CN106039945A - 一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法，所述方法综合考虑了湿度对污染物脱除的影响，是一种智能化的技术方法。所述方法首先基于纳秒级脉冲电源激励的介质阻挡流光放电，采用线筒结构，激发出多种活性粒子作用于烟气污染物；然后通过湿度传感器时时监测反应管内湿度，通过烟气分析仪记录主要污染物浓度，结合同一时刻湿度得到湿度‑污染物脱除率曲线；得出基本控制趋势，利用自调节系统控制反应管中的空气湿度，使污染物的脱除率自动达到最优值。本发明具有简单高效、节能环保的特点，所述方法使用了带有预估的扰动观测法，克服了污染物浓度变化所导致脱除率效率的降低。

Description

一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法

技术领域

本发明涉及工业废气污染物处理技术领域，特别涉及一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法。

背景技术

工业烟气中的多种污染物对生态环境和人体健康的影响日益严重。对比目前的烟气治理系统，湿式等离子体烟气处理技术具有工艺简单、可同时去除多种污染物、占地面积小等优点。以往的湿式等离子体技术，利用水雾喷头增加水汽含量，激发大量羟基自由基，进而提高烟气污染物的脱除率。然而，随着湿度的增大，部分污染物的脱除率先升高后降低，且湿度和脱除率之间呈非线性关系。因此，单纯地依靠水雾喷头提高反应湿度，无法使脱除率达到最大化，并会导致能源的浪费。

发明内容

基于此，本发明提供了一种用于工业废气处理的烟气污染物脱除方法，

所述方法利用线筒结构介质阻挡放电，激发出多种活性粒子作用于烟气污染物上，使其中的物质被深度氧化便于脱除；

所述方法利用反应管中的水雾喷头提高反应管中环境湿度，进而提高烟雾污染物的脱除率；

所述方法利用自调节系统控制反应管中的空气湿度，使污染物的脱除率达到较优值。

本发明所述的方法考虑了湿度对污染物脱除的影响，是一种智能化的技术方法；具有简单高效、节能环保的特点，所述方法使用了带有预估的扰动观测法，克服了污染物浓度变化所导致脱除率效率的降低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的示意图；

图2为本发明的一个实施例中反应管内湿度与污染物脱除率关系图；

图3是本发明一个实施例所涉及的同相氧化反应典型方程式；

图4是本发明一个实施例所涉及的异相氧化反应典型方程式；

图5是本发明一个实施例的扰动观测法流程图；

图6是本发明一个实施例的数字PID对湿度实际值调控的原理图；

图7是本发明一个实施例的完整的控制过程框图。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明公开了一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法，

所述方法利用线筒结构介质阻挡放电，激发出多种活性粒子作用于烟气污染物上，使其中的物质被深度氧化便于脱除；

所述方法利用反应管中的水雾喷头提高反应管中环境湿度，进而提高烟雾污染物的脱除率；

所述方法利用自调节系统控制反应管中的空气湿度，使污染物的脱除率达到较优值。

在本实施例中，如图1所示，提供了一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法。所述方法一方面利用线筒结构介质阻挡放电，激发出多种活性粒子作用于烟气污染物；

另一方面通过湿度传感器时时监测反应管内湿度；

通过烟气分析仪记录主要污染物浓度，结合同一时刻湿度得到湿度-污染物脱除率曲线，如图2所示；

所述方法在进行废气处理时，通过单片机采集传感器测得的湿度，结合湿度-污染物脱除率曲线，控制反应管内喷头的水雾发生量。

在一个实施例中，所述方法利用线筒结构介质阻挡放电产生的高能电子激发出活性粒子与烟气污染物中的HgO、SO2、NOx进行反应。

在本实施例中，在气相氛围下，通过高能电子激发活性粒子与HgO、SO2、NOx的反应为：O2的电离，·O与O3活性基团的生成，活性基团对HgO、SO2、NOx的氧化。典型反应方程式如图3所示。但气相氧化能耗较高，污染物气体分子脱除率较低。

