摘 要

随着工业的快速发展，工业废气所带来的环境问题愈发严重，尤其是以中国为首的发展中国家。传统的处理工艺不能十分有效的解决工业废气带来的环境问题。利用等离子技术处理工业废气是目前公认的净化能力最高且最有前景的工业废气处理技术。

本文研制了一种用于工业废气处理的离子发生器。输入为220V交流市电，经过二极管不可控整流得到310V直流稳压，再经过DC-DC斩波电路得到100V至300V的直流电压，再经过单相全桥高频逆变通过LC无源滤波得到20KHz的高频交流电，最后通过1:100的高频变压器得到10-30KV高频高压电。

本文首先交代了研究背景以及工业废气处理现状，并且指出了等离子处理工业废气的优势以及目前存在的技术难题。然后主要介绍并分析了本设计的原理及主电路拓扑结构，紧接着介绍了本设计的控制及保护电路。

最后，采用目前主流的介质阻挡放电的方式，对本设计所搭建的试验样机进行了几组对比实验，分别测试了不同情况下等离子体的放电特性。

关键词：等离子技术 废气处理 介质阻挡放电

Design of plasma generator for industrial waste gas treatment

Abstract

With the rapid development of industry, the environmental problems caused by industrial waste gas are becoming more and more serious, especially in developing countries headed by China. Traditional processing technology cannot solve the problem very effectively, using plasma technology to treat industrial waste gas is the highest and most promising industrial waste gas treatment technology.

A plasma generator for industrial waste gas treatment is developed in this paper, the input is 220V AC, after a diode bridge rectifier will get 310V DC voltage, and then through a DC-DC converter, we can get 100-300V DC voltage, after then, through a single full bridge and a LC low pass filter will get 100-300V, 20KHz AC. At last, use a high frequency transformer, we will get 10-30KV, high frequency, high voltage power.

This paper introduces the research background and the status of industrial waste gas treatment at first, and points out the advantages of plasma treatment of industrial waste gas and the existing technical problems. Then mainly introduces and analyzes the design principle and main circuit topology structure, then introduces the design of the control and protection circuit.

Finally, several experiments were carried out to test the experimental prototype using dielectric barrier discharge. The discharge characteristics of the plasma were measured in different conditions.

Key words: plasma technology; waste gas treatment; dielectric barrier discharge

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 工业废气处理技术现状 2

1.2.1 热力焚烧 2

1.2.2 催化燃烧 3

1.2.3 冷凝法 3

1.2.4 吸附法 3

1.3 非平衡等离子体治理工业废气概况 3

1.3.1 电晕放电 4

1.3.2 介质阻挡放电 5

1.4 本文的主要研究工作 7

第二章 系统原理及主电路设计 8

2.1 系统拓扑结构分析 8

2.2 软启动电路 8

2.3 Buck电路介绍 9

2.4 RCD吸收电路[15] 10

2.5高频逆变电路 11

2.6 LC无源低通滤波器 12

2.6.1傅里叶级数原理[16] 12

2.6.2 LC无源滤波器原理 12

2.6.3 归一法计算LC参数[18] 13

2.7 高频变压器的问题及解决办法 14

2.8 介质阻挡放电管 15

第三章 控制及保护电路设计 16

3.1 控制核心DSP28335 16

3.2 采样电路设计 17

3.2.1电流采样 17

3.2.2电压采样 17

3.3 信号调理电路 17

3.4 故障保护电路 18

3.5 电平转换电路 20

第四章 仿真及实验平台测试 22

4.1 仿真验证 22

4.1.1 仿真主电路的搭建 22

4.1.2 仿真结果 22

4.2 实验平台测试 23

4.2.1 实验平台介绍 23

4.2.2 对比实验 24

4.2.3 实验结果叙述分析 29

总结与展望 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题背景

从上世纪五十年代发的工业革命以来，工业的飞速发展给人类带来了前所未有的繁华，人类的生活有了巨大的变化；物质、精神文明得到了空前的发展。但是同时，由于工业的快速发展所带来的环境问题一直没有得到有效的解决，导致目前全球的环境问题已经到了威胁人类生存的程度。其中，工业废气的排放是导致全球环境问题的主要元凶之一。

工业废气成分复杂，不同的工业生产排放的工业废气成分各不相同，比如化肥生产品生产过程中产生的NH3、F2等有害气体，石油化工生产过程以及煤炭等化石燃料的不完全燃烧产生的氮氧化物、硫氧化物、以及碳氧化物等，食品包装过程中生成的SO2、甲醛等污染废气。工业生产所导致的绝大多数废气对人体都有一定的伤害，轻者刺激人体的眼、鼻等器官，严重时能导致癌症、身体畸变等严重的后果。此外,一些有机物进入大层气以后在某些的条件下生成一定量的光化学烟雾造成二次污染,其产生的危害性更严重;很多有机物质随着空气进入平流层后在太阳光的以紫外线为首的一些射线的照射下,易引发破坏臭氧层的化学反应,导致大气臭氧层的不可修复性破坏,如卤素有机化合物;一些有机化合物产生的的温室效应显著;一些有机物化合具有刺激性污染和有害气体严重污染的两重性;另外,空气中的有机化合物浓度较高还会对农业、林业、畜牧业造成严重危害。

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