高電壓環境工程應用研究關鍵技術問題分析及展望

陳勱　張俊彥

摘要：高電壓技術作為一種通過施加高壓電場形成諸多自由電子及活性物質，可以降低各種環境污染物。本文通過對高壓放電中脫硫、除塵等技術介紹，重點探究高電壓環境工程應用研究關鍵技術，具體如下。

關鍵詞：高電壓環境工程;關鍵技術;展望

在社會快速發展及工業化水平不斷提升的環境下，給人們賴以生存的生態環境帶來嚴重影響，威脅人們今后生存，環境保護和治理成為促進社會發展的重要方式。要想實現生態環境保護和改善，需要加強高效低能技術研發，如高壓放電技術。在高壓放電技術作用下，可以釋放大量高能電子，形成帶電粒子和活性物質，適用于電廠生產中，實現顆粒荷電和物質氧化還原等。因為放電結構比較繁瑣，因此高壓放電技術可以運用在各個場所中，并且還可以和其他技術聯合應用，如針板技術、線板技術等。將高壓放電技術應用到大氣污染治理工程中，可以實現對水源、食品的殺菌處理，給人們提供安全、放心的食物，降低對環境的影響，實現社會和生態環境的和諧發展。

一、高電壓的基本概述

在諸多傳輸系統中，設備之間存在一定傳輸距離，在周圍環境電磁干擾的情況下，將會給信號傳輸帶來直接影響。為了降低干擾影響，保證信號傳輸順利進行，通常采取雙絞線等方式，在對干擾及傳輸距離沒有過高要求的情況下應用，但是針對長距離或者高電壓干擾環境下將無法獲取理想應用效果，甚至埋下諸多安全隱患，如大功率電源設備啟動暫停、各種電弧關閉等，給電信號帶來影響;輸出功率過高，環境溫度變大等，影響電纜應用期限[1]。為了降低影響，不但要保證接地合理，同時還要縮短輸入和輸出之間距離，通過采用高電壓技術，降低干擾帶來的影響，保證信號可以在高電壓干擾環境下順利傳遞。

二、高電壓環境工程應用研究關鍵技術

1. 脫硫脫酸技術

1.1高壓放電氣相脫硫脫硝

從氣相角度來說，在高能電子的作用下，高壓放電可以引發較為繁雜的化學反應，其中包含了自由基反應、離子分子反應等。通過在上述反應作用下，高壓放電可以轉變二氧化硫及碳氧化物形態，從而達到脫硫脫酸的目的。在Veldhuizen E V 等介紹中已經明確表示出氣相中脫硫脫酸反應機理。在二氧化硫脫除過程中，產生的反應物有四種，且每個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反應下進行，通過逆向反應，有效減少轉化功率，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內容。在上個世紀八十年代末，Paur H就已經發現電子束輻射法中脫硫率將會隨著煙氣水蒸氣含量增多而發生變化，在此過程中，發現有兩種反應機理。在氣相反應中，NH3與 SO2的熱化學反應遠遠大于自由基反應。在反應過程中，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脫硫脫酸現象，隨之將其添加到NH3中，脫硫率將會達到99%左右[2]。氣相放電給SO2氣相氧化及吸收熱化學反應都沒有起到促進效果，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 電源應用在氧化液過程中，溶液中有兩種形式，一個是噴霧，另一個是降膜。前者是在空壓機及水泵的作用下，把亞硫酸銨容易進行噴霧處理，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，霧霾顆粒分布呈現出均勻狀態，粒徑比較小，以細粒粒物為主。PM2.5 一般產生于人為因素，如發電、石油生產等過程中將會釋放大量煙塵，在城市交通發展中，交通工具將會產生大量汽車尾氣。電除塵器工作原理在于通過電暈放電形成諸多離子，實現對粒子荷電，讓帶電粒子在電場力驅動下朝著集塵板方向移動，把微粒行氣流中分離出來。電除塵因為自身具備較強的除塵功能，因此成為一種煙氣除塵的主要設備。

2.1電除塵應用

在西方發達國家中，大部分燃煤電廠都采取電除塵設備，出口排放質量濃度通?？刂圃?5mg/m3左右?，F階段，西歐等國家采取電除塵器以后，平均排放質量濃度控制在10mg/m3左右。在我國，為了實現環境治理，也廣泛采用電除塵設備，即便一些國家煤中灰分高，比電阻大，影響電除塵設備應用效果，但是這些國家依舊采用電除塵設備進行環境治理。由于我國在電除塵設備應用上，應用時間比較短，但是其發展效率比較快速[3]。從目前情況來說，我國電除塵設備在加工、生產等方面均領先于國際水平，煤炭電廠是我國電除塵設備應用第一大戶，70%以上的電除塵設備均應用于機組燃煤鍋爐生產中。電除塵設備結構圖見圖2：

2.2電除塵理論依據

在傳統電除塵設備設計過程中，主要是參考Deutsch 公式進行：

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; 表示的顆粒物驅進速度。

在電除塵過程中，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動速度。在實際過程中，各個粒徑的顆粒物在驅動速度上大不相同，所以，Deutsch公式已經無法滿足各級除塵效率計算要求。在電除塵過程中，需要根據分級除塵效率公式進行計算：

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

3. 水處理

隨著工業化發展效率的加快，有機廢水數量增多。常規意義上的水體滅菌工藝將會面臨“三致”性消毒副產物、現場設備繁瑣等問題，不鞥有效提出有機廢水處理西歐熬了。通過把高壓脈沖水處理技術應用其中，通過對有機廢水處理，實現水體消毒，應用范疇廣泛，且不會造成水體污染，能量應用率比較高。當前，在對高壓脈沖技術探究過程中，主要集中于脈沖電源及感應器設計為主。

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，增加活性物質數量。液相放電可以實現水體殺菌處理，利用棒——棒式電極結構，有效提升滅菌率。通過應用水下高壓放電，對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脈沖電場液相殺菌消毒

和傳統滅菌工藝進行比較，脈沖電場在液態失誤滅菌上有著明顯效果，可以降低食品營養物的破壞，更易于食物保存。通過對脈沖電場液相殺菌消毒探究得知，其在脈沖電場強度、注入能量密度等方面有著較強性能。常規滅菌所需的脈沖電場強度控制在2～9? MV/m，脈沖寬度設定為1～10? μs。在電場強度設定在0.17 MV/m 的情況下，經過12000個脈沖處理，大腸桿菌細菌密度將隨之降低，在實現殺菌消毒的情況下，還能保證食品質量，滿足人們需求。

四、結束語

總而言之，高壓放電技術憑借自身可以產生高電壓等特點，得到了環境工程的廣泛應用，可以實現對污染物氧化處理，采取氣相脫硝等方式，提高注入功率密度和優化聯合工藝。在高壓放電處理廢水過程中，通過應用液下放電技術，達到液相殺菌，在空氣中放電也能實現大面積流量高效滅菌，在保證室內環境的同時，降低環境影響。

參考文獻：

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

[2]郭歷謀，羅博，麥瑞坤.基于電場耦合式的電動汽車無線充電技術電壓優化方法[J/OL].電工技術學報：1-10.

[3]王珍鳳.高電壓環境下snubber電源控制系統設計[J].皖西學院學報，2016，32（05）：59-62.

[4]楊路.高電壓環境下大功率電源設備信號傳輸系統[J].洛陽理工學院學報（自然科學版），2016，26（03）：59-63+90.