CN104923073A - 利用废气余热发生光降解废气的处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废气余热发生光降解废气的处理装置，包括了集热与控制换热系统、与集热与控制换热系统相连的热电发电系统、以及最终的废气光降解系统，其中集热与控制换热系统中包括限流器，盘式换热板；热电发电系统包括绝缘层与N，p型半导体材料及铜片；废气光降解系统包括除尘网状板、紫外灯管、光催化板、活性炭纤维网。本发明实现了工业废气，汽车尾气带来的热量在集热控制系统下，进行换热从而产生温差，进一步运用赛贝克效应，使热转变成电，给光催化降解系统中的紫外灯管提供电能。从而确保后续的光降解废气得以不断进行。本发明中的光催化板，是运用纳米二氧化钛负载的网状金属板，并且在金属网孔中填充纳米级二氧化钛。

Description

利用废气余热发生光降解废气的处理装置

技术领域

本发明涉及一种废气的处理装置，特别是一种光降解废气的处理装置，应用于废弃物余热发电应用和光化学降解废弃物处理装置技术领域。

背景技术

早在蒸汽机时代以前，由于人类的文明程度较低，人们过着刀耕火种的生活，对于人类社会向来都是良性的发展，但是在工业革命的到来以后，人类社会发生了翻天覆地变化，大量的工业产品代替了劳动力，人们的生活也发生了巨大改进，但是在技术进步的同时，所带来问题也不容小视，大气污染，臭氧空洞，温室效应，海平面上涨，因此，我们应该运用科技进步的同时，开发出新的技术消除工业所带来的环境问题。

近几十年里，工业发展迅速，所带来的能源问题，环境问题非常严峻，在开发新能源的同时注重对于传统能源的利用率的诉求不断提升，目前关于废弃物回收的主流能源回收方式还是一种比较传统的能源利用方式，通过外部能源辅助废弃物处理还是主要的处理方式。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用废气余热发生光降解废气的处理装置，利用工业废气产生时或汽车尾气所伴随的热量，通过集热与控制换热系统，把热量通过热电发电系统将热能转变成电能，供给紫外光源，以便利用光催化降解系统对废气进行降解，净化，实现废气能源再利用，然后通过光催化废气降解系统实现对工业废气净化。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种利用废气余热发生光降解废气的处理装置，由光降解废气系统和供电系统组成，光降解废气系统包括光降解反应室，在光降解反应室中设置除尘器 、催化剂载体反应床和一系列紫外灯管 ，催化剂载体反应床形成待处理的废气的气流反应通道，紫外灯管通过导线与供电系统的输出电路连接，待处理的废气从进气口进入光降解反应室中，经过除尘器进行除尘后，再经过催化剂载体反应床，并在各紫外灯管发出的紫外光下照射下发生光化学反应，进而对废气进行降解，供电系统是由废气输送泵、集热与控制换热系统、热发电系统、放大电路和电源管理系统组成废气余热发电控制系统，废气输送泵将含有热量的废气输入到集热与控制换热系统进行热能收集，然后将收集的热能输送到热发电系统的温差热电模块，使废气的热能转化成电能，向光降解废气系统中的紫外灯管供电，集热与控制换热系统通过其限流装置与换热装置搭配使用控制换热量，经过集热与控制换热系统降温的低温废气和其他原始废气一并进入光降解废气系统进行光化学降解处理，处理后的尾气进行排放。

