環(huán)境工程領(lǐng)域的脈沖功率技術(shù)應用論文

　　脈沖功率技術(shù)在我國高新技術(shù)發(fā)展中有著(zhù)重要的應用,同時(shí)其應用范圍也在不斷地擴展,在民用部門(mén)、手工業(yè)、環(huán)境保護等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用,并隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對其的應用技術(shù)也在不斷成熟。隨著(zhù)生活水平和經(jīng)濟水平的上升,環(huán)境問(wèn)題逐漸成為了眾多人關(guān)注的焦點(diǎn),對環(huán)境工程領(lǐng)域中的技術(shù)應用也提出了更高的要求。

　　一、脈沖功率技術(shù)簡(jiǎn)述

　　1.脈沖功率技術(shù)在我國的發(fā)展

　　在國際上對脈沖功率技術(shù)的研究是開(kāi)始于二十世紀三十年代的,到六十年代,該技術(shù)就成為了一個(gè)獨立的發(fā)展學(xué)科,之后美國、日本、俄羅斯等國家都對該技術(shù)開(kāi)始了深入研究。在我國,對脈沖功率的研究是開(kāi)始于二十世紀七十年代末的,我國對它的研究是開(kāi)始于“高功率電子束發(fā)器的研究”,“1979年北京高能物理所建成了當時(shí)我國最大的強流脈沖電子束加速器閃光—I,應用于射線(xiàn)模擬源”,隨之而來(lái)的是對脈沖功率技術(shù)研究的高潮,層出不窮的強流脈沖電子加速器逐漸建成,進(jìn)而為我國當時(shí)高新技術(shù)的研究,如準分子激光、集體離子加速、閃光射線(xiàn)照相、電磁軌道炮以及高功率微波等提供了很好的研究條件。

　　脈沖功率技術(shù)發(fā)展

　　(1)脈沖功率裝置

　　通常來(lái)講,脈沖功率的裝置包括以下幾個(gè)部分,如圖所示:

　　圖一:脈沖功率裝置圖示

　　(2)高功率脈沖發(fā)展方向

　　當前,高功率脈沖的主要發(fā)展方向有以下幾方面,第一,元件儲能密度還需要提高。隨著(zhù)電容制造技術(shù)的提高以及分子工程技術(shù)的廣泛應用,為儲能元件儲能密度的提高提供了發(fā)展條件,同時(shí)脈沖電容器儲能空間也能夠得到一定提升,這就有利于緩解大體積、大重量給脈沖功率系統帶來(lái)的不良影響。根據不同器件電氣強度極限值不同,其要求的儲能密度也是不同的。但是,無(wú)論密度要求如何,電容的儲能密度要遠遠低于電感儲能密度,所以,不僅在我國,在國際上對這種電感儲能高功率脈沖電源的研究也非常重視。第二、發(fā)展重復高功率脈沖。原來(lái)我國應用多是單次的脈沖功率技術(shù),這種技術(shù)主要是為我國國防科學(xué)研究提供服務(wù),應用范圍與社會(huì )發(fā)展的要求產(chǎn)生了不可避免的矛盾,所以,為了適應民用、工業(yè)以及新興領(lǐng)域對脈沖功率的要求,必須要發(fā)展重復頻率高且具有平均功率的脈沖功率技術(shù)。第三、高頻、大功率開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究。開(kāi)關(guān)元件的相關(guān)參數對脈沖功率系統的整體都存在著(zhù)一定的影響,這也決定了開(kāi)關(guān)元件技術(shù)是脈沖功率技術(shù)中重點(diǎn)技術(shù)之一。隨著(zhù)社會(huì )科技的發(fā)展以及應用要求的提高,同時(shí),大功率全控型的產(chǎn)品器件被大量生產(chǎn)并且產(chǎn)品化,為開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展研究提供了可靠的器件基礎,為此“高重復率脈沖電源轉換開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)的串聯(lián)均壓技術(shù)被大量使用在脈沖電源中,并取得了較為理想的結果”。第四,脈沖電源多元化發(fā)展。脈沖功率應用范圍的擴展給脈沖電源的技術(shù)標準提出了更高的要求,所以在未來(lái)的研究中要加大對脈沖電源多元化的發(fā)展,比如低成本化、小型化、多樣化等。第五,脈沖功率電源超高功率輸出技術(shù)。近些年“高電壓大功率多電平逆變技術(shù)”的發(fā)展為超高功率的輸出技術(shù)的發(fā)展有著(zhù)重要的意義。

