CN103585863A - 低温等离子体废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低温等离子体废气处理系统，包括设在风道上的等离子体发生器和风机，等离子体发生器包括箱体、气流均衡装置、等离子体反应室、高压放电电极、高压瓷瓶、弹射装置和电极管理装置，等离子体反应室包含多个类蜂窝结构，每个小蜂窝的中心有一个高压放电电极穿过，高压放电电极穿过小蜂窝后，其两端分别通过一个弹射装置固定在电极管理装置上，每个电极管理装置通过一个高压瓷瓶与箱体绝缘，确保高压放电电极处于小蜂窝中心，弹射装置用于将断开的高压放电电极弹射到等离子体反应室下方而不致粘连到小蜂窝侧壁上，气流均衡装置置于等离子体反应室进气端，对气流进行动态均衡。本发明的废气处理系统效率高、安全性好、使用寿命长。

Description

低温等离子体废气处理系统

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，特别是一种用于高效治理有机挥发性恶臭气体的低温等离子体废气处理系统。

背景技术

随着经济持续发展和人们生活水平不断提高，人们对生活环境的要求也越来越高。但在大规模工业生产和日常生活中难免会产生有毒有害的废气。为了利用低温等离子体处理这些有毒有害气体，人们针对废气处理中低温等离子体的作用机理和产生低温等离子体的方法进行了大量的基础研究，目前已研制出的能够产生等离子体的装置，主要有介质阻挡放电和电晕放电装置。

在实际工业工程应用中的大型介质阻挡放电低温等离子废气处理装置，在运行过程中，效率较低，会发生效率衰减。同时因工业运用技术不够成熟，可能引起火灾或导致人身安全事故，存在较大安全隐患。某些大型电晕放电低温等离子装置废气处理装置，由于，其结构或材料以及工艺的局限性，易出现高压放电电极断丝、低压极板被腐蚀等现象，从而导致设备可靠性降低、废气处理能力下降。

总之，现有等离子体废气处理装置存在的主要问题是：处理效率低下，安全性不高，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温等离子体废气处理系统，其处理效率高、安全性好和使用寿命长。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种低温等离子体废气处理系统，包括设在风道上的等离子体发生器和风机，所述等离子体发生器包括置于箱体内的气流均衡装置、等离子体反应室、高压放电电极、高压瓷瓶、弹射装置和电极管理装置；

所述等离子体反应室包含多个类蜂窝结构，所述每个小蜂窝的中心有一个高压放电电极穿过，每个小蜂窝的内六角处均设有辅助放电边；

所述高压放电电极穿过小蜂窝后，其两端分别通过弹射装置固定在电极管理装置上；

所述每个电极管理装置通过一个高压瓷瓶与箱体绝缘，用于确保每个高压放电电极均处于每个小蜂窝的中心位置；

所述弹射装置用于当高压放电电极异常断开时，将断开的高压放电电极弹射到等离子体反应室下方而不致粘连到小蜂窝侧壁上；

所述气流均衡装置置于等离子体反应室进气端，对进入等离子体反应室的气流进行动态均衡。

所述等离子体反应室由导电性能良好的耐腐蚀材料制成，在类蜂窝结构的表面涂覆有能提高反应室等离子体浓度的催化剂。

所述涂覆在类蜂窝结构表面的催化剂为TiO₂。

所述高压放电电极采用铬镍合金材料制成的多芯细丝缠绕而成。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、效率高：通过优化类蜂窝结构及催化剂联合作用，有效提高反应室等离子体浓度，从而提高了整个设备的处理效率；

2、安全性好：采用弹射装置，避免高压电源负载直接短路；应用安全联锁装置，进一步提高系统安全性；

3、使用寿命长：采用铬镍合金材料制作的高压放电电极，抗腐蚀能力强，寿命不低于5年。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明低温等离子体废气处理系统结构框图。

图2是图1中等离子体发生器外形图。

图3是等离子体发生器中高压放电电极管理装置及等离子体反应室俯视图。

图4是等离子体反应室局部结构示意图。

图5是等离子体反应室中类蜂窝板示意图。

图中：

1系统控制器，2等离子体高压电源，3等离子体发生器，4等离子体反应室，5高压瓷瓶，6弹射装置，7、8、9电极管理装置，10高压放电电极，11气流均衡装置，12门开关，13接地装置，14风机变频调速系统，15风机，16气体监测装置，17风道，18配电控制柜。

