分區(qū)激勵(lì)式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和國(guó)際貿(mào)易不斷發(fā)展，各大港口船舶壓載水排放量也逐年增加，船舶壓載水中攜帶大量外來生物，使我國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境面臨越來越大的外來生物入侵壓力。利用基于大氣壓強(qiáng)電場(chǎng)放電的高級(jí)氧化技術(shù)是一種安全有效的壓載水處理方法，該方法的核心是研制能夠連續(xù)、規(guī)模、高效制備活性氧粒子的發(fā)生裝置。傳統(tǒng)規(guī)模化活性氧粒子發(fā)生裝置，由于存在幾何尺度放大效應(yīng)，致使放電體系難以在數(shù)千赫茲以上的高頻下運(yùn)行。而較低的激勵(lì)頻率使活性氧粒子發(fā)生裝置存在體積過大、

2、效率低、產(chǎn)率難以提高等問題。基于高級(jí)氧化處理壓載水技術(shù)要求，依據(jù)大氣壓強(qiáng)電場(chǎng)放電規(guī)模化制備高濃度活性氧粒子的技術(shù)路線，開展了分區(qū)激勵(lì)式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列研究，結(jié)果表明:
　　(1)利用大氣壓非對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電，在高激勵(lì)電壓下可以產(chǎn)生微流注與微類輝光交替促成放電模式，微流注存在于激勵(lì)電壓的正半周期，微類輝光存在于激勵(lì)電壓的負(fù)半周期，微流注頭部動(dòng)態(tài)強(qiáng)電場(chǎng)與微類輝光陰極位降區(qū)持續(xù)強(qiáng)電場(chǎng)在放電間隙內(nèi)的協(xié)同作用，增強(qiáng)了放

3、電間隙內(nèi)局部強(qiáng)電場(chǎng)的時(shí)空分布，有利于提高活性氧粒子的產(chǎn)生效率;
　　(2)通過應(yīng)用非對(duì)稱電極結(jié)構(gòu)與高電壓激勵(lì)，可以促使大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器工作在微流注與微類輝光交替促成放電模式，在時(shí)間和空間上強(qiáng)化了放電間隙內(nèi)的局部電場(chǎng);通過對(duì)電極表面進(jìn)行預(yù)氧化處理，增加了反應(yīng)器電極表面抗氧化性，延長(zhǎng)了反應(yīng)器電極壽命，提高了放電穩(wěn)定性?；谝陨蟽?yōu)化，大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器制備活性氧粒子的最高濃度可達(dá)165 g/m3，最高產(chǎn)量達(dá)41.9 g

4、/h，單位放電面積產(chǎn)量達(dá)1130 g/m2·h;
　　(3)通過建立分區(qū)激勵(lì)方法，將系統(tǒng)諧振參量（變壓器漏感與反應(yīng)器等效電容）分散到由小型高頻高壓變壓器和大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器組成的分區(qū)激勵(lì)單元中，實(shí)現(xiàn)了在反應(yīng)器陣列規(guī)模尺度增加的同時(shí)，保證系統(tǒng)固有諧振頻率不變，放電系統(tǒng)仍然可以工作在原有較高的頻率，解決了大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列規(guī)模尺度放大效應(yīng)問題;
　　(4)通過設(shè)計(jì)大功率逆變器與小型高頻高壓變壓器研制了大氣壓非

5、平衡等離子體反應(yīng)器陣列分區(qū)激勵(lì)電源。大功率逆變器主電路采用IGBT開關(guān)器件組成的全橋逆變電路，通過PWM控制策略對(duì)輸出功率和頻率進(jìn)行調(diào)控，輸出頻率范圍為5～11 kHz，最大輸出功率為20 kW，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)40臺(tái)大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器;小型高頻變壓器設(shè)計(jì)充分考慮了高頻高壓激勵(lì)的特點(diǎn)，使用頻率范圍為5～11kHz，最高輸出電壓為10 kV;
　　(5)基于分區(qū)激勵(lì)方法，利用大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器與小型高頻變壓器組成分區(qū)激勵(lì)單

6、元，將24組分區(qū)激勵(lì)單元陣列并接于一臺(tái)大功率逆變器上，研制了分區(qū)激勵(lì)式大氣壓非平衡等離子體反應(yīng)器陣列。在實(shí)際工程應(yīng)用模式下，該反應(yīng)器陣列首次實(shí)現(xiàn)在8 kHz以上的工作頻率下運(yùn)行，保證了活性氧粒子的規(guī)模化制備，制得活性氧粒子濃度可達(dá)110.9 g/m3，產(chǎn)量可達(dá)443.6 g/h;同常規(guī)裝置相比，其體積大幅減小，工作頻率大幅提高（由1 kHz左右提升至8kHz以上），激勵(lì)電壓大幅降低(由10～30 kV降低至2～4 kV)，為高級(jí)氧化壓載