第四态低温等离子

由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故称之为物质第四态。

等离子技术

等离子的概念：当电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。

等离子技术事实上就是基于等离子产生的方式和环境所开发的用来促使物质的形态转化为区别于传统三态的第四态的一种技术。

PGCC系统的等离子技术主要运用于绿炭的气化，即利用等离子炬作为气化炉的热源，而不是传统的利用本身热值点火和燃烧。等离子炬有着能产生高强度热源的优势（比常规热源高），而且操作相对简单，可控可调。气化炉内的等离子体具有高温和高热密度的特点，可将绿炭高效气化成清洁无污染的可燃气体。

绿炭气化技术

PGCC系统的绿炭气化过程主要经由绿炭制备系统、等离子绿炭气化系统两大系统。

绿炭制备系统的绿炭制备过程：利用焦化设施，以原煤为主要原料，辅以固硫、助燃、增碳复合助剂，经高温蒸馏制取。之所以选择绿炭作为后续可燃气体的制备原料，是因为绿炭具有燃烧性能好、污染小、燃烧充分、挥发分更低、生产成本较型煤和无烟煤低等特点。它可以有效解决焦炭燃烧时着火温度高、点火困难，挥发分低、火焰短，反应性差、燃烧速率低等缺点。

等离子绿炭气化系统的作用原理：基于等离子技术，在一个密闭的环境中（气化炉内）制造有别于固态、液态和气态的第四态：等离子态。往该状态内通入适当比例的布朗气，并利用等离子点火器，产生等离子电弧，制造高能热环境，使绿炭在等离子活性状态的热环境中吸热发生一系列复杂的化学反应。该环境下产生的可燃气体主要成分为H2等，产生的可燃气体具有纯度高、热值高等优点。

烟气净化处理技术

图1为PGCC系统的烟气净化处理流程图，该过程主要经由勒纳德深度除尘塔、等离子脱硫脱硝一体化装置、冷凝式烟气吸收塔三个部分。

勒纳德深度除尘塔：

除尘原理：水经过高速摩擦、尖端放电等现象后，容易被激发，从而分解产生大量的负氧离子，这就是著名的勒纳德效应。反应方程式如下：勒纳德效应 3H2O = 2H3O O2-，在山林、瀑布、喷泉处勒纳德效应很容易产生。利用勒纳德效应，通过自激式负氧发生器产生负氧离子对粉尘进行吸附。

除尘效果：烟气进入勒纳德深度除尘塔后，自激式负氧发生器产生大量负氧离子，通过静电吸附捕集粉尘，再经过雨淋负氧发生器二次除尘，进而形成含尘水滴。烟气经过勒纳德塔后，有害污染成份主要剩余SO2和NOx。

等离子脱硫脱硝一体化装置：

等离子脱硫脱硝处理过程：烟气进入等离子脱硫脱硝一体化装置后，烟气中的O2和水蒸气发生激活，产生强氧化性的自由基O-，OH-，（HO2）3-和H2O2等。通过这些自由基将烟气中的SO2氧化为SO3、NO氧化为NO2，SO3与水生成H2SO4、NO2与水生成HNO3。生成的H2SO4、HNO3可作为副产物利用。

等离子脱硫脱硝化学反应原理：利用等离子设备产生强电压低电流反应室，将烟气成份激活，形成活性自由基，在这状态下SO2会形成自由基，引发复杂的链反应 ,最终重组形成稳定的更易于被水吸收的SO3；等离子体自由基 OH、O、N、 OH、O3等与NO反应。

冷凝式烟气吸收塔：

基本原理：在高效换热层涂装特殊纳米材料，可增大过滤板对水的吸附力(粘滞力)，使过滤板上附着水流后，减小过滤板间隙，产生纳米通道，从而提高烟气降温效果。

吸收塔的主要作用：用于降低烟气的排放温度，经冷凝式烟气吸收塔作用后，烟气排放温度可降至环境温度。采用多层高效换热层可以最大限度降低烟气温度， 烟气排放无明显白色烟雾形成，真正实现超净排放。

热电联产技术

热电联产技术 是时下比较成熟的一门技术，具有节约能源、改善环境、提供电力、提高供热质量、减轻分散锅炉房工人劳动强度和节省建设用地等优点，特别是在化工、冶金、机械、民用等行业，建设自备热电厂优点更为突出，已被越来越多的业内人士所认识。

PGCC系统的热电联产模式是以燃气锅炉－蒸汽轮机为主，辅以燃气轮机或者燃气内燃机带动发电机发电。 作用原理：用燃气轮机发电后的高温余热排气，通过余热锅炉再产生蒸汽，供给抽汽式（或背压式）蒸汽轮机组发电供热。进入汽轮机的蒸汽，由燃气轮机先发电后送入余热锅炉再产生蒸汽，所以它的全厂热效率比锅炉—蒸汽轮机供热机组高，全厂燃料利用率也比单循环的供热机组高。2100433B

