[发明专利]一种纳秒高压脉冲电源、臭氧发生器和静电除尘器

说明书

本发明涉及高压脉冲电源技术领域，具体涉及一种纳秒高压脉冲电源、臭氧发生器和静电除尘器，解决了现有技术中纳秒脉冲电源存在脉冲输出特性不能满足需求、可靠性差、结构复杂、成本高且技术难度大、缺乏经济性的问题；所述纳秒高压脉冲电源包括叠加的多个直线变压器驱动源模块，与所述多个直线变压器驱动源模块连接的触发控制模块；所述触发控制模块用于发送触发信号到每个直线变压器驱动源模块；所述直线变压器驱动源模块用于响应触发信号输出脉冲电源信号；本发明用于臭氧发生器，解决其生产效率低、电力能耗高、经济性较差的问题；用于静电除尘器，可实现直流叠加纳秒高压脉冲输出，从而实现多种烟气污染物的一体化脱除。

技术领域

本发明涉及高压脉冲电源技术领域，特别地涉及一种纳秒高压脉冲电源、基于该纳秒高压脉冲电源的臭氧发生器和静电除尘器。

背景技术

臭氧具有极强的氧化能力，氧化的条件要求较低，并且不会造成二次污染，因此被广泛应用于水净化、医疗设备及餐具消毒、食品加工等领域。近年来，随着烟气污染物排放标准不断提高，对于绿色、环保、安全、经济的污染物治理技术的追求，臭氧在烟气污染物处理方面的应用越来越广泛，利用其强氧化性用于燃煤电厂的硫、氮氧化物，汞等多种污染物的联合脱除，臭氧具有非常广阔的应用前景。

当前，臭氧的制备方法有四种，分别是放射化学法、电解法、紫外线照射法、介质阻挡放电法，其中，使用最广泛的是介质阻挡放电法，利用该方法可以大规模地制备臭氧，也是目前工业化制备臭氧最主要的方法。制备臭氧通过臭氧发生器生成臭氧，其工作原理是在臭氧反应器的正、负放电电极之间覆盖绝缘介质，比如玻璃、陶瓷或搪瓷等，采用高频交流电源，通过交变的电场在电极间隙中形成大量随机的微放电，微放电中产生大量的带电粒子，这些带电粒子和氧气或空气发生作用便生成臭氧。

现有臭氧发生器中，广泛使用的电源是高频交流电源，其电路原理是将电网输入的工频交流电整流，然后逆变成高频交流电压，再经过高频变压器升压输出频率为0.4～20kHz，电压为3～20kV的高频高压交流电。这种采用高频交流电源驱动臭氧反应器发生交流介质阻挡放电产生臭氧的臭氧发生器，产生臭氧的机理是高能电子与氧气分子O₂碰撞分解产生氧原子O，氧原子O与氧气分子结合形成臭氧O₃，因此对臭氧生成有贡献的是电子能量；交流介质阻挡放电由于高电压的作用时间持续，导致离子在电场中被加速运动，因此浪费了大量的无效能量在离子的运动上，存在臭氧生产效率低的问题；而且，离子运动速度加快会产生大量的热量，约90％的能量都用于发热，如果不进行冷却，生成的臭氧会因为温度过高而大量分解，通常需要水冷却装置，因此又存在电力能耗高、需要复杂的冷却装置等问题，从而导致制备臭氧的成本偏高，经济效益差，低效耗能。

目前，有一些方案通过采用微秒脉冲电源来解决上述问题，比如专利号为CN201410015563.8、名称为“一种基于双极性脉冲电源的臭氧发生系统”的发明专利，包括气源、臭氧发生器、冷却装置、以及向臭氧发生器供电的双极性脉冲电源，通过采用双极性脉冲电源为供电电源，避免传统电源大部分能量的振荡损耗，提高臭氧反应器的能量注入，快速建立强电场，减少臭氧发生器放电管的发热量，以此提高臭氧产量和臭氧生成能效。这种双极性脉冲电源的脉冲宽度为微秒级，脉宽为10～200μs，脉冲频率为0.05～20kHz，输出功率为0～10kW，但这还不能满足臭氧发生器的百纳秒级窄脉宽、30kV高峰值电压和1kHz以上高重复频率的参数要求。

另一方面，我国燃煤电厂燃煤发电机组的烟气污染物控制技术正朝着“超低排放”的方向发展，“超低排放”的排放限值为在基准氧含量6％条件下，烟尘、SO₂、NO_x排放浓度分别不高于10、35、50mg/m³，未来环保标准和排放控制标准将日趋严格，对燃煤电厂烟气污染物的脱除技术提出了更高的要求。当前采用的烟气污染物脱除方法是针对每种污染物采取单独的脱除技术，如采用静电除尘器进行除尘、采用选择性催化还原技术进行烟气脱硝、采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术进行脱硫，这种设备各自独立的脱除技术存在设备结构复杂、运行维护成本高、能耗高的问题。