作为本发明优选的技术方案，集热与控制换热系统由热源废气入口、绝热层、盘状换热板和导热丝组成，绝热层围合形成与外界隔热的换热管道内腔，盘状换热板设置于换热管道内，导热丝的两端分别与盘状换热板和热发电系统的温差热电模块连接实现热能传导输送，原始的待处理废气通过三通管输送，其中一部分原始的待处理废气由热源废气入口进入换热管道，盘状换热板对流经的废气进行聚热，其中另一部分原始的待处理废气通过位于换热管道外部的废气输气管道与在换热管道内完成换热后的低温废气汇合后，再一并进入光降解废气系统的进气口后进行降解处理，在废气输气管道中设有限流器开关，对进入废气输气管道的待处理废气进行流量调控，实现两部分废气的分流流量和流速控制。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，绝热层采用柔性材料制成，盘状换热板为可折叠舒张的变形的散热装置，盘状换热板随着绝热层形成的换热管道内腔的径向形状变化进行被动变形，控制限流器开关，控制进入热源废气入口的废气流量，通过绝热层形成的换热管道内腔的压力变化，使绝热层被压缩或扩张。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，废气输气管道也采用柔性材料制成，控制限流器开关使进入废气输气管道的废气对废气输气管道壁产生压力，并使压力并直接作用于绝热层表面，进而通过压力传导辅助绝热层进行压缩或扩张。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，热发电系统的温差热电模块依次由电极顶片、顶连接电极薄膜、热电材料薄膜、底连接电极薄膜和电极底片以层状结合方式复合而成，电极顶片采用耐高温绝缘的材料制成，热源接触端穿过电极顶片与顶连接电极薄膜导热连接，热电材料薄膜由厚度相同的P型热电材料薄膜和N型热电材料薄膜组成，底连接电极薄膜被绝缘分隔成为独立的两部分，在顶连接电极薄膜和电极底片之间设置绝热绝缘填充材料，使P型热电材料薄膜和N型热电材料薄膜之间绝缘，并使底连接电极薄膜的两部分分别对应与P型热电材料薄膜和N型热电材料薄膜电连接，底连接电极薄膜的两部分形成电流输出电极，底连接电极薄膜的两部分分别引出的导线连接到光降解废气系统中的紫外灯管，使紫外灯管发射紫外光。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，电极顶片和电极底片均由耐高温绝缘陶瓷材料制成；顶连接电极薄膜和底连接电极薄膜采用金属、非金属或合金导电材料制成。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，除尘器采用至少一层过滤网或至少一层过滤板；紫外灯管采用紫外发光功率为8-15 w的小功率灯管。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，催化剂载体反应床由一系列光催化孔板组成，光催化孔板的透气孔上设有纤维，具有纳米多孔结构的催化剂颗粒负载于透气孔上设有纤维上，在光降解反应室中，各光催化孔板沿着垂直废气流向依次按设定的板间距离进行设置。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，光催化孔板采用网状孔板，光催化孔板采用活性炭纤维或金属纤维制成，采用二氧化钛纳米颗粒与石墨烯形成透气的复合材料，嵌入光催化孔板的板孔中，形成催化剂载体反应床。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，电源管理系统包括整流电路、滤波电路和稳压电路，放大电路的输出电流进入电源管理系统后，进行整流、滤波和稳压后形成稳定电流后向光降解废气系统中的紫外灯管供电。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明利用工业废气所产生的热量为热源，并且通过集热与控热系统对热量进行控制，热能可控，从而使温度差可控，热源所提供的热量稳定，可实现稳定供给热量，可实现自主式供电控制，延长紫外灯管寿命；

