[發明專利]一種納秒高壓脈沖電源、臭氧發生器和靜電除塵器

在審

• 申請號: 202010858449.7
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112054786A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 李敏;羅海云;張波;楊坤;郇慶超;范曉靜;鄒曉兵;王新新
• 申請（專利權）人: 山東神華山大能源環境有限公司;清華大學
• 主分類號: H03K3/36
• 分類號: H03K3/36;H03K17/56
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;金淼

本發明涉及高壓脈沖電源技術領域，具體涉及一種納秒高壓脈沖電源、臭氧發生器和靜電除塵器，解決了現有技術中納秒脈沖電源存在脈沖輸出特性不能滿足需求、可靠性差、結構復雜、成本高且技術難度大、缺乏經濟性的問題；所述納秒高壓脈沖電源包括疊加的多個直線變壓器驅動源模塊，與所述多個直線變壓器驅動源模塊連接的觸發控制模塊；所述觸發控制模塊用于發送觸發信號到每個直線變壓器驅動源模塊；所述直線變壓器驅動源模塊用于響應觸發信號輸出脈沖電源信號；本發明用于臭氧發生器，解決其生產效率低、電力能耗高、經濟性較差的問題；用于靜電除塵器，可實現直流疊加納秒高壓脈沖輸出，從而實現多種煙氣污染物的一體化脫除。

技術領域

本發明涉及高壓脈沖電源技術領域，特別地涉及一種納秒高壓脈沖電源、基于該納秒高壓脈沖電源的臭氧發生器和靜電除塵器。

背景技術

臭氧具有極強的氧化能力，氧化的條件要求較低，并且不會造成二次污染，因此被廣泛應用于水凈化、醫療設備及餐具消毒、食品加工等領域。近年來，隨著煙氣污染物排放標準不斷提高，對于綠色、環保、安全、經濟的污染物治理技術的追求，臭氧在煙氣污染物處理方面的應用越來越廣泛，利用其強氧化性用于燃煤電廠的硫、氮氧化物，汞等多種污染物的聯合脫除，臭氧具有非常廣闊的應用前景。

當前，臭氧的制備方法有四種，分別是放射化學法、電解法、紫外線照射法、介質阻擋放電法，其中，使用最廣泛的是介質阻擋放電法，利用該方法可以大規模地制備臭氧，也是目前工業化制備臭氧最主要的方法。制備臭氧通過臭氧發生器生成臭氧，其工作原理是在臭氧反應器的正、負放電電極之間覆蓋絕緣介質，比如玻璃、陶瓷或搪瓷等，采用高頻交流電源，通過交變的電場在電極間隙中形成大量隨機的微放電，微放電中產生大量的帶電粒子，這些帶電粒子和氧氣或空氣發生作用便生成臭氧。

現有臭氧發生器中，廣泛使用的電源是高頻交流電源，其電路原理是將電網輸入的工頻交流電整流，然后逆變成高頻交流電壓，再經過高頻變壓器升壓輸出頻率為0.4～20kHz，電壓為3～20kV的高頻高壓交流電。這種采用高頻交流電源驅動臭氧反應器發生交流介質阻擋放電產生臭氧的臭氧發生器，產生臭氧的機理是高能電子與氧氣分子O₂碰撞分解產生氧原子O，氧原子O與氧氣分子結合形成臭氧O₃，因此對臭氧生成有貢獻的是電子能量；交流介質阻擋放電由于高電壓的作用時間持續，導致離子在電場中被加速運動，因此浪費了大量的無效能量在離子的運動上，存在臭氧生產效率低的問題；而且，離子運動速度加快會產生大量的熱量，約90％的能量都用于發熱，如果不進行冷卻，生成的臭氧會因為溫度過高而大量分解，通常需要水冷卻裝置，因此又存在電力能耗高、需要復雜的冷卻裝置等問題，從而導致制備臭氧的成本偏高，經濟效益差，低效耗能。

目前，有一些方案通過采用微秒脈沖電源來解決上述問題，比如專利號為CN201410015563.8、名稱為“一種基于雙極性脈沖電源的臭氧發生系統”的發明專利，包括氣源、臭氧發生器、冷卻裝置、以及向臭氧發生器供電的雙極性脈沖電源，通過采用雙極性脈沖電源為供電電源，避免傳統電源大部分能量的振蕩損耗，提高臭氧反應器的能量注入，快速建立強電場，減少臭氧發生器放電管的發熱量，以此提高臭氧產量和臭氧生成能效。這種雙極性脈沖電源的脈沖寬度為微秒級，脈寬為10～200μs，脈沖頻率為0.05～20kHz，輸出功率為0～10kW，但這還不能滿足臭氧發生器的百納秒級窄脈寬、30kV高峰值電壓和1kHz以上高重復頻率的參數要求。

另一方面，我國燃煤電廠燃煤發電機組的煙氣污染物控制技術正朝著“超低排放”的方向發展，“超低排放”的排放限值為在基準氧含量6％條件下，煙塵、SO₂、NO_x排放濃度分別不高于10、35、50mg/m³，未來環保標準和排放控制標準將日趨嚴格，對燃煤電廠煙氣污染物的脫除技術提出了更高的要求。當前采用的煙氣污染物脫除方法是針對每種污染物采取單獨的脫除技術，如采用靜電除塵器進行除塵、采用選擇性催化還原技術進行煙氣脫硝、采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術進行脫硫，這種設備各自獨立的脫除技術存在設備結構復雜、運行維護成本高、能耗高的問題。