CN103906334A

CN103906334A - 一种低温等离子体发生装置

Info

Publication number: CN103906334A
Application number: CN201410098818.1A
Authority: CN
Inventors: 张瑜; 吕雄标; 包诚磊; 王文勤
Original assignee: ZHEJIANG FEIERTE ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG FEIERTE ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明涉及工业有机废气净化技术，旨在提供一种低温等离子体发生装置。该装置的反应器包括依次连接的电晕管支架、绝缘子、上挡板和下挡板，等离子体反应腔有n个且并联设置；反应腔外壳呈中空圆筒状，电晕管与反应腔外壳同轴；在电晕管的外壁上，呈螺旋阶梯状均匀分布若干根金属材质的放电绒毛，放电绒毛向内的延长线均通过电晕管的轴线；电晕管支架具有垂直向下的支撑柱，电晕管套设于其上，电晕管底部设有防雨帽；该装置产生的高能电子、离子、激发态的原子以及自由基粒子等高活性物质在同等规模反应器的基础上提高35%，有效反应空间增大；由于采用绒毛状状电极的原因，大大降低了正、负电极被击穿的机率；能耗大大降低。

Description

一种低温等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及工业有机废气净化技术，特别涉及挥发性有机物废气和恶臭气体净化的一种低温等离子体发生装置。

技术背景

低温等离子体又称为非平衡态等离子体，是继固态、液态、气态之后的物质第四态。低温等离子体在废气净化过程中常常由气体放电产生大量的高能电子、离子、激发态的原子以及自由基粒子等高活性物质，这些物质轰击有机废气分子或恶臭气体分子，打断其内在化学键，促其降解生成CO₂和H₂O，从而达到净化的目的；这一技术的应用了突破以往靠化学反应及诸多化学反应条件来分解污染物的约束。

低温等离子根据放电形式的不同可以分为介质阻挡放电（DBD）、脉冲电晕放电、沿面放电等；根据放电电极结构的不同可以分为针版式、线版式、平板式、线筒式等。

就电晕放电而言：从理论上讲，电晕放电是在两极之间产生明显电晕区间而不产生电火花，这样的放电方式对设备内部电极之间的同轴度要求较高，对设备的制造精度和安装精度要求也较高；即使制造和安装精度达到要求，当两电极间电压偶尔出现不稳定时，也会产生火花放电现象。根据实验数据显示，电火花放电会影响污染物的处理率；更主要的是当待净化的有机废气或恶臭气体中含有较高浓度的可燃气体时会造成极大的安全隐患。

此外市场现有产品还普遍存在以下缺点：有效反应空间小；电极容易被击穿的机率高；防火安全性差。

发明内容

本发明要解决的问题是，克服现有技术中低温等离子体发生装置产生电晕放电安全性差的不足的问题，提供一种改进的低温等离子体发生装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种低温等离子体发生装置，包括反应器与电源；所述反应器包括依次连接的电晕管支架、绝缘子、上挡板、等离子体反应腔和下挡板，等离子体反应腔有n个且并联设置，n为大于2的自然数；

所述等离子体反应腔包括均为耐腐金属材质的电晕管和反应腔外壳；反应腔外壳呈中空圆筒状，其上端外缘与上挡板无缝隙相连，下端外缘与下挡板无缝隙相连；

电晕管与反应腔外壳同轴，两者之间的空腔为反应腔，使等离子体反应腔的横截面呈同心圆结构；在电晕管的外壁上，呈螺旋阶梯状均匀分布若干根金属材质的放电绒毛，放电绒毛向内的延长线均通过电晕管的轴线；

耐腐金属材质的电晕管支架设在上挡板上，电晕管支架具有n个垂直向下分别插入反应腔外壳的支撑柱，各电晕管分别套设于支撑柱上，电晕管底部设有防雨帽；

所述支撑柱、电晕管、防雨帽、放电绒毛均与反应腔外壳保持间距互不接触，且放电绒毛之间相互不接触。

作为一种改进，所述电源由脉宽调制器和高压发生器组成；其中：

脉宽调制器的输入电压为220V～300V，变频范围为20KHz～100KHz；

高压发生器的低压端以一根火线和一根零线接至脉宽调制器；其高压端是6000V～20000V的交流高压输出，分别接至所述电晕管和反应腔外壳。

作为一种改进，所述放电绒毛是铬镍合金材质的针状物。

作为一种改进，所述电晕管支架的n个支撑柱呈网格状布置，使得各相邻的等离子体反应腔之间保持相同间距；电晕管支架通过设置于其四角的螺栓和绝缘子实现与上挡板之间的固定连接。