2. 本发明采用温差热电薄膜材料作为中间体使热能转变为电能，并施加绝热层减少不必要的散热，提高了能量利用率；

3. 本发明采用热电发电系统对废气热量进行转变，所得电能供给紫外光源照射，使二氧化钛光催化板对工业废气进行高效降解；

4. 本发明的集热与控制换热系统相连的将废弃热能转化成电能的热电发电系统通过气体收集热量，产生温差，运用赛贝克效应从而产生电流，方便应用于紫外光源。

附图说明

图1是本发明实施例一利用废气余热发生光降解废气的处理装置的结构示意图。

图2是本发明实施例一的集热与控制换热系统的结构示意图。

图3是本发明实施例一的热发电系统的温差热电模块的结构示意图。

图4是本发明实施例一的光降解废气系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1~图4，一种利用废气余热发生光降解废气的处理装置，由光降解废气系统6和供电系统组成，光降解废气系统包括光降解反应室，在光降解反应室中设置除尘器62、催化剂载体反应床和3只紫外灯管65，催化剂载体反应床形成待处理的废气的气流反应通道，紫外灯管65通过导线63与供电系统的输出电路连接，待处理的废气从进气口61进入光降解反应室中，经过除尘器62进行除尘后，再经过催化剂载体反应床，并在各紫外灯管65发出的紫外光下照射下发生光化学反应，进而对废气进行降解，供电系统是由废气输送泵1、集热与控制换热系统2、热发电系统3、放大电路4和电源管理系统5组成废气余热发电控制系统，废气输送泵1将含有热量的废气输入到集热与控制换热系统2进行热能收集，然后将收集的热能输送到热发电系统3的温差热电模块，使废气的热能转化成电能，向光降解废气系统6中的紫外灯管65供电，集热与控制换热系统2通过其限流装置与换热装置搭配使用控制换热量，经过集热与控制换热系统2降温的低温废气和其他原始废气一并进入光降解废气系统6进行光化学降解处理，处理后的尾气进行排放。在本实施例中，参见图1，集热与控热系统2与热电发电系统3的温差热电模块相连，并使热电系统3 产生电通过放大电路4进入电源管理系统5，形成稳定电流，继而供给紫外光源，使光降解废气系统6发挥作用。本实施例利用工业废气所带来的热量利用热电系统转变成电能来供给紫外光源，以便利用光催化降解系统对废气进行降解，净化。本实施例装置主要实现以下四个过程：集热与控热系统控制与聚集所需热量、利用温差热电发电、所发电能供给紫外光源和在紫外光照射下光催化系统对废气进行降。在集热与控热系统控制与聚集所需热量过程中，集热与控热系统的热源来自于工业废气，通过集热与控热系统的限流器对热量传导进行控制，并运用盘状集热板聚集所需热量；在利用温差热电发电过程中，温差热电系统对于集热过程所产生的热量进行利用，使热电薄膜产生温度差，从而使热能转变成电能；在所发电能供给紫外光源过程中，自给式紫外光源，就是利用过程2中的热电发电系统所产生的电能，实现自给；在紫外光照射下光催化系统对废气进行降过程中，紫外光照射下光催化系统利用紫外光的照射对工业废气进行光催化降解。

在本实施例中，参见图2，集热与控制换热系统2由热源废气入口21、绝热层23、盘状换热板25和导热丝26组成，绝热层23围合形成与外界隔热的换热管道内腔，盘状换热板25设置于换热管道内，导热丝26的两端分别与盘状换热板25和热发电系统3的温差热电模块连接实现热能传导输送，原始的待处理废气通过三通管输送，其中一部分原始的待处理废气由热源废气入口21进入换热管道，盘状换热板25对流经的废气进行聚热，其中另一部分原始的待处理废气通过位于换热管道外部的废气输气管道24与在换热管道内完成换热后的低温废气汇合后，再一并进入光降解废气系统6的进气口61后进行降解处理，在废气输气管道24中设有限流器开关22，对进入废气输气管道24的待处理废气进行流量调控，实现两部分废气的分流流量和流速控制。废气通过管道由热源废气入口21进入集热与控制换热系统2，遇到盘状换热板25进行聚热，而盘状换热板25外围为绝热材料制成的绝热层23，防止热量泄露。

在本实施例中，参见图3，热发电系统3的温差热电模块依次由电极顶片32、顶连接电极薄膜33、热电材料薄膜、底连接电极薄膜36和电极底片38以层状结合方式复合而成，电极顶片32为高温面，采用耐高温绝缘的材料制成，热源接触端31穿过电极顶片32与顶连接电极薄膜33导热连接，热电材料薄膜由厚度相同的P型热电材料薄膜34和N型热电材料薄膜35组成，底连接电极薄膜36被绝缘分隔成为独立的两部分，在顶连接电极薄膜33和电极底片38之间设置绝热绝缘填充材料37，使P型热电材料薄膜34和N型热电材料薄膜35之间绝缘，隔绝N型与P型热电材料薄膜间的相互影响，并使底连接电极薄膜36的两部分分别对应与P型热电材料薄膜34和N型热电材料薄膜35电连接，底连接电极薄膜36的两部分形成电流输出电极，底连接电极薄膜36的两部分分别引出的导线连接到光降解废气系统6中的紫外灯管65，使紫外灯管65发射紫外光。

