CN102970811B - 传输线型脉冲电场电晕放电反应器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电晕放电反应器领域，特别是涉及一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器及制作方法。本发明克服现在应用于工业***的脉冲电场电晕放电反应器固有的结构电容量大，无法在反应器上产生百纳秒量级脉冲宽度的脉冲电场的缺点，提供一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器及制作方法，使反应器能够馈入脉冲宽度更短的脉冲电压，在反应器上建立起更大的脉冲电场强度，产生更好的脱硫脱硝和除尘效果。本发明根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X确定N级高压电极首尾分别通过电气连接器进行连接。本发明主要应用于反应器设计领域。
Description
技术领域
本发明涉及电晕放电反应器领域，特别是涉及一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器及制作方法。
背景技术
随着我国工业化进程的高速发展，有机废气的排放量越来越增大，使得大气污染状况持续恶化成为目前全球十大环境问题之一。以往传统的治理方法主要有：吸附法、吸收法、燃烧法、氧化法等。随着污染物成份的复杂化、大流量、浓度高等特点，这些技术都存在着净化效率低、或运行费用高、或易造成二次污染等缺点。相对于传统治理方法，低温等离子体处理技术因超传统工艺而备受关注。产生低温等离子体的方式较多，包括辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电和射频放电等。通过实际应用来看，电晕放电和介质阻挡放电在废气治理领域应用的最为广泛。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。具有装置简单，运行成本低，有害污染清除彻底，不产生二次污染等优点。
目前，应用于工业***的脉冲电场电晕放电反应器高压电极采用并联方式连接，其固有的结构电容量达到上百纳法，表现形式为集中参数，这样大的电容量使得无法在反应器上产生百纳秒量级脉冲宽度的脉冲电场。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现在应用于工业***的脉冲电场电晕放电反应器固有的结构电容量大，无法在反应器上产生百纳秒量级脉冲宽度的脉冲电场的缺点，提供一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器及制作方法，使反应器能够馈入脉冲宽度更短的脉冲电压，在反应器上建立起更大的脉冲电场强度，产生更好的脱硫脱硝和除尘效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器制作方法包括
步骤1：根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N，N为正整数：
N=L/X （1）；
步骤2：通过高压脉冲发生器在第一级高压电极首端馈入高压脉冲信号，并对第一级高压电极尾端输出高压脉冲信号波形进行监控，调节使得馈入高压脉冲信号波形与输出高压脉冲信号波形不发生畸变，使得第一级高压电极与外壳之间构成均匀传输线；所述第一级高压电极首端接高压脉冲发生器，为输入端口；
步骤3：重复步骤2依次将其余N-1级高压电极与第一级高压电极首尾依次串联级联，所述N级串联高压电极首尾分别通过电气连接器进行连接，使得N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线，所述N级串联高压电极放置与外壳内，所述第N级高压电极尾端为输出端口。
所述步骤1中高压电极总长度L确定具体步骤是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在N级串联的高压电极中传输信号过程中许可衰减量，单位是dB，所述Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m。
所述步骤1中每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：通过公式（3）可得高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是V/m，k为大于1的安全系数；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X长度：
X=H-2*（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
所述步骤3中N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线的具体过程是从输入端口处通过高压脉冲发生器馈入高压脉冲信号，采用示波器测量输入端口和输出端口的波形，若是输入端口和输出端口的高压脉冲信号没有发生畸变，则N级串联的高压电极和外壳之间构成均匀传输线
传输线型脉冲电场电晕放电反应器包括
N级高压电极，用于传输高压信号，其N级高压电极依次首尾串联形成N级串联高压电极；
电气连接器，用于将所述N级高压电极首尾分别依次连接；
外壳，用于接地，所述N级串联的高压电极放置于外壳内。
所述N级高压电极级数的确定是根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N：
N=L/X （1）。
所述总长度L是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在高压电极传输信号过程中许可衰减量，单位是dB；Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m。
所述每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：: 通过公式（3）确定高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是V/m，k为大于1的安全系数；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X长度：
