CN100420520C - 公路施工中沥青烟的净化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公路施工中沥青烟的净化设备，由沥青烟净化反应器和电晕发生器组成，其特征是所述沥青烟净化反应器采用线筒式放电反应器，该线筒式放电反应器由金属管电极和线电极构成，线电极设置在金属管轴线位置处，沥青烟气输入端位于金属管管体一端，输出端位于金属管管体另一端；所述电晕发生器采用脉冲高压电源，脉冲高压电源的输出端与线筒式放电反应器线电极相连，线筒式放电反应器的金属管接地。本装置具有能耗低，维护费用低，易操作，体积小，重量轻，便于安装，脉冲峰值电压高等特点。适用于低浓度、高转化率、低排放浓度要求的沥青烟处理。其沥青烟烟温小于275℃，尤其适合公路施工中沥青烟的净化和治理。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理设备，尤其涉及一种公路施工时沥青加热过程中所产生沥青烟的净化设备。
背景技术
沥青是一种棕黑色粘稠状物质，它的主要成份是沥青质和树脂，另外还含有高沸点矿物油以及少量的氧、硫、氮杂环化合物。由于沥青具有良好的粘结性、可塑性、防水性和防潮性，因而被广泛应用于工业、交通、水利和工程建筑中，尤其在公路建设领域应用历史悠久，而且使用量较大。目前，全世界绝大多数高等级公路均采用沥青路面，而且用量随着沥青性能的不断提高而逐步增加。沥青在广泛应用给人类造福的同时也带来了环境污染的负面影响。沥青加热后会产生挥发性物质一沥青烟，它主要是由液态或固态烃类微粒和气态烃类衍生物组成，这些大都是有害物质，其中有些成分是强致癌物质，如苯并[a]芘等。公路沥青施工时，在沥青加热、拌和与摊铺等环节均会产生不同浓度的沥青烟，严重污染环境，影响施工人员身心健康。
国内外对沥青烟的治理进行了不少的研究。归纳起来可分为如下四类：
1、吸附法。这是国内目前使用最广泛的方法之一。它的原理是利用比表面积大的物质作吸附剂使沥青烟通过其表面时被捕获而使通过它的气体得到净化。按照其使用的吸附剂不同可以把它们细分为用活性碳作为吸附剂、用煤灰渣作为吸附剂、焦炭粒作为吸附剂、白云石或滑石粉等作为吸附剂和使用工艺过程中的粉末物料作吸附剂。其中，青海铝厂从美国DEC公司引进沥青烟气干燥法净化系统和中国专利CN1239742中采用工艺过程中使用的氧化铝粉末作为吸附剂。吸附沥青烟后的氧化铝粉，在后续工序中被使用，较好地解决了吸附剂的二次污染的问题。按吸附剂装置的结构不同可分为单层吸附和多层吸附，特别是中国专利CN2188991报道的水平交错多层吸附，较好地解决了吸附层的阻力大的问题。按照吸附剂的静态还是动态又可分为静态吸附床和动态流化床吸附。中国专利CN1007739报道的流化吸附法处理沥青烟取得了很好的效果。
吸附法处理效果好，但是它存在着床层压降高动力消耗大的缺点，虽然进行了一些研究和改进，但与其它方法比，它仍有以下缺点：动力消耗大，多层吸附结构复杂，体积较大，吸附剂再生困难，易产生二次污染。
2、吸收法。一般采用溶剂作冷凝剂和吸收剂，当污染气体通过它们时被溶剂冷却溶解吸收。由于溶剂的溶解度和气体的流速等原因，总有一部分污染物经过溶剂后被气体带出。这样使得它只能作为高浓度污染物的初步处理。对于低浓度的污染物处理效果就不理想。它也可作为高浓度沥青烟的初步处理，通常选择水和柴油的混合物作为溶剂来吸收高浓度的沥青烟，也有的采用碱溶液作为溶剂。如中国专利CN86207397就采用碱溶液冷却吸收沥青烟，然后经吸附净化处理。吸收法同样存在吸收剂的处理问题，处理不好易产生二次污染。
3、焚烧法。将易燃或者可燃的污染物引入燃烧器进行燃烧处理，生成不污染或低污染的物质排出，以达到净化的目的。沥青烟是一种可燃性的污染物，它可以用焚烧法进行处理。采用此种方法处理时，通常系统设备中有加热燃烧锅炉，用烟道将沥青烟引入燃烧室进行二次燃烧。如中国专利CN2328659、CN2368851和CN2251577都报道了这类处理装置。若沥青烟的排放口附近没有明火加热装置，那么采用此方法就需要额外增加一个燃烧器还需要助燃剂等。显然在排放口附近没有明火加热装置时，此种方法就不经济方便。
4、静电捕集法。污染物通过静电场时被极化或电离带电。利用静电的异性相吸的原理把污染物吸附在阳极板或阴极上使其净化。静电捕集法也用于沥青烟的净化处理。它可分为干式法和湿式法。干式法对沥青烟中气态物质处理不理想，湿式法通常是在沥青烟中喷淋水，并且用蒸汽来控制阳极板的温度，否则沥青粘附在阳极板壁上，很难清除。中国专利CN2268577和CN2301262都是属于此类净化方法.它的处理效果好，但操作和维护复杂，并且需要额外的蒸汽，它还易产生爬电现象。
