CN101934190B - 矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置 - Google Patents
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Abstract
一种矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：包括外壳、放电介质、固定装置、电极、电极引出线、放电区和脉冲电源，放电介质通过固定装置矩阵式排列，电极设置在放电介质内通过电极引出线连接脉冲电源，放电区在相邻的放电介质之间。本发明可根据异味废气的处理风量、污染物浓度，方便调节，使等离子体产生的强度与待处理的废气匹配，以达到最佳的污染物去除效果和运行能耗。这种等离子体反应系统风阻与外施电压大大降低，气体通量增大，恶臭物质的去除效率提高30％以上。该装置结构紧凑，异味污染处理效果好，能效高，可广泛应用于含苯乙烯、硫化氢、二硫化碳、有机胺等异味物质的废气治理，其推广和应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理异味气体装置，特别涉及一种矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置。
背景技术
异味是大气、水、土壤、固体废弃物等物质中的异味物质，通过空气介质作用于人的嗅觉器官感知而引起的不愉快感觉并有害于人体健康的一类公害气态污染物质。异味物质的种类很多，迄今为止，凭人的嗅觉即能感受到的恶臭物质有4000多种，但通常大致分为三类：①含硫的化合物，如硫化氢、硫醇类、二甲基硫、硫醚类及含硫的杂环化合物等；②含氮的化合物，如氨、胺类、腈类、硝基化合物及含氮杂环化合物等；③碳、氢或碳、氢、氧组成的化合物(低级醇、醛、脂肪酸等)。其中对人体影响较大的八大恶臭物质是：硫化氢、氨、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、苯乙烯、二甲二硫。而我们通常所指的恶臭气体，是指在空气中扩散带有恶臭的气体，简称臭气。
目前，国内外异味气体常用的处理方法有燃烧法、氧化法、吸收法、吸附法、生物法、光催化法、等离子体法等。
在异味废气处理方法中，低温等离子体技术与其它污染治理技术相比，具有处理流程短、占地面积小、气阻小、处理对象广泛等特点。低温等离子体技术处理污染物的原理为：在外加电场的作用下气体放电产生等离子体，等离子体内部富含极高化学活性的物种，如高能电子、离子、自由基和激发态分子等，废气中的污染物质可与这些具有较高能量的物种发生反应。因此，低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
等离子体是继固态、液态、气态之后被称为物质的第四态，它是气体在放电过程中产生的包括大量正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基组成的表现出集体行为的一种准中性气体。在这个体系中如果电子的温度和重粒子的温度差不多，则为高温等离子体，或称为平衡态等离子体。如果电子的温度远远大于重粒子的温度，整个体系呈现一种常温状态，此时产生的等离子体为低温等离子体，也叫非平衡态等离子体，一般气体放电产生的等离子体属于这一类型。根据气体放电的方式，等离子体的产生主要有辉光放电(Glow discharge)、电晕放电(Corona discharge)、介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge，简称DBD)、射频放电(Radio frequency discharge)和微波放电(Microwave discharge)等。其中介质阻挡放电具有电子密度高和可在常压下运行的特点，因而使其具有工业应用前景，特别适用于异味废气的治理，因而备受关注。
目前介质阻挡放电产生等离子体的方式主要有套管式和平板式，尽管套管式介质阻挡放电产生等离子体方式已经应用(专利“介质阻挡放电等离子体处理工业废气方法”，97242752X)，但该方式为达到较好的放电效果，内外套管的净间距一般小于10mm，因而气阻较大，极大影响了气体的流通量，使得该放电方式仅应用于小气量废气治理。而平板式介质阻挡放电产生等离子体方式，因电极与介质层的衔接问题及边角的尖端放电问题，而使该放电方式难以应用。
为达到大通量废气治理的目的，同时在不增加电器设备投资和能耗的情况下，寻求一种适用的介质阻挡放电等离子体的产生方式非常必要。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种可以克服上述缺陷，由多根石英管矩阵排列在一起作为放电介质，通过一个或多组电源实现多级立体放电过程的异味废气处理装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：包括外壳、放电介质、固定装置、电极、电极引出线、放电区和脉冲电源，放电介质通过固定装置矩阵式排列，电极设置在放电介质内通过电极引出线连接脉冲电源，放电区在相邻的放电介质之间。
所述的外壳两端设置有进气口和出气口。
所述的固定装置包括上凹形支撑件和与之对应的下凹形支撑件。
所述的放电介质为石英管，石英管两端设置有封帽，封帽上设置有线缆通孔，封帽与石英管密封连接。
所述的电极为空心金属管，外径为6mm～30mm，壁厚1mm～4mm，电极设置在放电介质内部，电极与放电介质之间均匀填充有金属粉。
所述的放电区为长300mm～800mm，宽2mm～10mm的矩形空腔。
所述的放电介质为石英管，石英管外径8mm～32mm，壁厚1mm～3mm，管长300mm～800mm。
所述的放电介质为石英管，石英管矩阵式排列，每排石英管5～20根，相邻石英管之间的间距为2～10mm，上下两排石英管间距为100mm～250mm，排列层数为3～10层。
带有异味气体通过进气口进入装置，由石英管间隙通过放电区发生反应，气体在放电过程中产生的包括大量正负带电粒子、电子和中性粒子以及自由基，这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