具体实施方式

如图1所示，本发明低温等离子体废气处理系统，包括设在风道17上的等离子体发生器3和风机15，所述等离子体发生器3包括置于箱体内的气流均衡装置11、等离子体反应室4、高压放电电极10、高压瓷瓶5、弹射装置6和电极管理装置7、8、9。

所述等离子体反应室4包含多个类蜂窝结构，所述每个小蜂窝的中心有一个高压放电电极10穿过，每个小蜂窝的内六角处均设有辅助放电边；

所述高压放电电极10穿过小蜂窝后，其两端分别通过弹射装置6固定在电极管理装置上；

所述每个电极管理装置7、8、9通过一个高压瓷瓶5与箱体绝缘，用于确保每个高压放电电极10均处于每个小蜂窝的中心位置；

所述弹射装置6用于当高压放电电极10异常断开时，将高压放电电极10弹射到等离子体反应室下方而不致粘连到小蜂窝侧壁上；

所述气流均衡装置11置于等离子体反应室进气端，对进入等离子体反应室4的气流进行动态均衡。

所述等离子体反应室4由导电性能良好的耐腐蚀材料制成，在类蜂窝结构的表面涂覆有能提高反应室4等离子体浓度的催化剂。

所述涂覆在类蜂窝结构表面的催化剂为TiO₂。

所述高压放电电极10采用铬镍合金材料制成的多芯细丝缠绕而成。

采用铬镍合金材料制作的高压放电电极，抗腐蚀能力强，寿命不低于5年。

作为常规设置，等离子体发生器3连有等离子体高压电源2，风机15连有风机变频调速系统14，风道17进出口设气体监测装置16，气体监测装置16信号作为系统控制器1的输入，系统控制器1同时与等离子体高压电源2和风机15的变频调速系统14相连，控制等离子体发生器3和风机15工作；配电控制柜18向等离子体高压电源2和风机15的变频调速系统14提供电源。

系统控制器1通过操作界面实现人机对话功能，对系统各设备工作状态进行实时监控。通过工业现场总线通讯方式或网络通讯方式实现低温等离子体废气治理系统的远程控制和远程监控。

通过系统控制器1对高压电源和风机的变频调速系统进行开关机控制、参数设置、工作状态监测，接受进出口气体监测装置提供的数据并进行实时处理。对等离子体高压电源2的输出电压和风机15的运行速度进行实时闭环或开环调节。

等离子体发生器3在等离子体高压电源2的作用下，可分别通过辉光放电、电晕放电、流光放电等模式产生低温等离子体。

等离子体反应室4为类蜂窝结构，所述高压放电电极10从每个小蜂窝的中心穿过，与常规的蜂窝结构不同的是，每个小蜂窝的内六角处均设有小型辅助放电边，在保证最大通风截面的同时，可达到圆管式反应器的等离子体发生效果。蜂窝选用导电性能良好的耐腐蚀材料制作，在蜂窝表面涂覆有催化剂，催化剂的涂覆用于提高反应室的等离子体浓度。所述涂覆在类蜂窝结构表面的催化剂最好为TiO₂。

通过优化类蜂窝结构及催化剂联合作用，有效提高反应室等离子体浓度，从而提高了整个设备的处理效率；

安全联锁装置用于系统联保和安全防护，安装在等离子体反应室4箱体上各可打开的门附近，具有自动接地功能，避免可能发生的高压触电，确保人身安全。

采用弹射装置，避免等离子体高压电源负载直接短路；应用安全联锁装置，进一步提高系统安全性；

风机变频调速系统14用于控制风机15转速，根据实时工况对系统风量进行管理。

进出口气体监测装置16提供进出口的气体状态数据，按照进气口废气成分、废气浓度，对高压电源和变频调速系统进行实时管理，对高压电源输出和风机运行速度进行实时闭环或开环调节，实时调整等离子体发生器内的等离子体浓度，从而实现整个废气处理系统的最优化运行，使废气处理系统具有最大的能效比。

系统控制器采用DSP芯片TMS320F2407（但不限于该芯片）作为核心控制芯片，将系统控制器直接嵌入高压电源，既可作为系统控制器，又兼顾了高压电源主电路所需的PWM控制。利用TMS320F2407内集成的事件管理器可以实现与风机变频调速系统的通讯及控制。同时可以很方便地实现人机对话以及远程通讯和控制。