综上所述，沥青烟的净化处理已有吸附法、吸收法、焚烧法、静电捕集法等，这些方法或转化率不高，或成本高，或使用条件受到限制，或存在二次处理和二次污染的可能，都不是十分适合公路施工中沥青烟的净化处理。
发明目的
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种适合公路施工特点的沥青加热环节中产生沥青烟的净化设备，使其净化后的排放浓度达到国家排放标准GB16297-1996，且处理成本低，净化率高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：公路施工中沥青烟的净化设备，由沥青烟净化反应器和电晕发生器组成，其特征是所述沥青烟净化反应器采用线筒式放电反应器，该线筒式放电反应器由金属管电极和线电极构成，线电极设置在金属管轴线位置处，沥青烟气输入端位于金属管管体一端，输出端位于金属管管体另一端；所述电晕发生器采用脉冲高压电源，脉冲高压电源的输出端与线筒式放电反应器线电极相连，线筒式放电反应器的金属管接地。
在上述方案中，所述线电极可以为阴极，金属管电极可以为阳极。
在上述方案中，所述沥青烟净化反应器和电晕发生器都置于金属外壳内，线筒式放电反应器的金属管电极与金属外壳相连，金属外壳接地。
在上述方案中，所述线筒式放电反应器至少设置两根平行布置金属管。
在上述方案中，所述线筒式放电反应器的阴极和阳极之间设置有与金属管同轴的筒状绝缘材料。
所述筒状绝缘材料为陶瓷或玻璃，筒状绝缘材料的一端为沥青烟气输入端，另一端为输出端。
所述线筒式放电反应器的筒状绝缘材料与线电极之间设置涂有无机金属氧化物的绝缘翅片，该翅片沿径向设置在筒状绝缘材料内壁与线电极之间，在筒状绝缘材料的内壁涂有无机金属氧化物。
在上述方案中，所述线筒式放电反应器的金属管内径优选50-400mm，筒状绝缘材料的厚度优选3-10mm，内径优选20-200mm，长度优选400-1200mm。
本发明利用等离子体化学原理，通过脉冲高压电场，使气体产生活性离子并激活催化剂的催化中心和激发污染气体分子——沥青烟混合物分子，在这个等离子体空间中，通过发生非弹性碰撞，而使污染气体的分子键断裂，发生化学反应被净化。
电晕放电净化处理沥青烟，存在两个过程，一个是放电过程，另一个是化学反应过程。电子或者带电粒子在数万伏高压电场作用下获得较高能量，然后，这些高能电子或者带电粒子与沥青烟分子、空气中的气态分子、原子发生非弹性碰撞，沥青烟的分子被激发，原子间键断裂，形成小碎片的的基团或原子，空气中的气体分子被激发，产生O、O3、OH基等活性粒子，这些粒子与沥青烟分子所形成基团或原子进行化学反应，最终将沥青烟分子氧化成CO和CH4。
本装置具有能耗低，维护费用少，易操作，体积小，重量轻，便于安装，脉冲峰值电压高等特点。适用于低浓度、高转化率、低排放浓度要求的沥青烟处理。其沥青烟烟温小于275℃，尤其适合公路施工中加热环节过程中所产生沥青烟的净化和治理。
附图说明
图1是本实用新型沥青烟净化装置结构示意图。
图2是净化反应器装置结构示意图。
图3是净化反应器A-A剖视图。
图4是陶瓷管反应器结构示意图。
图5是图4的B-B剖视图。
具体实施方式
参见附图，本实用新型由沥青烟净化反应器4、电晕发生器、控制面板11以及壳体1组成，其中，电晕发生器是由脉冲发生器2和高压变压器3构成的脉冲高压电源，该脉冲高压电源的峰值电压≥50kV，脉冲宽度≤150μs，脉冲上升前沿≤100μs。
所述沥青烟净化反应器4采用线筒式放电反应器，该线筒式放电反应器包括十二根平行布置的金属管5和设置在每根金属管5轴线位置处的线电极6，其一端与沥青烟气输入腔室9相连，另一端与沥青烟气输出腔室10相连，上述线电极6用一根金属丝作为阴极，阳极为金属管管体。在线筒式放电反应器的阴极和阳极之间设置有与金属管同轴的筒状绝缘材料7，该筒状绝缘材料7优选陶瓷或玻璃。
在线筒式放电反应器的筒状绝缘材料7与线电极6之间设置涂有无机金属氧化物的绝缘翅片8，该翅片8沿径向设置在筒状绝缘材料7内壁与线电极6之间，在筒状绝缘材料7的内壁涂有无机金属氧化物。本发明所述的无机金属氧化物(诸如二氧化锰、高锰酸钾等)作为催化剂能提高放电反应器的净化效率，这是因为电晕放电使沥青烟的污染物分子获得能量，被激发或电离，它们较易在催化剂活性中心发生反应而被净化，同时活性粒子直接作用于催化剂的活性中心，激活催化剂参与反应，降低了净化反应所需的能量，提高了净化效率。
