陳勱　張俊彥

摘要：高電壓技術(shù)作為一種通過(guò)施加高壓電場(chǎng)形成諸多自由電子及活性物質(zhì)，可以降低各種環(huán)境污染物。本文通過(guò)對(duì)高壓放電中脫硫、除塵等技術(shù)介紹，重點(diǎn)探究高電壓環(huán)境工程應(yīng)用研究關(guān)鍵技術(shù)，具體如下。

關(guān)鍵詞：高電壓環(huán)境工程;關(guān)鍵技術(shù);展望

在社會(huì)快速發(fā)展及工業(yè)化水平不斷提升的環(huán)境下，給人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響，威脅人們今后生存，環(huán)境保護(hù)和治理成為促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要方式。要想實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和改善，需要加強(qiáng)高效低能技術(shù)研發(fā)，如高壓放電技術(shù)。在高壓放電技術(shù)作用下，可以釋放大量高能電子，形成帶電粒子和活性物質(zhì)，適用于電廠生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)顆粒荷電和物質(zhì)氧化還原等。因?yàn)榉烹娊Y(jié)構(gòu)比較繁瑣，因此高壓放電技術(shù)可以運(yùn)用在各個(gè)場(chǎng)所中，并且還可以和其他技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，如針板技術(shù)、線板技術(shù)等。將高壓放電技術(shù)應(yīng)用到大氣污染治理工程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水源、食品的殺菌處理，給人們提供安全、放心的食物，降低對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

一、高電壓的基本概述

在諸多傳輸系統(tǒng)中，設(shè)備之間存在一定傳輸距離，在周圍環(huán)境電磁干擾的情況下，將會(huì)給信號(hào)傳輸帶來(lái)直接影響。為了降低干擾影響，保證信號(hào)傳輸順利進(jìn)行，通常采取雙絞線等方式，在對(duì)干擾及傳輸距離沒有過(guò)高要求的情況下應(yīng)用，但是針對(duì)長(zhǎng)距離或者高電壓干擾環(huán)境下將無(wú)法獲取理想應(yīng)用效果，甚至埋下諸多安全隱患，如大功率電源設(shè)備啟動(dòng)暫停、各種電弧關(guān)閉等，給電信號(hào)帶來(lái)影響;輸出功率過(guò)高，環(huán)境溫度變大等，影響電纜應(yīng)用期限[1]。為了降低影響，不但要保證接地合理，同時(shí)還要縮短輸入和輸出之間距離，通過(guò)采用高電壓技術(shù)，降低干擾帶來(lái)的影響，保證信號(hào)可以在高電壓干擾環(huán)境下順利傳遞。

二、高電壓環(huán)境工程應(yīng)用研究關(guān)鍵技術(shù)

1. 脫硫脫酸技術(shù)

1.1高壓放電氣相脫硫脫硝

從氣相角度來(lái)說(shuō)，在高能電子的作用下，高壓放電可以引發(fā)較為繁雜的化學(xué)反應(yīng)，其中包含了自由基反應(yīng)、離子分子反應(yīng)等。通過(guò)在上述反應(yīng)作用下，高壓放電可以轉(zhuǎn)變二氧化硫及碳氧化物形態(tài)，從而達(dá)到脫硫脫酸的目的。在Veldhuizen E V 等介紹中已經(jīng)明確表示出氣相中脫硫脫酸反應(yīng)機(jī)理。在二氧化硫脫除過(guò)程中，產(chǎn)生的反應(yīng)物有四種，且每個(gè)分子氣相氧化能耗比較大，大約是40 eV。而碳氧化物脫除一般是在自由基以及熱化學(xué)反應(yīng)下進(jìn)行，通過(guò)逆向反應(yīng)，有效減少轉(zhuǎn)化功率，增加能耗。高壓放電氣相脫硫脫硝流程見圖1：

