论文：等离子体前沿技术.doc

课题：等离子体前沿技术 学校：北京交通大学 学院：电气工程学院 专业：电气信息类 班级：1106班 姓名：黄汉川 学号日期：2012/5/22 等离子体技术在三废处理中的应用 摘要:等离子体环保技术随当今世界环境问题的日益严峻而得到迅速发展,本文阐述了等离子体的概念、基本参数、生成方式, 利用等离子体进行污染控制的基本过程及发生装置，从大气污染、水污染、固体废物治理三个方面简述在三废处理中各种等离子体技术的应用及特点，分析其存在的问题，展示了等离子体技术在环境保护中的应用前景. 关键词:等离子体技术 三废 环境保护 引言：20世纪60年代形成的等离子体化学是基于高能物理、放电物理、放电化学、反应工程学、高压脉冲技术等领域的一门交叉科学。利用等离子体净化气态污染物自70年代开始研究以来, 显示出了独特的优点和良好的发展前景, 目前有的已经进入应用阶段, 但大多数处于研究开发阶段。研究结果表明, 等离子体法具有处理流程短、效率高、能耗低、适用范围广等优点, 等离子体既可用于处理废气, 又可用于处理废水、固体废物、污泥, 甚至放射性废物。 1 等离子概述 1．1等离子体概念：等离子体(Plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态，也常被称为“电浆体。 2 等离子体的基本参数 等离子体的状态主要取决于它的组成粒子、粒子密度和粒子温度，其中粒子密度和温度是描述等离子体特性的最重要的基本参量。 3等离子体的生成方式 (1)光和射线照射：通过光或射线的照射提供气体电离所需要的能量，如大功率的激光照射能够使物质蒸发电离，由于其放电的起始电荷是电离生成的离子，所形成的电荷密度通常极低。 (2)辉光放电，电晕放电：辉光放电是指通过从直流到微波的所有频率段的电源激励产生各种不同的电离状态。由于电场线密度过大，或者说电场强度过大引起的空气击穿放电现象就是电晕放电。 (3)燃烧：通过燃烧，火焰中的高能粒子相互之间发生碰撞，从而导致气体发生电离，这种电离通常称之为热电离。 (4)气体放电法：带电粒子在电场作用下获得加速动能与气体分子碰撞、加之阴极二次电子发射等机制的作用，导致气体击穿放电而形成等离子体。 (5)冲击波法：当冲击波在气体中通过时，气体受绝热压缩产生的高温来获得等离子体。 2 等离子体污染控制基本过程 采用气体放电技术以产生等离子体时, 根据放电过程中的气压,等离子体可以分为平衡等离子体和非平衡等离子体,若放电在接近大气压的高气压条件下进行,则电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换能量,从而使等离子体达到热平衡状态。反之, 数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。此时,其电子温度可高达上万度, 而重粒子温度只有几百度或接近室温。另外, 不仅放电气压,而且放电长度、电极间距都会影响放电产生的等离子体形态,因此低温等离子体也可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式来生成, 还有介质阻挡放电等离子体和大气压下的辉光放电等离子体都是大气压下放电产生的非平衡等离子体。根据温度、电子密度的不同,等离子体可以为高温等离子体和低温等离子体, 见表1。 等离子体中典型的反应类型见表 2。由表 2中基本的等离子体反应类型可以看出, 当反应需要高温下进行时常采用平衡等离子体, 平衡等离子体中的化学反应主要利用等离子体中的大量正负离子的复合过程所释放出的高热量进行。其中我们主要利用两种效应, 一是粒子间碰撞和粒子和固壁表面碰撞所产生的热使污染物分子的化学键断裂, 一是离解过程中自由基与污染物分子的碰撞使污染物分子的化学键断裂。第一种概念与燃烧理论基本相似,只是具有温度更高的优势。第二种理论可用于处理气体或液体污染物或利用转移弧等离子体处理固体污染物。 非平衡等离子体中的化学反应主要是通过气体放电产生的快电子激发来完成的, 这些快电子与气体分子碰撞,使气体分子激发到更高能级,被激发到高能级的分子由于其内能的增加, 既可以发生键的断裂也可以与其它物种发生化学反应, 而碰撞失去部分能量的电子在电场作用下仍可得到补偿。 3用于污染物处理的热等离子体发生器 热等离子体中的电子、离子、中性粒子等具有统一的热力学温度,达到热力学平衡状态,具有很高的热性能,导热性、温度梯度也很高,因此通常用于有热量需要的污染物热解、气化、熔融等过程。热等离子体发生器( Thermal Plasma Generator)是指能稳定地产生和维持温度为 2 # 103K~ 2 # 104K 的等离子体并把电能转化为热能的装置, 也称为等离子体炬( Plasma Torch)或等离子体枪( Plasma Gun)。它是热等离子体技术实施应用的前提和基础。目前用于各种材料工业及