CN103263824A - 一种汞的氧化装置 - Google Patents

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Abstract

一种汞的氧化装置，涉及一种单质汞等离子体氧化装置。提供主要用于汞的氧化的介质阻挡放电等离子体氧化，拆装方便，可灵活调节放电间隙和介质层厚度，稳定可靠，放电效果好，汞氧化率高的一种汞的氧化装置。设有石英双介质层，所述石英双介质层包括内层石英管和外层石英管，内层石英管套在不锈钢棒上作为内介质；外层石英管上下两端均设有螺纹段，与聚四氟乙烯固定件连接作为外介质，外层石英管下端设有进气口，外层石英管上端设有出气口。采用同轴圆柱式双介质层结构。拆卸方便、安全性高、密封性好，并且放电效果稳定良好。经实验证明，在一定的放电电压条件下，对烟气中单质汞具有较高的氧化效率，并且初始放电电压较低，运行稳定。

Description

一种汞的氧化装置
技术领域
本发明涉及一种单质汞等离子体氧化装置，尤其是涉及有特定电极尺寸结构、石英双介质层、铁氟龙材质固定和密封接口的一种汞的氧化装置。
背景技术
汞作为一种全球性、持久性有毒污染物已引起世界各国学者、政府广泛关注。2005年3月15日，美国环保署颁布了清洁空气汞法案。该法案规定，到2018年，汞的排放水平要在1999年的基础上降低70%。
据统计，化石燃料的燃烧成为最主要的汞污染排放源之一。我国原煤汞含量（0.1～5.5μg/g）较高，且燃煤消费量巨大，燃煤汞排放及污染更为严重。煤燃烧产生的汞的赋存方式分3种形态：单质汞、氧化汞和颗粒汞。气相单质汞具有极高的挥发性和极低的水溶性。相比较而言，大多数氧化态的汞以二价汞的形式存在，具有较高的水溶性，易于被吸收或吸附，可以有效地被诸如湿式烟气脱硫装置、除尘器及活性炭喷射系统等污染物控制装置脱除（[6]高洪亮，周劲松，骆仲泱，等．改性活性炭对模拟燃煤烟气中汞吸附的实验研究[J]．中国电机工程学报，2007，27(8)：26-30；[7]Srivastava R K，Hutson N，Martin B，etal．Control of mercury emissions from coal-fired electric utilityboilers[J]．Environmental Science Technology，2006，40(5)：1385-1393；[8]杨宏旻，刘坤磊，曹晏，等．电站烟气脱硫装置的脱汞特性试验[J]．动力工程，2006，26(4)：554-557；[9]王运军，段钰锋，杨立国，等．湿法烟气脱硫装置和静电除尘器联合脱除烟气中汞的试验研究[J]．中国电机工学报，2008，28(29)：64-69），因此寻找能够有效增强烟气中单质汞氧化的新方法是提高汞脱除效率的重要环节。
等离子体处理污染物的原理([10]张仁熙.等离子体技术在环境保护中的应用(上).上海化工，2000,21:4～5)是在外加电场作用下，放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后引发一系列复杂的物理和化学反应，使得大分子污染物转变为简单的小分子安全物质，或者使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。介质阻挡放电(DBD)产生于两个电极之间，其中至少一个电极上面要覆盖有一层电介质。介质阻挡放电是一种兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。由于电极间存在着介质层，施加的电压必须是交流电。同时介质层的存在，可以阻止电极间的放电发展成火花或者电弧，因此放电比较稳定、均匀。双介质层的阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极因参与反应而发生的腐蚀问题。
介质材料、放电间隙、气体成分及外加电源和频率等因素不同，间隙气体的放电形式也会发生变化。
1）电介质对介质阻挡放电的影响
电介质在介质阻挡放电过程中发挥着非常重要的作用，其材料、厚度、机械强度、介电常数和热稳定性都直接影响着放电。石英管介电常数高、壁厚均匀、椭圆度好、耐高温、并且表面不会吸附汞，因此是单质汞等离子体氧化装置的介质层的最佳选择。
2）放电间隙
在气体参数一定的情况下，放电间隙越小，放电强度越大，等离子体产率越高，但是随之气体的停留时间变短，所以放电间隙对单质汞的氧化影响并不是单调的。
3）电极与绝缘介质的布置
根据电极与绝缘介质的布置可把介质阻挡放电分为：体积放电型和沿面放电型。沿面放电型功率消耗大，不利于散热，提供的等离子体空间也不足，加上结构复杂，不便于实际利用。体积放电电流脉冲上升速率高且上升时间短，提高了能源利用率，因此体积放电比沿面放电更加合理。
4）电源特性
等离子反应器的电源电压形式主要有直流、交流和脉冲3种。由放电机理可知，气体被击穿、导电通道建立后，空间电荷在放电间隙中输送并积累在介质上，介质表面电荷建立的电场方向与外电场相反，从而消弱作用电场，以致中断放电电流，所以DBD装置中须使用交流电源，以使放电过程再次启动。
发明内容
本发明的目的在于提供主要用于汞的氧化的介质阻挡放电等离子体氧化，拆装方便，可灵活调节放电间隙和介质层厚度，稳定可靠，放电效果好，汞氧化率高的一种汞的氧化装置。
本发明设有石英双介质层，所述石英双介质层包括内层石英管和外层石英管，内层石英管套在不锈钢棒上作为内介质；外层石英管上下两端均设有螺纹段，与聚四氟乙烯固定件连接作为外介质，外层石英管下端设有进气口，外层石英管上端设有出气口。
所述外层石英管下端设有进气口最好是距离外层石英管下端20cm处设有进气口；所述外层石英管上端设有出气口最好是距离外层石英管上端20cm处设有出气口。
所述内层石英管的高度可为400mm，内径可为10mm，壁厚可为0.5mm。所述外层石英管的高度可为400mm，内径可为21mm，壁厚可为2.5mm。所述螺纹段的长度可为10mm。所述进气口和出气口的内径可为6mm。
所述不锈钢棒作为中心高压放电电极，高度可为420mm，直径可为10mm，不锈钢棒可通过螺纹固定在反应器中心。
所述聚四氟乙烯固定件上分别设有两段螺纹段，用于分别连接石英外介质管和中心高压放电电极。
所述外层石英管的表面可包裹一层黄铜网作为低压电极。
本发明具有以下优点：
1.采用同轴圆柱式双介质层结构。
2.拆卸方便、安全性高、密封性好，并且放电效果稳定良好。
3.经实验证明，在一定的放电电压条件下，对烟气中单质汞具有较高的氧化效率，并且初始放电电压较低，运行稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明的放电电压电流曲线。在图2中，横坐标为时间（μs），左纵坐标为电压（kV），右纵坐标为电流（A）；曲线a为电压，曲线b为电流。
图3为单质汞的等离子体氧化实验。在图3中，横坐标为时间（min），纵坐标为汞浓度（μg·m-3）。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明实施例设有石英双介质层，所述石英双介质层包括内层石英管1和外层石英管2，内层石英管1套在不锈钢棒3上作为内介质；外层石英管2上下两端均设有螺纹段，与聚四氟乙烯固定件4连接作为外介质，外层石英管2下端设有进气口21，外层石英管2上端设有出气口22。
所述外层石英管2下端设有进气口21最好是距离外层石英管2下端20cm处设有进气口21；所述外层石英管2上端设有出气口22最好是距离外层石英管2上端20cm处设有出气口22。
所述内层石英管1的高度可为400mm，内径可为10mm，壁厚可为0.5mm。所述外层石英管2的高度可为400mm，内径可为21mm，壁厚可为2.5mm。所述螺纹段的长度可为10mm。所述进气口21和出气口22的内径可为6mm。
所述不锈钢棒3作为中心高压放电电极，高度可为420mm，直径可为10mm，不锈钢棒3可通过螺纹固定在反应器中心。
所述聚四氟乙烯固定件4上分别设有两段螺纹段，用于分别连接石英外介质管和中心高压放电电极。
所述外层石英管2的表面可包裹一层黄铜网5作为低压电极。
按照示意图组装氧化装置，电源高压接中心不锈钢棒高压放电电极，低压电极接铜网。
使用时，微调电压，调节等离子体电源匹配频率，缓慢增加放电电压，至放电稳定后方可进行单质汞氧化实验研究，气流自下而上流动。
本发明的放电电压电流曲线参见图2。单质汞的等离子体氧化实验参见图3，该实验证明，等离子体入口汞浓度为18μg/m3时，本发明在燃煤烟气中气相汞的氧化过程中运行稳定，氧化效率接近100%。