作为一种改进，所述防雨帽是耐腐金属材质的防雨帽，呈半圆形，其最低点与反应腔外壳的下端平面相切；防雨帽与放电绒毛互不接触。

作为一种改进，所述放电绒毛的长度为0.5～1cm；放电绒毛与反应腔外壳的间距为0.5～2cm。

与现有技术相比：本发明的有益效果是：

1、产生的高能电子、离子、激发态的原子以及自由基粒子等高活性物质在同等规模反应器的基础上提高35%；

2、与传统的管式电晕放电模式相比，有效反应空间增大了1.5倍；

3、由于采用绒毛状状电极的原因，大大降低了正、负电极被击穿的机率；

4、由于增大了有效反应空间和提高高能电子、离子、激发态原子以及自由基粒子等高活性物质的产生量的原因，能耗由原来的1.5W·h/m³降低至0.5W·h/m³。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发明的示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的A-A剖面图。

图4是等离子体反应腔示意图。

图5是图4的B-B剖面图。

图6是等离子体反应腔的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步描述。

本发明中的低温等离子体发生装置，包括反应器与电源；所述反应器包括依次连接的电晕管支架1、绝缘子8、上挡板5、等离子体反应腔和下挡板6，等离子体反应腔有n个且并联设置，n为大于2的自然数；

等离子体反应腔包括均为耐腐金属材质的电晕管2和反应腔外壳4；反应腔外壳4呈中空圆筒状，其上端外缘与上挡板5无缝隙相连，下端外缘与下挡板6无缝隙相连；

电晕管2与反应腔外壳4同轴，两者之间的空腔为反应腔，使等离子体反应腔的横截面呈同心圆结构；在电晕管2的外壁上，呈螺旋阶梯状均匀分布若干根金属材质（可选铬镍合金材质）的放电绒毛3，放电绒毛3向内的延长线均通过电晕管2的轴线；放电绒毛3的长度为0.5～1cm；放电绒毛3与反应腔外壳4的间距为0.5～2cm。

耐腐金属材质的电晕管支架1设在上挡板5上，

电晕管支架1（耐腐金属材质）具有n个垂直向下分别插入反应腔外壳的支撑柱（耐腐金属材质），支撑柱呈网格状布置，使得各相邻的等离子体反应腔之间保持相同间距；电晕管支架1通过设置于其四角的螺栓和绝缘子8实现与上挡板5之间的固定连接。各电晕管2分别套设于支撑柱上，电晕管2底部设有防雨帽7；

所述支撑柱、电晕管2、防雨帽7、放电绒毛7均与反应腔外壳4保持间距互不接触，且放电绒毛4之间相互不接触。防雨帽7是耐腐金属材质的，呈半圆形，其最低点与反应腔外壳4的下端平面相切；防雨帽7与放电绒毛3互不接触。

电源由脉宽调制器和高压发生器组成；其中：脉宽调制器的输入电压为220V～300V，变频范围为20KHz～100KHz；高压发生器的低压端以一根火线和一根零线接至脉宽调制器；其高压端是6000V～20000V的交流高压输出，分别接至所述电晕管2和反应腔外壳4。

本发明的使用方法是：

通过外部引风机将废气引入本发明中低温等离子体发生装置，在下挡板6制约的反应腔下端，废气被约束由下而上的通过电晕管2和反应腔外壳4之间等离子体反应腔内，在由电源所产生的高压高频电场的作用下，反应腔内部产生低温等离子体态。该状态下，反应腔内部充满大量高能电子、离子、激发态原子以及自由基粒子等高活性物质，这些高活性物质与废气中的污染物进行一系列复杂的物理化学反应，将污染物的化学键打开并氧化分解污染物，达到去除的目的。反应后气体由上挡板5制约的反应腔上端排出。

经过实验验证，本发明中的装置用于橡胶行业的废气处理，与其他传统废气处理技术相比较，其运行成本仅为原来的五分之一，与市场其他处理橡胶废气的低温等离子体装置相比，运行成本也仅为其他低温等离子体装置的50%；而经处理后的化验分析可知，装置的处理效率提高了10%～20%。

Claims

1.一种低温等离子体发生装置，包括反应器与电源；其特征在于，所述反应器包括依次连接的电晕管支架、绝缘子、上挡板、等离子体反应腔和下挡板，等离子体反应腔有n个且并联设置，n为大于2的自然数；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源由脉宽调制器和高压发生器组成；其中：

脉宽调制器的输入电压为220V～300V，变频范围为20KHz～100KHz；

3.根据权利要求1所述的装置，所述放电绒毛是铬镍合金材质的针状物。

4.根据权利要求1-3任意一项中所述的装置，其特征在于，所述电晕管支架的n个支撑柱呈网格状布置，使得各相邻的等离子体反应腔之间保持相同间距；电晕管支架通过设置于其四角的螺栓和绝缘子实现与上挡板之间的固定连接。

5.根据权利要求1-3任意一项中所述的装置，其特征在于，所述防雨帽是耐腐金属材质的防雨帽，呈半圆形，其最低点与反应腔外壳的下端平面相切；防雨帽与放电绒毛互不接触。

6.根据权利要求1-3任意一项中所述的装置，其特征在于，所述放电绒毛的长度为0.5～1cm；放电绒毛与反应腔外壳的间距为0.5～2cm。