本发明所述线筒式放电反应器的金属管内径最好为50-400mm，筒状绝缘材料的厚度最好为3-10mm，内径最好为20-200mm，长度最好为400-1200mm。
本发明所述沥青烟净化反应器和电晕发生器都置于金属外壳内，线筒式放电反应器的金属管5的管体与金属外壳1相连，金属外壳接地。
本发明工作时，沥青烟气经输入腔室9从筒状绝缘材料7一端的进气孔12输入，从筒状绝缘材料7另一端的出气孔13经沥青烟气输出腔室10输出，由于筒状绝缘材料7的直径小于金属管5的内径，压缩了沥青烟气在金属管5内的反应空间，增加了反应区域的电场强度，使沥青烟气在净化反应器中的净化效率大为提高。
本发明所述净化装置采用了独创的改进型12线线筒式电晕放电净化器，使净化器的净化率高(大于92.9％)，能耗小(满负荷运行时总输出功率为180W)，处理气流量大(处理气流量为450L/min)。该装置现场应用中，表现出优良的性能。将本发明所述净化装置安装在湖北省孝感市公路总段道路油供应站现场，在正常工作状态下对净化装置的净化率、电性能及电耗等其它参数测量，测得的数据如下表所示：
净化装置现场应用性能测试结果
| 参数 | 测量值 |
| 净化率(％) | 98.7 |
| 净化后的沥青烟的浓度(mg/m<sup>3</sup>) | 0.807 |
| 排放速率(kg/h) | 7.5×10<sup>-5</sup> |
| 脉冲电压峰值(kv) | 106.4 |
| 脉冲上升前沿(μs) | 20 |
| 脉冲宽度(μs) | 104 |
| 能量消耗(wh/m<sup>3</sup>) | 11.07 |
| 功率(W) | 180 |
| 处理气体量(L/min) | 450 |
| 外形尺寸(mm) | 1500×1000×1500 |
| 自重(kg) | 200 |
现场测量沥青烟的流速为0.3m/s，净化器的烟囱截面的面积为0.015m2，净化后的排放浓度以最大值4.6mg/m3来算，则排气速率为：
4.6×0.3×0.015＝7.5×10-5(kg/h)
根据GB16297-1996标准中新建污染源二类地区的排放标准，用外推法，当烟囱高度为8m时，其排放速率为0.0512kg/h。
本净化装置的烟囱高度为8m，其排放速率为7.5×10-5kg/h，小于0.0512kg/h，净化后的排放浓度为0.807mg/m3，小于40mg/m3，符合GB16297-1996的要求。
尽管实施例对本发明作出了详尽的描述，但人们还可以根据实际情况作出不偏离其中心思想的修改，如将金属管电极作为阴极，线电极作为阳极；采用多个平行设置的金属管；不采用筒状绝缘材料，沥青烟气直接从金属管内流过等。这些修改都属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权利要求书为准。
Claims (2)
1. 公路施工中沥青烟的净化设备，由沥青烟净化反应器和电晕发生器组成，其特征是所述沥青烟净化反应器采用线筒式放电反应器，该线筒式放电反应器由金属管电极和线电极构成，线电极设置在金属管轴线位置处，沥青烟气输入端位于金属管管体一端，输出端位于金属管管体另一端；所述电晕发生器采用脉冲高压电源，脉冲高压电源的输出端与线筒式放电反应器线电极相连，线筒式放电反应器的金属管接地；所述线筒式放电反应器的阴极和阳极之间设置有与金属管同轴的筒状绝缘材料，该筒状绝缘材料与线电极之间设置涂有无机金属氧化物的绝缘翅片，该翅片沿径向设置在筒状绝缘材料内壁与线电极之间，在筒状绝缘材料的内壁涂有无机金属氧化物。
2. 按照权利要求1所述公路施工中沥青烟的净化设备，其特征是所述线筒式放电反应器在脉冲高压电源的峰值电压≥50kV的情况下，金属管内径为50-400mm，筒状绝缘材料的厚度为3-10mm，内径为20-200mm，长度为400-1200mm。
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| 脉冲放电等离子体治理有机废气放大试验研究. 聂勇.浙江大学博士学位论文. 2004 |
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