Claims (10)

1.一种汞的氧化装置，其特征在于设有石英双介质层，所述石英双介质层包括内层石英管和外层石英管，内层石英管套在不锈钢棒上作为内介质；外层石英管上下两端均设有螺纹段，与聚四氟乙烯固定件连接作为外介质，外层石英管下端设有进气口，外层石英管上端设有出气口。
2.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述外层石英管下端设有进气口，是距离外层石英管下端20cm处设有进气口；所述外层石英管上端设有出气口，是距离外层石英管上端20cm处设有出气口。
3.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述内层石英管的高度为400mm，内径为10mm，壁厚为0.5mm。
4.如权利要求1或2所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述外层石英管的高度为400mm，内径为21mm，壁厚为2.5mm。
5.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述螺纹段的长度为10mm。
6.如权利要求2所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述进气口的内径为6mm；所述出气口的内径为6mm。
7.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述不锈钢棒作为中心高压放电电极，高度为420mm，直径为10mm。
8.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述不锈钢棒通过螺纹固定在反应器中心。
9.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述聚四氟乙烯固定件上分别设有两段螺纹段，用于分别连接石英外介质管和中心高压放电电极。
10.如权利要求1所述一种汞的氧化装置，其特征在于所述外层石英管的表面包裹一层黄铜网作为低压电极。
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