基于直流电晕放电的径流式静电除尘技术因其伴随高效除尘的协同脱硫脱硝效应,在我国燃煤电厂超低排放改造工程中已经展现出一定的技术优势和巨大的发展潜力。电晕放电的脱硫脱硝效应可归结为非热平衡等离子体的化学转化过程,对其化学机理及影响因素等的相关研究尚不完善。本文基于自行设计和优化的实验室规模烟气净化反应器及实验系统,在负直流电源激励下研究了电晕放电电压、污染物初始浓度、烟气流量、液相化学吸附等对脱硫脱硝效率及能量利用效率的影响,系统地验证了径流式静电除尘结构的协同脱硫脱硝效应。同时,构建了电晕放电的一维流体力学模型和化学反应动力学模型,通过数值模拟方法对直流电晕放电烟气净化的时空演化进行详细研究,明确了不同背景气体体系下污染物脱除的化学路径。实验研究表明:多层金属丝网阳极板在电晕放电功率特性上优于普通碳钢板;放电极半径的增大导致起晕电压的升高和最大输出功率的降低;电晕线之间的相互干扰导致起晕电压的升高,而异极间距与同极间距对最大输出功率的影响均存在最优值;污染物脱除效率随电晕电压的增大而提高,脱除能量效率随电晕电压的增大而降低;碳酸钙吸附浆液的加入对SO2的脱除有明显的促进作用,而对NO脱除的影响可以忽略;相对湿度的增大显著促进SO2的脱除并提升SO2脱除能量效率,而其对NO脱除效果的影响较小;同时脱除两种污染物时,NO的脱除受到一定程度的抑制,而SO2脱除所受的影响较小;污染物脱除效率随初始浓度的增大而降低,脱除量及脱除能量效率随初始浓度的增大而提高;污染物脱除效率随烟气流量的增大而降低,但脱除能量效率随烟气流量的增大而提高。数值模拟研究表明:在放电极半径0.15mm、异极间距10cm、负直流高压不超过50kV时,不同背景气体体系下NO、SO2有效脱除区域均不超过放电极附近半径1cm的范围;放电极附近1mm的范围是高电子能量区,电子碰撞反应及活性粒子的生成主要来源于这一区域;NO/SO2/N2体系下,SO2无脱除效果,NO的脱除以N的还原作用为主导,且NO的脱除主要受N与O的重组反应所抑制;NO/SO2/O2/N2体系下,SO2无脱除效果,NO的脱除在放电的初期和后期分别以N的还原作用和O的氧化作用为主导,且NO的脱除主要受O对NO2的还原作用所抑制;NO/SO2/O2/N2/H2O/CO2体系下,N的还原作用与O的氧化作用对NO的脱除同等重要,且NO的脱除主要受N对CO2的还原作用所抑制,该体系下SO2的脱除归结为OH的氧化作用。经比较,富氧体系和CO2的加入均不利于脱硝。