X=H-2*（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
将反应器的高压电极按照串联方式联结，让反应器在电路拓扑结构中等效为具有固定阻抗的脉冲传输线。使其上百纳法的固有的结构电容，表现形式成为分布参数，而不是集中参数，就排除了庞大的结构电容量对脉冲电源的影响，从而可以在反应器上产生百纳秒量级脉冲宽度的脉冲电场。脉冲电场施加在反应器上的时间越短，脉冲电场的电场强度就可以越高，反应器的工作效果就越好。通过这种传输线型脉冲电场电晕放电反应器设计，可以使反应器和脉冲电源之间的电气联结成为等阻抗传输线传输方式，脉冲电压在等阻抗传输线中传输，脉冲电压的脉冲前沿和脉冲宽度不发生大的畸变，可以保证脉冲能量能够有效注入放电反应器中。
所述脉冲传输线型纳秒脉冲电场电晕放电反应器的电气绝缘结构设计方法，将所有的高压放电电极首尾依次串联。可以使反应器和脉冲电源之间的电气联结成为等效匹配负载形式；有效保证馈入反应器中的脉冲电压的脉冲前沿和脉冲宽度不发生大的畸变；使脉冲能量能够有效注入放电反应器中；在反应器上建立起更大的脉冲电场强度，产生更好的脱硫脱硝和除尘效果。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的具体电气连接示意图。
图中：1-外壳 2-输入端口 3-输出端口
4-电气连接器 5-高压电极。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明相关说明
1、脉冲电压幅值是需要在高压电极上传输的信号幅值。
2、许可衰减量是脉冲电压幅值在高压电极传输过程电压信号衰减量。
3、所述步骤2中N级高压电极与外壳之间构成均匀传输线的具体过程是从输入端口处通过高压脉冲发生器馈入高压脉冲信号，采用示波器测量输入端口和输出端口的波形，若是输入端口和输出端口的高压脉冲信号没有发生畸变，则N级串联的高压电极和外壳之间构成均匀传输线。均匀传输线指的是传输线在一段长度内，可以认为其参数处处相同。
4、反应器和高压脉冲电源之间的电气连接为等效匹配负载使得传输信号不发生畸变的原理，依据《强电流脉冲放电技术》，作者韩旻，清华大学出版社出版，P175-183页可知。
5、根据N级串联高压电极的特性阻抗，设计对应特性阻抗的高压脉冲电源，使得反应器和高压脉冲电源之间的电气连接为等效匹配负载。即高压脉冲电源的阻抗与其中测试反应器的特性阻抗相等，反应器的特性阻抗测试方法：采用阻抗为Z1的方波脉冲发生器，为反应器馈入电压幅值为U1的方波脉冲，测试反应器上的电压幅值为U2，则根据公式（5）得到反应器的阻抗为Z2。
Z2=U2Z1/(2U1－U2) （5）
实施例一：一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器制作方法，其特征在于包括
步骤1：根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N，N为正整数：
N=L/X （1）；
步骤2：通过高压脉冲发生器在第一级高压电极首端馈入高压脉冲信号，并对第一级高压电极尾端输出高压脉冲信号波形进行监控，调节使得馈入高压脉冲信号波形与输出高压脉冲信号波形不发生畸变，使得第一级高压电极与外壳之间构成均匀传输线；所述第一级高压电极首端接高压脉冲发生器，为输入端口；
步骤3：重复步骤2依次将其余N-1级高压电极与第一级高压电极首尾依次串联级联，所述N级串联高压电极首尾分别通过电气连接器进行连接，使得N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线，所述N级串联高压电极放置与外壳内，所述第N级高压电极尾端为输出端口。
实施例二：在实施例一基础上，所述步骤1中高压电极总长度L确定具体步骤是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在N级串联的高压电极中传输信号过程中许可衰减量，单位是dB，所述Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m。
实施例三：在实施例一或二基础上，所述步骤1中每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：通过公式（3）可得高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是V/m，k为大于1的安全系数；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X长度：
X=H-2*（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
实施例四：如图1所示，在实施例一直三之一基础上，所述步骤3中N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线的具体过程是从输入端口处通过高压脉冲发生器馈入高压脉冲信号，采用示波器测量输入端口和输出端口的波形，若是输入端口和输出端口的高压脉冲信号没有发生畸变，则N级串联的高压电极和外壳之间构成均匀传输线。
实施例五：在实施例一基础上，传输线型脉冲电场电晕放电反应器包括N级高压电极，用于传输高压信号，其N级高压电极依次首尾串联形成N级串联高压电极；电气连接器，用于将所述N级高压电极首尾分别依次连接；外壳，用于接地，所述N级串联的高压电极放置于外壳内。
实施例六：在实施例五基础上，所述N级高压电极级数的确定是根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N：
N=L/X （1）。
实施例七：在实施例四或五或六基础上，所述总长度L是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在高压电极传输信号过程中许可衰减量，单位是dB；Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m。
实施例八：在实施例六基础上，所述每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：通过公式（3）确定高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是V/m，k为大于1的安全系数；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X长度：