低温等离子体发生器3外形图如图2所示，成品外形尺寸为：2650mm×1550mm×5000mm（长×宽×高），低温等离子体反应室为类蜂窝结构，反应室长度为1200mm，采用图5所示厚度为0.8～1mm板材一次成型后拼接而成，在板材表面涂覆有催化剂TiO₂。每个小蜂窝为边长82mm的正六边形。低温等离子体反应室的最高工作电压可达50kV。在高压电源的作用下，随外施加电压的升高，反应室可分别通过辉光放电、电晕放电、流光放电等模式产生不同浓度的低温等离子体。

由于低温等离子体发生器的气流入口相对较小，一般选用Φ800～900mm的风管口径，在高风速下进入发生器的气流较为紊乱，因而在等离子体反应室的进气端设置了气流均衡装置，该装置采用1mm不锈钢板，对应相应的蜂窝，在板上冲有Φ65mm的圆孔，对进入等离子体反应室的气流进行有效的动态均衡。

如图3所示，电极管理装置7、8、9通过高压瓷瓶5与箱体绝缘，用于确保每个高压放电电极10均处每个小蜂窝的中心位置。高压放电电极10采用12～16股Φ0.08mm铬镍合金细丝均匀绞合而成。穿过小蜂窝的高压放电电极长度约1780mm，两端分别通过合金材料制成的过渡端子直接卡入弹射装置，弹射装置安装于高压放电电极分配装置上，弹射装置保证高压放电电极异常断开时能有效被弹射到反应室下方而不会粘连到蜂窝侧壁上。电极分配装置具备电极安装位置微调节功能，保证每个高压放电电极均处于蜂窝的中心。

为了方便对反应室进行观察和维护，反应器的宽边设有可打开的活动门。安全联锁装置用于系统联保和安全防护，每个门均设置有门开关12和接地装置13，门开关12的触点串入高压联保链路。在正常工作的高压状态下，门必须锁闭，门开关触点闭合。任何门一旦打开，串接于高压联保链路的门开关触点断开，通过高压联保链快速切断高压电源，接地装置是为了保证高压放电电极上的残余电压能有效快速泄放，从而避免可能发生的高压触电事故，确保人身安全。

经过运行测试，本系统在反应室风速为5.2m/s，直流高压35kV的状态下，对于进气口浓度为260mg/m³的H₂S恶臭气体去除率可达95%，对于进气口浓度为500mg/m³的氨气（NH3）去除率可达98%。

综上所述，以上仅为本发明的一种较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低温等离子体废气处理系统，包括设在风道上的等离子体发生器（3）和风机（15），其特征在于：所述等离子体发生器（3）包括置于箱体内的气流均衡装置（11）、等离子体反应室（4）、高压放电电极（10）、高压瓷瓶（5）、弹射装置（6）和电极管理装置（7、8、9）；

所述等离子体反应室（4）包含多个类蜂窝结构，所述每个小蜂窝的中心有一个高压放电电极（10）穿过，每个小蜂窝的内六角处均设有辅助放电边；

所述高压放电电极（10）穿过小蜂窝后，其两端分别通过弹射装置（6）固定在电极管理装置（7、8、9）上；

所述每个电极管理装置（7、8、9）通过一个高压瓷瓶（5）与箱体绝缘，用于确保每个高压放电电极（10）均处于每个小蜂窝的中心位置；

所述弹射装置（6）用于当高压放电电极异常断开时，将高压放电电极（10）弹射到等离子体反应室（4）下方而不致粘连到小蜂窝侧壁上；

所述气流均衡装置（11）置于等离子体反应室进气端，对进入等离子体反应室（4）的气流进行动态均衡。

2.根据权利要求1所述的低温等离子体废气处理系统，其特征在于：所述等离子体反应室（4）由导电性能良好的耐腐蚀材料制成，在类蜂窝结构的表面涂覆有能提高反应室等离子体浓度的催化剂。

3.根据权利要求2所述的低温等离子体废气处理系统，其特征在于：所述涂覆在类蜂窝结构表面的催化剂为TiO₂。

4.根据权利要求1所述的低温等离子体废气处理系统，其特征在于：所述高压放电电极（10）采用铬镍合金材料制成的多芯细丝缠绕而成。

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