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"
）
!
（
$
*）& !
（
+
,）
（-）
氧分子被电子激励后发生跃迁，其能级跃迁曲线如图 +
所示。加速电子与氧分子碰撞的激励过程极短，几乎是垂直
激励过程。从 !
"
（#
$
!
!
%）
基态激励到 !
"
（.
$
! )
&
）和 !
"
（(
$
!
#
)）
状态，只有电子从放电电场取得能量大于 /0+ 和 10- ’2 时，
才可能使氧分子分解、分解电离、分解附着成 !（
$
*）
、!（
+
,）
、
!
3
（
"
*
4
）和 !
&
（
-
5
4
）等 原 子、原 子 离 子 等 活 性 粒 子（#
$
!
!
%，
.
$
! )
&
，(
$
!
#
)，
$
*，
+
,，
"
*
4
和
-
5
4
等符号为能级符号，全文同），
为化学反应提供丰富的“原料粒子”。式（+）是禁阻跃迁，脱
硫脱硝应以式（$）、
（-）反应为主。等离子体中电子从电场取
得能量大于 10- ’2 以上时气体才能产生强烈的电离、分解
过程，产生充足活性粒子，以满足高密集度气体分子化学反
应的激励能量要求。
图 ! 氧分子能级跃迁曲线
67%8 +
*9:’;:7<= ’;’>%? @)>A’ 9B !
"
单位体积电子从电场取得总功率 !：
! C
’
"
"
"
%
"#
’
!
’
（"
"
&!
"
’
）
（D）
式中：#
’
———电子质量；
!
’
———电子碰撞频率；
"—
——等离子体激励频率；
"
%
———气体放电电场强度。
从式（D）中可以看出，电子从外加电场取得的能量与其
电场强度 "
%
和气体浓度 $（或气压 %）成函数关系，通常用
折合电场强度 "E $（ " 是电场强度，$ 是放电间隙气体浓度；
其单位为 FG，+ FG C +4
3 +H
2・@I
"
）来表征电子从电场取得平
均能量的大小，进而表征了气体放电强度、电离强度以及化
学反应强度
［/ 3 H］
。窄脉冲高电压电晕放电的折合电场强度
低于 H4 FG。电子从电场取得的平均能量 &
’
J $ ’2，电子能
量是按麦克斯韦规律分布，所以，只有百分之几的电子才具
有解离 !
"
分子能量。电子平均能量值受临界击穿电场强度
"
@
、气体浓度 $（或 %）制约着。减少反应气体浓度，可使电
子取得较大能量，低气压辉光放电形成的等离子体就是一
例。由于参与反应的烟气浓度很高，脱硫需要高能量密度
（ $
’
$+4
+D
@I
$
）和大的激励能量（ &
’
K +4 ’2）
，只有强电离放
电才能实现
［H］
。其主要参数如表 + 所示
［/］
。强电离放电过
程，
电子获得平均能量达到 +4 L $4 ’2。等离子体中电子能
量分布按麦克斯韦规律分布，强电离放电的等离子体中大多
数电子 具 有 足 以 分 解 气 体 分 子 产 生 满 足 5!
"
氧 化 生 成
M
"
5!
-
需要的丰富活性粒子。介质阻挡强电离放电原理结
构见图 "。在放电极和接地极之间加上频率为 +4 NMO、电压
’ 为 +4 N2，
放电能流密度 ( 为 "0+ PE@I
"
，上升速率 G)EG* 为
40D N2E"Q。在放电间隙里形成大于 -44 FG 强电场，电子从电
场获得能大于 +4 ’2；其电子密度可达到 +4
+D
@I
3 "
以上。在
整个放电间隙发生极其密集的无规则微放电，从整体看来介
质阻挡强电离放电貌似强辉光放电。介质阻挡强电离放电
的折合电场强度如式（/）所示：
"
%
C
’
I
#
G
" +
G
#
%
& +
%
#
G
（/）
表 ! 强电场电离放电主要特性参数
F<R=’ +
S<7; T<><I’:’>Q 9B Q:>9;% ’=’@:>7@
B7’=G 79;7O<:79; G7Q@U<>%’
参数名称
参数值
气体压强 %
$40+ S*<
电场强度 "
%
+44 L $"4 N2E@I
折合电场强度 "E $
$14 L + "44 FG
电子浓度 $
’
K +4
+H
@I
3 $
电子平均能量 &
’
+4 L $4 ’2
电离度 ,
K +4
3 -
气体温度 &
%
约 $44 V
图 " 介质阻挡强电离放电原理结构
67%8 "
5:>)@:)>’ 9B Q:>9;% R<>>7;% G7’=’@:>7@ G7Q@U<>%’
从式（/）可见，只有增加外加峰值电压 ’
I
、电解质的介
电常数#
G
，减少放电间隙 +
%
和电介质厚度 +
G
才有可能得到
强的放电电场强度（#
%
为气体的介电常数）。可见，电介质
材质和加工工艺水平成为获得强介质阻挡放电至关重要的
条件之一。
烟气在强电离放电下解离成等离子体，产生 !M、!（
$
*）
、
!
（
+
,）
、W（
"
,）
、W（
-
5）
等活性粒子，发生如下反应：
5!
"
!M
!
5!
"
"
$
M
"
!
M
"
5!
-
M5!
"
"
$
!M
M
"
5!
-
（下转第 /4 页）
H
D
第 + 期
韩
慧等：脱硫脱硝技术展望