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近年来,利用非平衡等离子体技术处理燃烧烟气中的主要污染物No<,x>及SO<,x>已经发展成为一种新兴的技术。等离子体放电的理论和计算机模拟处于初始阶段,使得放电参量的选取较为盲目,放电难以获得和控制。因此,对放电过程中的物理过程和化学反应机理的研究具有重要意义。
本文针对介质阻挡放电等离子体NO/SO<,2>/N<,2>/O<,2>系统进行了动力学研究。根据相关理论知识的掌握,将整个反应过程的模型分为两部分:高能电子撞击气体的离解,电离过程和后续的基元反应过程。本文从统计热力学,化学动力学和量子化学的角度对等离子体脱除NO<,x>/SO<,x>的内部化学反应机理进行理论研究和分析,研究重点在引发整个等离子体系统反应的高能电子碰撞分子的离解反应。
本文首先综合分析了低温等离子体的理论基础,以介质阻挡放电方式为背景,重点研究了放电中的化学过程,研究了等离子体NO/SO<,2>/N<,2>/O<,2>系统离解反应和后续基元反应的反应机理和途径。
其次,对该系统进行了动力学模拟。先根据自由程分配原理,推导了离解反应速率常数随电压变化的公式,分析了电压、气体压力和介质材料等对反应速率的影响;然后从分子碰撞理论观点出发,针对系统中多种离解反应,建立动力学模型。采用Boltzmann方程分析法,得出电子能量分布函数及反应速率常数,给出了速率常数随电子温度的变化曲线,并将速率常数拟合为Arrhenius公式的形式,对各反应过程进行了比较与分析。通过速率常数等的求解,从理论计算来预测并分析等离子体脱硫脱硝中各气体反应的发生,为今后的计算参考和数据选取提供了指导。
随后,将作为化学前沿的量子化学计算应用于热能领域中SO<,2>/NO<,x>脱除的研究,以探求动力学参数的完全理论计算,预测各反应的发生和途径。使用Hyperchem计算软件,采用从头算法,优化分子结构,获得离解反应发生前后的系统单点能,并以此计算了反应产生所需的离解能参数,并将量化计算离解能结果与经验参数相比较。同时得到了相关分子结构静态性质。