电弧是一种气体放电现象，也是一种等离子体。等离子体是与固体、液体、气体并列的物质第四态。以50000K为界，等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体两大类，电弧属于后者。实际上，宇宙中约90%的物质都是等离子体。

等离子体是物质的第四态

开关电弧是电弧等离子体的一种。开关电弧的主要外部特征有 ：

（1）电弧是强功率的放电现象 在开断几十千安短路电流时，以焦耳热形式发出的功率可达10000kW。与此有关，电弧可具有上万摄氏度或更高的温度及强辐射，在电弧区的任何固体、液体或气体在电弧作用下都会产生强烈的物理及化学变化。在有的开关中．电弧燃烧时间比正常情况只多一二十毫秒，开关就会出现严重烧损甚至爆炸。在用灭弧能力很弱的隔离开关开断负荷电路时（属于误操作），电弧能使操作者大面积烧伤。

（2）电弧是一种自持放电现象 不用很高的电压就能维持相当长的电弧稳定燃烧而不熄灭。如在大气中，每厘米长电弧的维持电压只有15V左右。在大气中，在100kV电压下开断仅5A的电流时，电弧长度可达7m。电流更大时，可达30m。因此，单纯采用拉长电弧来熄灭电弧的方法是不可取的。

（3）电弧是等离子体，质量极轻、极容易改变形状 电弧区内气体的流动，包括自然对流以及外界甚至电弧电流本身产生的磁场都会使电弧受力，改变形状，有的时候运动速度可达每秒几百米。设计人员可以利用这一特点来快速熄弧并预防电弧的不利影响及破坏作用。

两个电极在一定电压下由气态带电粒子，如电子或离子，维持导电的现象。激发试样产生光谱。电弧放电主要发射原子谱线，是发射光谱分析常用的激发光源。通常分为直流电弧放电和交流电弧放电两种。

气体放电中最强烈的一种自持放电。当电源提供较大功率的电能时，若极间电压不高（约几十伏），两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流（几安至几十安），并发出强烈的光辉,产生高温（几千至上万度），这就是电弧放电。电弧是一种常见的热等离子体（见等离子体应用）。

电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧的重要特点是电流增大时，极间电压下降，弧柱电位梯度也低，每厘米长电弧电压降通常不过几百伏，有时在1伏以下。弧柱的电流密度很高，每平方厘米可达几千安，极斑上的电流密度更高。

电弧放电可分为 3个区域：阴极区、弧柱和阳极区。其导电的机理是：阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；弧柱依靠其中粒子热运动相互碰撞产生自由电子及正离子，呈现导电性，这种电离过程称为热电离；阳极起收集电子等作用，对电弧过程影响常较小。在弧柱中，与热电离作用相反，电子与正离子会因复合而成为中性粒子或扩散到弧柱外，这一现象称为去电离。在稳定电弧放电中，电离速度与去电离速度相同，形成电离平衡。此时弧柱中的平衡状态可用萨哈公式描述。

能量平衡是描述电弧放电现象的又一重要定律。能量的产生是电弧的焦耳热，能量的发散则通过辐射、对流和传导三种途径。改变散热条件可使电弧参数改变，并影响放电的稳定性。

电弧通常可分为长弧和短弧两类。长弧中弧柱起重要作用。短弧长度在几毫米以下，阴极区和阳极区起主要作用。

根据电弧所处的介质不同又分为气中电弧和真空电弧两种。液体（油或水）中的电弧实际在气泡中放电，也属于气中电弧。真空电弧实际是在稀薄的电极材料蒸气中放电。这二种电弧的特性有较大差别。

电弧是一束高温电离气体， 在外力作用下， 如气流，外界磁场甚至电弧本身产生的磁场作用下会迅速移动（每秒可达几百米），拉长、卷曲形成十分复杂的形状。电弧在电极上的孳生点也会快速移动或跳动。

在电力系统中，开关分断电路时会出现电弧放电。由于电弧弧柱的电位梯度小，如大气中几百安以上电弧电位梯度只有15伏/厘米左右。在大气中开关分断100千伏5安电路时，电弧长度超过7米。电流再大，电弧长度可达30米。因此要求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器内使电弧熄灭，为此，专门设计出各种各样的灭弧室。灭弧室的基本类型有：

①采用六氟化硫、真空和油等介质；

②采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量；

③迅速拉长电弧等。直流电弧要比交流电弧难以熄灭。

电弧放电可用于焊接、冶炼、照明、喷涂等。这些场合主要是利用电弧的高温、高能量密度、易控制等特点。在这些应用中，都需使电弧稳定放电。目前的电子产品，如等离子电视、等离子显示器其显示原理也是依赖电弧放电。

电弧不单单只是对人有坏处，某些大型舞台的灯光师利用电弧放电原理而制造成七彩斑斓的电弧花，以满足人们对于电弧的稀奇。

电弧具有超强的电力，能瞬间使心脏停跳，所以，利用电弧而工作的人们需要小心。