CN105920985B - 一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，包括两端开口的废气处理管道，其一端进气，另一端排气，该废气处理管道内沿垂直于废气处理管道方向自上而下均匀排列有若干阻挡介质管，相邻四个阻挡介质管的中心处设置有一个与阻挡介质管平行的高压电极，每个阻挡介质管内均设置有软电极；还包括高压电源，高压电源的一端连接每一个高压电极，另一端连接每一个软电极并接地。本发明同常规处理废气的介质阻挡结构相比，放电能做到更加均匀，使进入的气体充分反应，提高处理效率；放电间隙增大，减小系统背压，有效降低能耗；采用管道结构，气体在管中停留时间较长，且通过放电区域，增加有效接触面积，从而提高处理效率。

Description

一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置
技术领域：
本发明属于废气处理装置技术领域，具体涉及一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置。
背景技术：
低温等离子体技术近年来得到广泛应用，环境保护特别是废气处理方面有潜在的应用价值。随着我国工业化水平的不断提高，一批依托高新技术的化工工业迅速发展，其带来的工业污染愈加严重。许多工厂排放的三废(废液、废气、固体废弃物)中含有大量有害化学物质，难以一次彻底治理。其中，工业废气，定义为在工业生产中产生的有毒或有害的气体，主要包括挥发性有机物 (VOCs)、硫化物、氮氧化物等等。更加有效、经济、方便的治理废气是一项长期而有意义的工作。现有的废气处理方法中，焚烧法处理有机污染物需要很高的温度，这样既造成能源的浪费，同时会带来严重的二次污染和腐蚀问题。催化燃烧法、吸附-解吸法等方法在处理容量、气阻、低效率、普适性差等问题。
国内外的研究表明，介质阻挡放电中富含活性粒子，如OH自由基、O3、激发态O原子、N2和等，此外还有大量的高能粒子，如电子、以及伴随放电的紫外线。它们可以与环境中的有害成分发生复杂的物理、化学反应，将大分子降解为小分子，并使有害成份无毒化或毒性大幅下降，达到良好的灭菌效果。
现有的等离子体废气处理装置，大多采用介质阻挡放电的形式产生等离子体，这是由于介质阻挡放电在拥有气流通道的同时易实现大面积处理；其次，介质阻挡放电中电极表面一般覆盖阻挡介质，电极与废气未直接接触，从而避免出现电极被腐蚀的情况，提高装置的使用寿命。
近年来，关于等离子体废气处理装置的专利和文献逐年递增，但各具特点。如，蒋建平等(CN104437021A)设计了一种电极模块能快速拆卸的等离子体废气处理装置，该设计能大量减少清理工作量，方便电极的清理与维护，这种装置的缺点在于由于电极的可拆卸，电极固定较差，较难达到均匀放电。龚联克等(CN203971712U)将圆管电极与金属颗粒电极结合，表面覆盖阻挡介质，间隔排列高压电极与地电极，对气体进行处理。该结构难以处理大气量的气体达到工业废气的处理要求。万京林等(CN104437019A)对电极结构进行优化，采用单一电源驱动多组同轴式DBD电极，旨在大流量废气处理，期望在工业中得到应用。但该结构的中心电极曲率半径较小，放电区域有限，所以处理废气的效率较为有限。也有人提出一种百叶窗式的废气处理装置(CN203075826U)，能大面积处理废气。但是该装置工艺较复杂，工业上大规模推广难度大。边国鑫等人从化学反应的角度(CN 103055674A)，提出通过新鲜空气生成低温等离子体，再注入系统进入适配器与废气混合发生反应，进行废气处理的构想。该发明通过等离子体产物与废气反应达到处理目的，但是等离子体产物的寿命通常很短，这样的预期效果相对较低。综上，现有的报道，有优点亦有优化提升的空间，并需要在现场工况下投入实际测试。
发明内容：
本发明提供一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，解决的问题在于该装置可在大间隙大气压空气中实现比较均匀的放电，提高通气间隙，减少背压，从而高效、便捷、大面积地处理废气。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，包括两端开口的废弃处理管道，其一端进气，另一端排气，该废气 处理管道内沿垂直于废气 处理管道方向自上而下均匀排列有若干阻挡介质管，相邻四个阻挡介质管的中心处设置有一个与阻挡介质管平行的高压电极，每个阻挡介质管内均设置有软电极；
还包括高压电源，高压电源的一端连接每一个高压电极，另一端连接每一个软电极并接地。
本发明进一步的改进在于，废气 处理管道为一个尺寸可调的截面为矩形的管道。
本发明进一步的改进在于，废气 处理管道的截面尺寸为：长100～800mm，宽100～500mm，管壁厚5～50mm。
本发明进一步的改进在于，废气 处理管道与每一个高压电极之间采用10mm 厚的绝缘材料填充，废气 处理管道的外侧用金属材料包裹并接地。
本发明进一步的改进在于，绝缘材料为环氧树脂、聚四氟乙烯或陶瓷。
本发明进一步的改进在于，阻挡介质管为壁厚1～5mm，内径5～50mm的钢化玻璃圆管，两端与软电极之间密封，阻挡介质管与废气 处理管道之间采用绝缘材料浇筑。
本发明进一步的改进在于，阻挡介质管的一端中心设置有5～10mm的M8 螺杆，用于软电极接地，并排相邻的两个阻挡介质管距离为10～50mm。
本发明进一步的改进在于，高压电极为耐腐蚀金属杆或管，外直径8～15mm，并排相邻的两个高压电极间隔距离为10～50mm；
高压电极与上下阻挡介质管之间的间隙在40～60mm。
本发明进一步的改进在于，高压电源为高频正弦、脉冲或射频电源。
本发明进一步的改进在于，高压电源的电压幅值为4.5kV-10kV。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用新颖的介质阻挡放电结构，同常规处理废气的介质阻挡结构相比，放电能做到更加均匀，使进入的气体充分反应，提高处理效率；放电间隙增大，减小系统背压，有效降低能耗；采用管道结构，气体在管中停留时间较长，且通过放电区域，增加有效接触面积，从而提高处理效率。
本发明提供的基于介质阻挡电晕放电等离子体处理废气的装置，在不同应用环境，必须配合现有的技术协同处理，才能达到相关标准。该结构易与现有的处理废气方式(如光催化、催化剂、活性炭等)协同作用，保证废气处理效率的同时，减少次级污染。
本发明提供的基于介质阻挡电晕放电等离子体处理废气的装置，处理过程在常温常压下进行，不需要成本昂贵的低压设备；有效处理面积大，且能根据实际要求，增加或减少阻挡介质数量，从而调整控制处理面积，该结构所有部件均方便拆装，维修方便。
本发明提供的基于介质阻挡电晕放电等离子体处理废气的装置，放电单元的放电同步性、稳定性、均匀性较好，产生活性产物丰富。等离子体中丰富的活性粒子与被处理气体发生一系列复杂的物理化学反应，最终产物多为无害化气体成分。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧面示意图；
图3为本发明的电路接线示意图；
图4为废气处理系统示意图。
其中，1为废气处理管道，2为阻挡介质管，3为软电极，4为高压电极，5 为滤网，6为光催化处理段，7为等离子体处理段，8为催化剂处理段，9为活性炭处理段。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
本发明提供的基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，将该装置按照附图4安装进处理系统，接入废气处理管道1，打开驱动电源，开始处理。
参见图4，需要处理的废气经过滤网5物理过滤较大尺寸的颗粒等，废气进入光催化处理段6进行处理后，进入本发明设计的等离子体处理段7，在下游设计催化剂处理段8和活性炭处理段9再次净化。
根据处理废气的需要，HV高压电源提供外施电压幅值为4.5kV-10kV(对应不同功率)即可实现放电，无噪声，放电均匀稳定。根据实际需求，可依次增加放电单元数目，整个装置放电功率较小，复合国家节能减排的政策要求。