本发明所具有的有益效果是：该装置可根据异味废气的处理风量、污染物浓度，调整每排石英放电管的根数和排列层数以及石英管净间距的大小，使等离子体产生的强度与待处理的废气匹配，以达到最佳的污染物去除效果和运行能耗。这种等离子体反应系统同套管式介质阻挡放电等离子体相比，系统风阻大大降低，外施电压降低4000V左右，气体通量增大，能量利用率提高25％以上，在输入能量相同的情况下，恶臭物质的去除效率提高30％以上。同时，该类型介质阻挡放电等离子体因其具有灵活的参数调整空间，适用范围更为广泛。该装置结构紧凑，异味污染处理效果好，能效高，可广泛应用于含苯乙烯、硫化氢、二硫化碳、有机胺等异味物质的废气治理，其推广和应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是放电介质排布侧视图。
图3是放电介质排布俯视图。
图4是凹形支撑件结构示意图。
其中：1、外壳；2、石英管；3、空心铝管；4、电极引出线；5、放电区；6、脉冲电源；7、封帽；8、上凹形支撑件；9、下凹形支撑件；10、进气口；11、出气口；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1～图3所示：一种矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，包括外壳1、放电介质、固定装置、电极、电极引出线4、放电区5和脉冲电源6，放电介质通过固定装置矩阵式排列，电极设置在放电介质内通过电极引出线4连接脉冲电源6，放电区5在相邻的放电介质之间。所述的外壳1两端设置有进气口10和出气口11。所述的固定装置包括上凹形支撑件8和与之对应的下凹形支撑件9，其材质为聚四氟。所述的放电介质为石英管2，石英管2两端设置有封帽7，封帽7上设置有线缆通孔，电极可通过线缆孔引出电极引出线4连接脉冲电源6，封帽7与石英管2用绝缘硅胶密封连接。所述的电极为空心铝管3，外径为10mm，壁厚4mm，空心铝管3设置在石英管2内部，空心铝管3与石英管2之间均匀填充有不锈钢粉。所述的放电区5为长300mm，宽10mm的矩形空腔。石英管2外径32mm，壁厚3mm，管长800mm。石英管2矩阵式排列，每排石英管20根，相邻石英管2之间的间距为10mm，上下两排石英管2间距为250mm，排列层数为8层。
具体实施例：
出气口处设置引风机，在引风机的作用下，浓度为178mg/m3的H2S恶臭气体经气体均配后，定量进入各台矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，经过处理后的气体经烟囱排出，在引风机的出口1m处采样分析，为了保证采样的准确性，每次采样的位置固定，且在反应器稳定运行30min后再采样。
气体分配：采用各支路的转子流量计调控，流量＜500m3/h可调。
矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置：5台，每台规格参数同上述内容介绍，整套系统处理能力2500m3/h。
引风机：玻璃钢离心引风机，苏州顶裕节能设备有限公司，功率4kW，风量3000m3/h。
硫化氢的采样及测定方法采用国家标准GB/T11601.2-1998亚甲基蓝分光光度法测定。
为考察矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味废气的效果，在实施过程中，采用套管式介质阻挡放电等离子体装置作对比试验，套管式介质阻挡放电等离子体反应器除外形外，反应器的进风量和输入功率均与矩阵式介质阻挡放电等离子体相同。
实施效果：
在管道内风速为5m/s，硫化氢浓度178mg/m3，外施电压10000V，矩阵式介质阻挡放电等离子体对硫化氢的去除率为91％，比套管式介质阻挡放电等离子体提高了30％。
除外施电压外，在其它条件不变情况下，矩阵式介质阻挡放电等离子体反应器和套管式介质阻挡放电等离子体反应器分别达到80％的H2S去除率时，后者的外施电压需达到12000V，而前者仅需要8000V即可，降低了4000V，因此，矩阵式介质阻挡放电等离子体反应器比套管式介质阻挡放电等离子体能效更高。
Claims (6)
1.一种矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：包括外壳、放电介质、固定装置、电极、电极引出线、放电区和脉冲电源，放电介质通过固定装置矩阵式排列，电极设置在放电介质内通过电极引出线连接脉冲电源，放电区在相邻的放电介质之间；所述的外壳两端设置有进气口和出气口；所述的固定装置包括上凹形支撑件和与之对应的下凹形支撑件。
2.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：所述的放电介质为石英管，石英管两端设置有封帽，封帽上设置有线缆通孔，封帽与石英管密封连接。
3.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：所述的电极为空心金属管，外径为6mm～30mm，壁厚1mm～4mm，电极设置在放电介质内部，电极与放电介质之间均匀填充有金属粉。
4.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：所述的放电区为长300mm～800mm，宽2mm～10mm的矩形空腔。
5.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：所述的放电介质为石英管，石英管外径8mm～32mm，壁厚1mm～3mm，管长300mm～800mm。
6.根据权利要求1所述的矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置，其特征在于：所述的放电介质为石英管，石英管矩阵式排列，每排石英管5～20根，相邻石英管之间的间距为2～10mm，排列层数为3～10层。
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