1.2 高壓放電異相脫硫脫硝

在早期低溫等離子體脫硫探究中，包含了諸多氣相反應(yīng)內(nèi)容。在上個(gè)世紀(jì)八十年代末，Paur H就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電子束輻射法中脫硫率將會(huì)隨著煙氣水蒸氣含量增多而發(fā)生變化，在此過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有兩種反應(yīng)機(jī)理。在氣相反應(yīng)中，NH3與 SO2的熱化學(xué)反應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由基反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，如果在沒有NH3的情況下，SO2濃度僅為20%左右，受到高壓放電影響出現(xiàn)脫硫脫酸現(xiàn)象，隨之將其添加到NH3中，脫硫率將會(huì)達(dá)到99%左右[2]。氣相放電給SO2氣相氧化及吸收熱化學(xué)反應(yīng)都沒有起到促進(jìn)效果，但是可以讓氧化液形成亞硫酸鈉。AC/DC 電源氧化效率是直流電源的1.7倍，是空氣氧化含量的2.8倍。AC/DC 電源應(yīng)用在氧化液過(guò)程中，溶液中有兩種形式，一個(gè)是噴霧，另一個(gè)是降膜。前者是在空壓機(jī)及水泵的作用下，把亞硫酸銨容易進(jìn)行噴霧處理，后者則是在水泵的作用下讓溶液自己溢流而下，防止空壓機(jī)造成的額外消耗。

2. 電除塵

在霧霾中，含有大量的SO2、NOx等，霧霾顆粒分布呈現(xiàn)出均勻狀態(tài)，粒徑比較小，以細(xì)粒粒物為主。PM2.5 一般產(chǎn)生于人為因素，如發(fā)電、石油生產(chǎn)等過(guò)程中將會(huì)釋放大量煙塵，在城市交通發(fā)展中，交通工具將會(huì)產(chǎn)生大量汽車尾氣。電除塵器工作原理在于通過(guò)電暈放電形成諸多離子，實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子荷電，讓帶電粒子在電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)下朝著集塵板方向移動(dòng)，把微粒行氣流中分離出來(lái)。電除塵因?yàn)樽陨砭邆漭^強(qiáng)的除塵功能，因此成為一種煙氣除塵的主要設(shè)備。

2.1電除塵應(yīng)用

在西方發(fā)達(dá)國(guó)家中，大部分燃煤電廠都采取電除塵設(shè)備，出口排放質(zhì)量濃度通常控制在25mg/m3左右?，F(xiàn)階段，西歐等國(guó)家采取電除塵器以后，平均排放質(zhì)量濃度控制在10mg/m3左右。在我國(guó)，為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理，也廣泛采用電除塵設(shè)備，即便一些國(guó)家煤中灰分高，比電阻大，影響電除塵設(shè)備應(yīng)用效果，但是這些國(guó)家依舊采用電除塵設(shè)備進(jìn)行環(huán)境治理。由于我國(guó)在電除塵設(shè)備應(yīng)用上，應(yīng)用時(shí)間比較短，但是其發(fā)展效率比較快速[3]。從目前情況來(lái)說(shuō)，我國(guó)電除塵設(shè)備在加工、生產(chǎn)等方面均領(lǐng)先于國(guó)際水平，煤炭電廠是我國(guó)電除塵設(shè)備應(yīng)用第一大戶，70%以上的電除塵設(shè)備均應(yīng)用于機(jī)組燃煤鍋爐生產(chǎn)中。電除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)圖見圖2：

2.2電除塵理論依據(jù)

在傳統(tǒng)電除塵設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是參考Deutsch 公式進(jìn)行：

