高壓(HV)放電技術(shù)通過施加高壓電場來產(chǎn)生大量自由電子和活性物質(zhì),使之能控制和去除環(huán)境污染物。為此,介紹了高壓放電在脫硫、脫硝、除塵、揮發(fā)性有機氣體(VOCs)去除、臭氧發(fā)生、水處理和滅菌等方面的應(yīng)用。高壓放電脫硫脫硝采用流光電暈形式在氣相或異相中氧化氣態(tài)污染物,后者效率高于前者。隨其處理風量的不斷增加,應(yīng)研發(fā)脈沖電源和交直流疊加(AC/DC)電源以提高反應(yīng)器能量密度和脫除能力。靜電除塵技術(shù)發(fā)展歷史長,其除塵能力進一步的提高受到本體設(shè)計不合理、電源技術(shù)落后和2次揚塵等問題的限制。以電除塵指數(shù)取代傳統(tǒng)Deutsch公式,并指導(dǎo)本體設(shè)計選型和電源優(yōu)化,能有效提高除塵效率。高壓放電還可用于臭氧發(fā)生,短脈沖電源研發(fā)、氣源組分添加和裝置冷卻是其研發(fā)重點。高壓放電能處理VOCs和污染廢水,前者以放電結(jié)合催化為主,后者則兼有液下和沿面放電,目前仍需提高能量利用效率。放電除了能殺滅微生物外,還能在保持活性的前提下收集微生物。高壓放電技術(shù)仍需向工業(yè)示范和聯(lián)用發(fā)展。
【部分圖文】：

夠引發(fā)復(fù)雜的化學反應(yīng)，包括自由基反應(yīng)、離子分子反應(yīng)、受激粒子反應(yīng)和自發(fā)化學反應(yīng)等。借助上述反應(yīng)過程，高壓放電能夠改變二氧化硫和氮氧化物的價態(tài)，進而實現(xiàn)脫硫脫硝。VeldhuizenEV等詳細描述了氣相中脫硫脫硝的反應(yīng)機制[2]。二氧化硫的脫除途徑有4種，每分子氣相氧化能耗較高，約為40eV。氮氧化物的脫除則主要依靠自由基和熱化學反應(yīng)，眾多逆向反應(yīng)都會降低轉(zhuǎn)化效率，增加能耗[3]。等離子體氧化多采用電暈放電，它包括流光電暈放電(以下簡稱流光電暈)和輝光電暈放電(以下簡稱輝光電暈)這2種形態(tài)，如圖1所示[4]。流光電暈的氧化性高于輝光電暈。輝光電暈以離子電流為主，放電區(qū)域局限在高壓電極附近，自由基產(chǎn)量低，且容易隨極距變化而轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌烹娦螒B(tài)，不利于氣態(tài)污染物的氧化。在能量密度為1.35Wh/m3的條件下，輝光電暈幾乎不能將NO氧化為NO2；而在同樣能量密度的條件下，1次流光(onsetstreamer)電暈的轉(zhuǎn)化效率可達60%[5]。在工業(yè)應(yīng)用中，只有產(chǎn)生穩(wěn)定大面積的流光電暈，才能有效處理和氧化硫、氮氧化物。直流高壓系統(tǒng)中電壓變化速率低，峰值電場強度也不足以維持流光電暈通道。因此正極性直流電源僅能作為離子源而非自由基發(fā)生源，難以控制其放電規(guī)模并產(chǎn)生大面積流光電暈。但當電壓擾動速率>0.2kV/μs時，輝光電暈開始向流光電暈轉(zhuǎn)變[6]。脈沖電源和AC/DC電源都能產(chǎn)生足夠的電壓擾動，從而保持電暈放電。脈沖電源多用于氣相放電氧化過程，而AC/DC電源則多用于液相氧化。AC/DC電源在直流基壓上疊加交流電壓(頻率為10~100Hz)，此時流光電暈?zāi)軌虺掷m(xù)發(fā)生，維持電壓范圍擴大，受間距的影響也不明顯。20世紀80年代初，意大利國家電力公司(EnteNazionaleperl'EnergiaeLettrica,ENEL)?