在本实施例中，参见图3，电极顶片32和电极底片38均由耐高温绝缘陶瓷材料制成；顶连接电极薄膜33和底连接电极薄膜36采用金属、非金属或合金导电材料制成。

在本实施例中，参见图4，除尘器62采用1层过滤板；紫外灯管65采用紫外发光功率为15 w的小功率灯管，以确保热电发电机可以正常工作使用。

在本实施例中，参见图4，催化剂载体反应床由三块光催化孔板64组成，在不影响气体通过的情况下，光催化孔板64的透气孔上设有纤维，具有纳米多孔结构的催化剂颗粒负载于透气孔上设有纤维上，以增加它的比表面积，从而，提高其光降解的效率，在光降解反应室中，各光催化孔板64沿着垂直废气流向依次按设定的板间距离进行设置。

在本实施例中，参见图4，光催化孔板64采用网状孔板，光催化孔板64采用活性炭纤维或金属纤维制成，采用二氧化钛纳米颗粒与石墨烯形成透气的复合材料，嵌入光催化孔板64的板孔中，形成催化剂载体反应床。本实施例所涉及的是能源回收利用，以及在环境保护方面，特别是自给式的能源利用方式促使二氧化钛光降解废气。

在本实施例中，参见图1，电源管理系统5包括整流电路51、滤波电路52和稳压电路53，放大电路4的输出电流进入电源管理系统5后，进行整流、滤波和稳压后形成稳定电流后向光降解废气系统6中的紫外灯管65供电。本发明的光电产生和应用总体过程为：首先废气热源通过集热与控制换热系统2将所需热量进行聚集，然后使用温差热电模块对聚集的热量进行换热，并经过热电发电系统3进行，转化成电能，再经过放大电路4，然后经过电源管理系统5中的整流、滤波、稳压后输出，进行光降解废气过程，其他多余废气直接进入光降解废气过程，进行光催化降解。

本实施例实现了工业废气带来的热量在集热控制系统下，进行换热从而产生温差，进一步运用赛贝克效应，使热转变成电，给光催化降解系统中的紫外灯管提供电能，从而确保后续的光降解废气得以不断进行。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中， 绝热层23采用柔性材料制成，盘状换热板25为可折叠舒张的变形的散热装置，盘状换热板25随着绝热层23形成的换热管道内腔的径向形状变化进行被动变形，控制限流器开关22，控制进入热源废气入口21的废气流量，通过绝热层23形成的换热管道内腔的压力变化，使绝热层23被压缩或扩张。

在本实施例中，废气输气管道24也采用柔性材料制成，控制限流器开关22使进入废气输气管道24的废气对废气输气管道24壁产生压力，并使压力并直接作用于绝热层23表面，进而通过压力传导辅助绝热层23进行压缩或扩张。当所需热量增大或减小时，则可用限流器开关22进行流速调控，使绝热层23被压缩或扩张，多余废气从上下通道通过，从而达到控热目的。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用废气余热发生光降解废气的处理装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用废气余热发生光降解废气的处理装置，由光降解废气系统（6）和供电系统组成，所述光降解废气系统包括光降解反应室，在所述光降解反应室中设置除尘器（62）、催化剂载体反应床和一系列紫外灯管（65），所述催化剂载体反应床形成待处理的废气的气流反应通道，所述紫外灯管（65）通过导线（63）与所述供电系统的输出电路连接，待处理的废气从进气口（61）进入光降解反应室中，经过所述除尘器（62）进行除尘后，再经过所述催化剂载体反应床，并在各所述紫外灯管（65）发出的紫外光下照射下发生光化学反应，进而对废气进行降解，其特征在于：所述供电系统是由废气输送泵（1）、集热与控制换热系统（2）、热发电系统（3）、放大电路（4）和电源管理系统（5）组成废气余热发电控制系统，所述废气输送泵（1）将含有热量的废气输入到所述集热与控制换热系统（2）进行热能收集，然后将收集的热能输送到所述热发电系统（3）的温差热电模块，使废气的热能转化成电能，向所述光降解废气系统（6）中的紫外灯管（65）供电，所述集热与控制换热系统（2）通过其限流装置与换热装置搭配使用控制换热量，经过所述集热与控制换热系统（2）降温的低温废气和其他原始废气一并进入所述光降解废气系统（6）进行光化学降解处理，处理后的尾气进行排放。