X=H-2*（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
实施例九：在实施例一至八基础上，举例说明反应器的设计过程：
步骤1：根据脉冲电压幅值在传输线上的许可衰减量确定高压放电电极的总长度L(假设电压的许可衰减量为0.5dB，而高压电极测试的衰减量为每米0.005dB/m，则高压电极的总长度L为100米。)
步骤2：根据反应器的具体尺寸确定每一级高压电极的长度X（假设设计的工作场强为1000kV/m，工作电压为150kV，安全系数取2，绝缘耐压距离=2×150kV/1000kV/m=0.3m）。连接器的高度为0.2m，反应器高5m，则高压电极长度X=反应器高－2×（绝缘耐压距离+连接器高度）=5－2×（0.3+0.2）=4m。（乘以2是高压电极的上下两端都应与外壳之间保持相同的安全距离）。
步骤3：高压电极级数的确定是根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N：N=L/X=100/4=25。
步骤4：通过高压脉冲发生器在第一级高压电极首端馈入高压脉冲信号，并对第一级高压电极尾端输出高压脉冲信号波形进行监控，调节使得馈入高压脉冲信号波形与输出高压脉冲信号波形不发生畸变，使得第一级高压电极与外壳之间构成均匀传输线；重复上述步骤依次将其余N-1级高压电极与第一级高压电极首尾依次串联级联，使得N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线。
步骤5：测试N级串联高压电极后与外壳之间的特性阻抗，设计对应特性阻抗的高压脉冲电源，使得反应器和高压脉冲电源之间的电气连接为等效匹配负载。即高压脉冲电源的阻抗与其中测试反应器的特性阻抗相等，（假设采用阻抗为50Ω的方波脉冲发生器，为反应器馈入电压幅值为10V的方波脉冲，测试反应器输出的电压幅值为10V，则根据公式（5）得到反应器的阻抗为Z2。
Z2=10V×50Ω/(2×10V－10V)=50Ω。设计高压脉冲电源，使其输出阻抗为50Ω，则反应器和高压脉冲电源之间的电气连接为等效匹配负载。）
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.一种传输线型脉冲电场电晕放电反应器制作方法，其特征在于包括
步骤1：根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N，N为正整数：
N=L/X （1）；
步骤2：通过高压脉冲发生器在第一级高压电极首端馈入高压脉冲信号，并对第一级高压电极尾端输出高压脉冲信号波形进行监控，调节使得馈入高压脉冲信号波形与输出高压脉冲信号波形不发生畸变，使得第一级高压电极与外壳之间构成均匀传输线；所述第一级高压电极首端接高压脉冲发生器，为输入端口；
步骤3：重复步骤2依次将其余N-1级高压电极与第一级高压电极首尾依次串联级联，所述N级串联高压电极首尾分别通过电气连接器进行连接，使得N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线，所述N级串联高压电极放置于外壳内，所述第N级高压电极尾端为输出端口；
所述步骤1中高压电极总长度L确定具体步骤是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在N级串联的高压电极中传输信号过程中许可衰减量，单位是dB，所述Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m；所述步骤3中N级串联高压电极与外壳之间构成均匀传输线的具体过程是从输入端口处通过高压脉冲发生器馈入高压脉冲信号，采用示波器测量输入端口和输出端口的波形，若是输入端口和输出端口的高压脉冲信号没有发生畸变，则N级串联的高压电极和外壳之间构成均匀传输线；所述步骤1中每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：通过公式（3）可得高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是kV/m，k为大于1的安全系数；Vcc为工作电压，单位为kV；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X：
X=H-2（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
2.根据权利要求1所述方法制作的传输线型脉冲电场电晕放电反应器，其特征在于包括
N级高压电极，用于传输高压信号，其N级高压电极依次首尾串联形成N级串联高压电极；
电气连接器，用于将所述N级高压电极首尾分别依次连接；
外壳，用于接地，所述N级串联的高压电极放置于外壳内；
所述N级高压电极级数的确定是根据高压电极总长度L及每级高压电极长度X，按照公式（1）确定高压电极总级数N：
N=L/X （1）；
所述总长度L是根据公式（2）计算高压电极总长度L：
L=P/Q （2）
其中P是脉冲电压幅值在高压电极传输信号过程中许可衰减量，单位是dB；Q是每米高压电极传输信号的衰减量，单位是dB/m；所述每级高压电极长度X的确定，具体步骤：
步骤11：通过公式（3）确定高压电极与外壳之间的绝缘耐压距离S：
S=k*Vcc/E （3）
其中E是工作场强，单位是kV/m，k为大于1的安全系数；Vcc为工作电压，单位为kV；
步骤12：则根据公式（4）得到高压电极长度X：
X=H-2（S+M） （4）
其中H是反应器高度，单位是m，M是电气连接器高度，单位是m。
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| Title |
|---|
| 电晕线串并联的脉冲电晕放电特性;何正浩 等;《高电压技术》;20010228;第27卷(第1期);47-49 * |
| 脱硫用重复频率脉冲电源设计;谢敏 等;《强激光与粒子束》;20020531;第14卷(第3期);434-436 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102970811A (zh) | 2013-03-13 |
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