2532高電壓技術(shù)2015,41(8)圖24種低溫等離子體脫硫脫硝的工藝流程示意圖Fig.2Diagramofdifferentnon-thermaldesulfurizationanddenitrationprocessesS(Ⅳ)和N(Ⅱ)的價態(tài)，使之轉(zhuǎn)化為易于被捕集吸收的形態(tài)。在氣相中，流光電暈放電和介質(zhì)阻擋放電均可高效氧化N(Ⅱ)，2者氧化S(Ⅳ)時則效率低、能耗高。因此，放電氧化S(Ⅳ)的主要途徑是異相氧化，通過放電引發(fā)液相鏈反應(yīng)[24]或NO2與SO32–的反應(yīng)將S(Ⅳ)轉(zhuǎn)化為S(Ⅵ)�；跉庀嘌趸疦(Ⅱ)和異相氧化S(Ⅳ)的原理，高壓放電脫硫脫硝的工藝流程應(yīng)為氣相放電結(jié)合吸收劑添加和異相氧化，吸收劑可在放電裝置上游或下游投加，如常見的脈沖放電上游投加NH3吸收劑以及濕式高壓放電反應(yīng)器中循環(huán)亞硫酸鹽溶液等形式。除選擇正確的工藝外，高壓放電脫硫脫硝應(yīng)提高能量效率和降低能耗。短脈沖電源、交直流疊加電源以及電源與負載的匹配，是高效產(chǎn)生流光電暈或臭氧的主要途徑。2電除塵霧霾主要成分有SO2、NOx和可吸入顆粒物(PM10)。霧霾顆粒物分布均勻、粒徑較孝以細顆粒物(PM2.5)為主。PM2.5主要來自人為源，如發(fā)電、冶金、石油、化工等工業(yè)過程的煙塵排放和交通工具的尾氣排放。電除塵器利用電暈放電產(chǎn)生的大量離子對粒子荷電，并使帶電粒子在電場力的驅(qū)動下移向集塵板，從而將微粒從氣流中分離出來。電除塵器由于具有除塵效率高、阻力孝能耗低、能處理高溫和大煙氣量的氣體、無2次污染等優(yōu)點，所以一直是煙氣除塵的主流設(shè)備[25]。2.1電除塵的應(yīng)用歐、美、日等發(fā)達國家和地區(qū)的燃煤電廠主要采用電除塵器，出口排放質(zhì)量濃度一般為20～30mg/m3。如歐盟燃煤電廠采用電除塵器除塵的約占85%，目前西歐采用電除塵器后平均排放質(zhì)量濃度<10mg/m3；美國采?

緦饜⒍悅褐直?化敏感等問題。（2）高壓電源技術(shù)落后。目前普遍采用的單相高壓電源與電除塵器本體不匹配，運行電壓低、紋波系數(shù)大。當?shù)?電場中粉塵負荷過大時，電暈放電會受到抑制，除塵效率降低，后續(xù)電場的除塵負荷也被提高。此外，單相高壓電源峰值電流較大，不利于快速關(guān)斷火花放電以恢復(fù)電壓。（3）細顆粒物收塵機理缺乏研究。電除塵器前端電場主要捕集大顆粒物，其效率由靜電力和Stocks阻力決定；大多發(fā)生在末端電場中主要發(fā)生細顆粒物捕集，其效率不僅受荷電量影響，而且與氣流分布和離子風有關(guān)[31]。圖3為利用2D–PIV可視化流場分析技術(shù)測得的線板式電除塵器中的流場分布。離子風引起了流場中的渦旋，嚴重降低了細顆粒物的捕集[32]。在電除塵器中，合理的氣流分布應(yīng)使顆粒物在遠離收塵極區(qū)域的速度較高，以使顆粒物能夠快速地到達收塵極；而在收塵極附近區(qū)域時，氣流速度趨近于0，以使顆粒物沉積到極板上，避免2次揚塵。圖3線–板式電除塵器內(nèi)流場的分布Fig.3Flowfieldwithinwire-plateESP（4）燃煤的種類復(fù)雜、變化快，因此電除塵器內(nèi)的電暈放電很難控制，特別是高比電阻粉塵造成的反電暈現(xiàn)象。此外，很難合理地控制各電場的振打強度和時序，容易造成2次揚塵。2.3電除塵的新理論傳統(tǒng)電除塵器的設(shè)計選型也是根據(jù)Deutsch公式來完成，如式(1)所示1exp()VAqη=ω(1)式中：η為總除塵效率；A為收塵極板面積；qV為煙氣體積流量；ω為顆粒物的驅(qū)進速度。Deutsch公式基于2點假設(shè)：①在電除塵器內(nèi)的任意斷面上，所有顆粒物均充分荷電并均勻分布；②所有顆粒物均具有相同的驅(qū)進速度。實際上，各級粒徑的顆粒物驅(qū)進速度各不相同，因此Deutsch公式不適于分級除塵效率的計算。在電除塵中試實驗

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