其中， 表示的總除塵效率;A表示的收塵極板面積;qv表示的煙氣體積流量; 表示的顆粒物驅(qū)進(jìn)速度。

在電除塵過(guò)程中，所有顆粒物都要均勻分布在荷電中，所有顆粒都要具備相同的驅(qū)動(dòng)速度。在實(shí)際過(guò)程中，各個(gè)粒徑的顆粒物在驅(qū)動(dòng)速度上大不相同，所以，Deutsch公式已經(jīng)無(wú)法滿足各級(jí)除塵效率計(jì)算要求。在電除塵過(guò)程中，需要根據(jù)分級(jí)除塵效率公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，r表示的是顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)半徑; （r）表示的顆粒物分級(jí)除塵效率; （r）、 （r）表示的和顆粒物粒徑相關(guān)的修整系數(shù);Ea表示的平均電廠強(qiáng)度;Ep表示的峰值電廠強(qiáng)度;S表示比收塵面積。

3. 水處理

隨著工業(yè)化發(fā)展效率的加快，有機(jī)廢水?dāng)?shù)量增多。常規(guī)意義上的水體滅菌工藝將會(huì)面臨“三致”性消毒副產(chǎn)物、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備繁瑣等問題，不鞥有效提出有機(jī)廢水處理西歐熬了。通過(guò)把高壓脈沖水處理技術(shù)應(yīng)用其中，通過(guò)對(duì)有機(jī)廢水處理，實(shí)現(xiàn)水體消毒，應(yīng)用范疇廣泛，且不會(huì)造成水體污染，能量應(yīng)用率比較高。當(dāng)前，在對(duì)高壓脈沖技術(shù)探究過(guò)程中，主要集中于脈沖電源及感應(yīng)器設(shè)計(jì)為主。

3.1水下高壓放電

水下高壓放電主要是在尖端電極不均勻電廠作用下形成，可以在溶液中融入一些氣體，促軍局部放電，增加活性物質(zhì)數(shù)量。液相放電可以實(shí)現(xiàn)水體殺菌處理，利用棒——棒式電極結(jié)構(gòu)，有效提升滅菌率。通過(guò)應(yīng)用水下高壓放電，對(duì)處理大腸桿菌等微生物有著滅菌效果，有效的降低大腸桿菌細(xì)菌密度，將其所需能量值控制在 10 J/mL左右[4]。

3.2脈沖電場(chǎng)液相殺菌消毒

和傳統(tǒng)滅菌工藝進(jìn)行比較，脈沖電場(chǎng)在液態(tài)失誤滅菌上有著明顯效果，可以降低食品營(yíng)養(yǎng)物的破壞，更易于食物保存。通過(guò)對(duì)脈沖電場(chǎng)液相殺菌消毒探究得知，其在脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度、注入能量密度等方面有著較強(qiáng)性能。常規(guī)滅菌所需的脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度控制在2～9? MV/m，脈沖寬度設(shè)定為1～10? μs。在電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定在0.17 MV/m 的情況下，經(jīng)過(guò)12000個(gè)脈沖處理，大腸桿菌細(xì)菌密度將隨之降低，在實(shí)現(xiàn)殺菌消毒的情況下，還能保證食品質(zhì)量，滿足人們需求。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高壓放電技術(shù)憑借自身可以產(chǎn)生高電壓等特點(diǎn)，得到了環(huán)境工程的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物氧化處理，采取氣相脫硝等方式，提高注入功率密度和優(yōu)化聯(lián)合工藝。在高壓放電處理廢水過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用液下放電技術(shù)，達(dá)到液相殺菌，在空氣中放電也能實(shí)現(xiàn)大面積流量高效滅菌，在保證室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)，降低環(huán)境影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]郎興康，李長(zhǎng)勝.基于單色LED的電壓傳感器及其溫度漂移補(bǔ)償[J].激光雜志，2019（08）：26-28.

[2]郭歷謀，羅博，麥瑞坤.基于電場(chǎng)耦合式的電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)電壓優(yōu)化方法[J/OL].電工技術(shù)學(xué)報(bào)：1-10.

[3]王珍鳳.高電壓環(huán)境下snubber電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].皖西學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，32（05）：59-62.

[4]楊路.高電壓環(huán)境下大功率電源設(shè)備信號(hào)傳輸系統(tǒng)[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，26（03）：59-63+90.