Claims (7)

1.一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，包括两端开口的废气 处理管道(1)，其一端进气，另一端排气，该废气 处理管道(1)内沿垂直于废气 处理管道(1)方向自上而下均匀排列有若干阻挡介质管(2)，每相邻四个阻挡介质管(2)的中心处设置有一个与阻挡介质管(2)平行的无阻挡介质覆盖的高压电极(4)，为耐腐蚀金属杆或管，外直径8-15mm，并排相邻的两个高压电极(4)间隔距离为10～50mm，高压电极(4)与阻挡介质管(2)形成交错排布，每个阻挡介质管(2)内均填充软电极(3)；
还包括高压电源，高压电源的一端连接每一个高压电极(4)，另一端连接每一个软电极(3)并接地；
阻挡介质管(2)为壁厚1～5mm，内径5～50mm的钢化玻璃圆管，两端与软电极(3)之间密封，阻挡介质管(2)与废气 处理管道(1)之间采用绝缘材料浇筑；高压电源为高频正弦、脉冲或射频电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，废气 处理管道(1)为一个尺寸可调的截面为矩形的管道。
3.根据权利要求2所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，废气 处理管道(1)的截面尺寸为：长100～800mm，宽100～500mm，管壁厚5～50mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，废气 处理管道(1)与每一个高压电极(4)之间采用10mm厚的绝缘材料填充，废气 处理管道(1)的外侧用金属材料包裹并接地。
5.根据权利要求4所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，绝缘材料为环氧树脂、聚四氟乙烯或陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，阻挡介质管(2)的一端中心设置有5～10mm的M8螺杆，用于软电极接地，并排相邻的两个阻挡介质管(2)距离为10～50mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电等离子体处理废气的装置，其特征在于，高压电源的电压幅值为4.5kV-10kV。
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