能耗也高，这是因为脉冲电源输出特性较差；②用旋转火花隙开关使脉冲波形变坏；③用电容器组作初级储能，由于储能密度低、寿命短、性能价格比低等缺点，不适合用于处理大气流量和连续稳定运行的脉冲发生器；④利用火花隙作为开关产生脉冲，脉冲频率一般在几百Hz，作为工业应用脱硫效率较低。
脉冲电源系统是实现脉冲电晕脱硫脱硝技术产业化的关键之一。
流光电晕放电脱硫脱硝技术要求在有载条件下脉冲电源系统提供较陡上升前沿（数十纳秒级）的脉冲电流电压波形。
脉冲宽度应依据反应器放电空间的情况（极间距及流光速度）而定,以避免二次流光通过反应空间造成能量浪费。
同时,系统要具有一定的轻便灵活的特点,特别要求系统能长期（3千小时到6千小时）有效连续工作,以适应电厂运行的要求。
对实验室研究而言,数百瓦乃至数千瓦的功率要求使得电源系统较易实现,而对一30万千瓦发电机组而言,要采用电晕放电技术有效地脱硫脱硝,需脉冲电源功率系统提供约3600KW的平均功率。
这将带来一系列的问题,如系统热效应,高功率开关预期寿命等。
采用传统的脉冲电源很难实现。
从长远来看，开拓突破传统的开关方式的新型开关技术，是重复脉冲功率技术发展的关键所在。
1.2.3交直流叠加电源流光放电等离子体发生技术
1998年，阎克平教授等发布了采用交直流叠加电源（AC/DC）电源发生流光电晕的台式试验结果，该电源与窄脉冲高压电源发生的流光在脱除NOX效果方面相同。
窄脉冲电源流光的发生是同步的，而AC/DC的电源流光随机分布在较大的时间范围。
2001年40KW交直流叠加电源的研制成功，并在烟气脱硫的工业试验装置上，成功发生了分布良好的流光电晕。
AC/DC电源所用的故态开关器件寿命长，该电源造价仅为窄脉冲电源的10～20％。
该电源采用新型电力电子开关器件代替火花隙，
升级会员 