　　二、環(huán)境工程領(lǐng)域脈沖功率技術(shù)的應用

　　1.脈沖功率技術(shù)在除塵中的應用

　　傳統的除塵系統中在集塵極和放電極之間是使用直流的高壓電源,這就導致了在除塵中出現了一些問(wèn)題,比如,除塵的效率受到粉塵比電阻限制比較嚴重。在高比電阻之下,粉塵的導電率是非常小的,所以粉塵就容易在集塵極端積聚,一旦粉塵集中太多就會(huì )很多電荷無(wú)法通過(guò)集塵極釋放,進(jìn)而也就導致了集塵層電勢升高而產(chǎn)生電暈,相反極離子就會(huì )被動(dòng)的進(jìn)入電暈場(chǎng),最終會(huì )導致粉塵吸收率嚴重下降。而在比電阻比較小的情況下,電阻率就會(huì )比較高,負電荷和其轉帶的正電荷就會(huì )被大量釋放入集塵極,同時(shí)因為電場(chǎng)力的存在,就導致了氣流的進(jìn)入,之后這一過(guò)程會(huì )重復進(jìn)行,所以說(shuō),在這種情況下,除塵效果也不是很理想。

　　那么,若脈沖功率技術(shù)應用于除塵系統當中,就會(huì )解決以上的麻煩。高壓脈沖所制造的電暈流能夠貫穿兩級之間,這樣就會(huì )使得在高比電阻情況下,積塵層被擊穿,能夠通過(guò)電荷的釋放來(lái)抑制反電暈的發(fā)生,進(jìn)而提高除塵效率。除此之外,脈沖電暈能夠在放點(diǎn)空間之內產(chǎn)生很多高能電子,它是一種氣體成分,能夠產(chǎn)生活性粒子,此時(shí),除塵器除了吸塵之外還能消除粉塵攜帶的SO2以及有機物分子等,起到了凈化空氣,環(huán)境保護的作用。在相等的電壓之下,應用脈沖功率技術(shù)中的高壓脈沖電源,能夠比直流電源的使用跟家節省能量,凈化空氣、節能環(huán)保,是該技術(shù)應用的環(huán)境保護效果,這也是該技術(shù)被大量應用于環(huán)境工程領(lǐng)域的重要原因。

　　2.脈沖功率技術(shù)在廢水處理中的應用

　　由高壓脈沖電源輸出的電壓波形有著(zhù)前沿比較陡,脈沖比較窄的特點(diǎn),如果將其施加在液相內部的非平衡電極中間,很容易引起處理對象的分子發(fā)生結構性的改變,其中,質(zhì)量輕的電子在獲得一定的能量之后就會(huì )變成高能的自由電子,在這種高能的自由電子運動(dòng)時(shí),會(huì )與其他分子發(fā)生碰撞,也就會(huì )導致水相化學(xué)過(guò)程的發(fā)生,會(huì )產(chǎn)生水等活性的物質(zhì),從而能夠降解污水中的各種有機物。在發(fā)生這些電化學(xué)反應過(guò)程中,因為分子被電離了,電子的躍遷會(huì )產(chǎn)生很多的物理效應,比如說(shuō)超聲波的產(chǎn)生、沖擊波的產(chǎn)生等,而這些物理效應也會(huì )有力的降解有機物。

　　首先,電子輻射作用的產(chǎn)生。在廢水中會(huì )有很多的分子和原子,而脈沖電源放電會(huì )導致很多等離子體產(chǎn)生,而這些等離子體中又含有高能電子,這些電子會(huì )與廢水中的分子發(fā)生碰撞,會(huì )產(chǎn)生很多活性粒子,比如過(guò)氧自由基、雙氧水、水合電子、水合氫離子等。其次,會(huì )產(chǎn)生臭氧氧化反應。臭氧是一種強氧化劑,在水中的氧化途徑如公式所示:

　　再次,紫外光線(xiàn)的分解作用。在脈動(dòng)電源放電過(guò)程中能夠產(chǎn)生一些紫外光線(xiàn),這些紫外光線(xiàn)對有害物質(zhì)有分解作用。最后,能夠產(chǎn)生超聲波作用。液相的超聲波能夠產(chǎn)生很多的空化氣泡,這些氣泡能夠裂解形成高壓和局部的高溫狀態(tài),這樣就會(huì )產(chǎn)生氫自由基,同時(shí),超聲波還能夠分解水中所含有的溶解氧。

　　污水處理中尤其是有機污水處理中的脈沖電源的能量利用率相對來(lái)說(shuō)比較高,控制起來(lái)也比較方便,還不會(huì )產(chǎn)生二次污染,比較清潔,在環(huán)保工程領(lǐng)域中的應用具有較強的優(yōu)勢,發(fā)展空間也比較廣闊。

　　三、結束語(yǔ):

　　其實(shí),脈動(dòng)功率技術(shù)是電力技術(shù)中的一部分,擁有比較強的高效節能作用。也正是因為其有著(zhù)快放慢充的獨特特性,使其成為了非平衡態(tài)等離子產(chǎn)生的有效手段之一,這也恰恰適應了近些年社會(huì )發(fā)展的新要求,為環(huán)境保護工程做出了很多的貢獻,在除塵方面、廢水處理方面都有著(zhù)重要的作用,推動(dòng)了破壞環(huán)境的重要因素——廢水的處理高效化實(shí)現。本文只是簡(jiǎn)單的從幾個(gè)方面進(jìn)行了論述,還望能夠為實(shí)踐活動(dòng)提供幫助。

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