2.根据权利要求1所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述集热与控制换热系统（2）由热源废气入口（21）、绝热层（23）、盘状换热板（25）和导热丝（26）组成，所述绝热层（23）围合形成与外界隔热的换热管道内腔，所述盘状换热板（25）设置于所述换热管道内，所述导热丝（26）的两端分别与所述盘状换热板（25）和所述热发电系统（3）的温差热电模块连接实现热能传导输送，原始的待处理废气通过三通管输送，其中一部分原始的待处理废气由热源废气入口（21）进入所述换热管道，所述盘状换热板（25）对流经的废气进行聚热，其中另一部分原始的待处理废气通过位于换热管道外部的废气输气管道（24）与在换热管道内完成换热后的低温废气汇合后，再一并进入所述光降解废气系统（6）的进气口（61）后进行降解处理，在所述废气输气管道（24）中设有限流器开关（22），对进入所述废气输气管道（24）的待处理废气进行流量调控，实现两部分废气的分流流量和流速控制。

3.根据权利要求2所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述绝热层（23）采用柔性材料制成，所述盘状换热板（25）为可折叠舒张的变形的散热装置，所述盘状换热板（25）随着所述绝热层（23）形成的换热管道内腔的径向形状变化进行被动变形，控制所述限流器开关（22），控制进入所述热源废气入口（21）的废气流量，通过所述绝热层（23）形成的换热管道内腔的压力变化，使所述绝热层（23）被压缩或扩张。

4.根据权利要求3所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述废气输气管道（24）也采用柔性材料制成，控制所述限流器开关（22）使进入所述废气输气管道（24）的废气对所述废气输气管道（24）壁产生压力，并使压力并直接作用于所述绝热层（23）表面，进而通过压力传导辅助所述绝热层（23）进行压缩或扩张。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述热发电系统（3）的温差热电模块依次由电极顶片（32）、顶连接电极薄膜（33）、热电材料薄膜、底连接电极薄膜（36）和电极底片（38）以层状结合方式复合而成，所述电极顶片（32）采用耐高温绝缘的材料制成，热源接触端（31）穿过所述电极顶片（32）与所述顶连接电极薄膜（33）导热连接，热电材料薄膜由厚度相同的P型热电材料薄膜（34）和N型热电材料薄膜（35）组成，所述底连接电极薄膜（36）被绝缘分隔成为独立的两部分，在顶连接电极薄膜（33）和所述电极底片（38）之间设置绝热绝缘填充材料（37），使P型热电材料薄膜（34）和N型热电材料薄膜（35）之间绝缘，并使所述底连接电极薄膜（36）的两部分分别对应与P型热电材料薄膜（34）和N型热电材料薄膜（35）电连接，所述底连接电极薄膜（36）的两部分形成电流输出电极，所述底连接电极薄膜（36）的两部分分别引出的导线连接到所述光降解废气系统（6）中的紫外灯管（65），使所述紫外灯管（65）发射紫外光。

6.根据权利要求5所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述电极顶片（32）和所述电极底片（38）均由耐高温绝缘陶瓷材料制成；所述顶连接电极薄膜（33）和所述底连接电极薄膜（36）采用金属、非金属或合金导电材料制成。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述除尘器（62）采用至少一层过滤网或至少一层过滤板；所述紫外灯管（65）采用紫外发光功率为8-15 w的小功率灯管。

8.根据权利要求1～4中任意一项所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述催化剂载体反应床由一系列光催化孔板（64）组成，所述光催化孔板（64）的透气孔上设有纤维，具有纳米多孔结构的催化剂颗粒负载于透气孔上设有纤维上，在光降解反应室中，各所述光催化孔板（64）沿着垂直废气流向依次按设定的板间距离进行设置。

9.根据权利要求8所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述光催化孔板（64）采用网状孔板，所述光催化孔板（64）采用活性炭纤维或金属纤维制成，采用二氧化钛纳米颗粒与石墨烯形成透气的复合材料，嵌入所述光催化孔板（64）的板孔中，形成催化剂载体反应床。

10.根据权利要求1～4中任意一项所述利用废气余热发生光降解废气的处理装置，其特征在于：所述电源管理系统（5）包括整流电路（51）、滤波电路（52）和稳压电路（53），所述放大电路（4）的输出电流进入所述电源管理系统（5）后，进行整流、滤波和稳压后形成稳定电流后向所述光降解废气系统（6）中的紫外灯管（65）供电。