在一个实施例中，所述方法将反应管分为前段和后段，通过控制前段和后段的湿度值，使不同的烟气污染物通过反应管后，烟气污染物中的不同成分均得到较高的脱除率。

在本实施例中，采用在反应管内增设水雾喷头的方式增加烟气中H2O浓度，改变等离子体反应器中活性基团的种类和含量：放电激发出更多的·OH，·O和O3的含量会随之降低。·OH提供的异相氧化途径是低温等离子体脱硫的主要方式，大大提高了脱硫率，也在一定程度上改善了HgO、NOx的脱除率。增加H2O后的主要补充反应如图4所示。

进一步地，烟气中H2O浓度的增加，等离子体放电激发出更多的·OH，异相氧化是低温等离子体脱硫的主要途径，也在一定程度上改善了HgO、NOx的脱除率。

进一步地，随着水汽浓度的继续增大，NOx、VOCs的脱除率先升高后降低。这是由于生成的HNO开始与自由基·OH、·O、·H结合参与反应，增加了NO的浓度，抑制了脱除率。同时湿度增加使更多的水分子吸附电子形成负离子，减弱放电电流，影响大分子有机物降解。

进一步地，在湿度-污染物脱除率曲线中，NOx、VOCs的脱除率变化规律相似，在达到最高脱除率或降解率时所需要的湿度值近似，而HgO、SO2的脱除率曲线相似，因此考虑将反应管内湿度分为两级。第一阶段控制湿度保持在较高的数值，使得HgO、SO2充分反应，但这一阶段NOx、VOCs的脱除效率低下所以含量仍较高。在第二阶段将湿度降低至适当值，使得NOx、VOCs充分脱除。经过两级湿度不同的反应管区域后能够使得烟气中的各种污染物都保持较高脱除率。同时前级湿度高于后级湿度符合反应过程中湿度不断下降的规律，可以使得水雾达到较高利用率，更加节能。

进一步的，将反应管分为前后两级，在内壁分别加装一个湿度传感器，并在管前端、尾部、以及一二级区域连接处安装烟气分析仪。在实测过程中实时监视烟气污染物浓度以及管内变化，传至单片机进行分析，得出当前的各污染物脱出率以及湿度条件。由于污染物有最佳降解率时的湿度随污染物浓度发生变化，且分析复杂，本例利用实测数据自动控制调节最佳降解率时的湿度。

在一个实施例中，所述方法利用自动控制系统控制反应管中的湿度，使不同浓度的烟雾污染物在通过反应管后达到最大脱除率。

进一步的，所述自调节系统控制利用传感器测量反应管中的实时湿度，并传送至单片机，根据之前设定的设定值与实时测量的测量值得到误差，应用数字PID控制输出信号调整水雾喷头产生的水雾量，使反应管中的湿度稳定在设定值。进而使不同浓度的烟雾污染物在通过反应管后达到最大脱除率。

在一个实施例中，所述方法利用扰动观测法测量不同烟雾污染物浓度下的较佳湿度值。

在本实施例中，采用扰动观测法实时调节不同污染物浓度下的湿度值实现最佳脱除率，其基本思想为：利用单片机控制扰动喷头的水雾发生量，进而调节管内的湿度，然后观测污染物脱除率的变化，根据脱除率的变化趋势连续改变扰动水雾发生量方向，使得反应管最终工作与最大脱除率湿度环境。

优选的，为了简化模型，假定入端污染物浓度在此过程中保持不变，设ΔRH为每次调整的湿度步长。当浓度RH增大时，若脱除率RE(k)＞RE(k-1)，此时系统应保持增大设定浓度的扰动方式，即RHref＝RHref+ΔRH。当浓度RH增大时，若脱除率RE(k)＜RE(k-1)，此时系统应采用减小设定浓度的扰动方式，即RHref＝RHref-ΔRH。当浓度RH减小时，若脱除率RE(k)＞RE(k-1)，此时系统应保持减小浓度的扰动方式，即RHref＝RHref-ΔRH。当浓度RH增大时，若脱除率RE(k)＞RE(k-1)，此时系统应采用增大设定浓度的扰动方式，即RHref＝RHref+ΔRH，如图5所示。

进一步地，管内湿度实际值受污染物浓度，气体流速，雾化头喷雾量影响，同时随反应的进行湿度不断降低。因此利用数字PID对湿度实际值进行调控，如图6所示。

在一个实施例中，所述方法利用预估的扰动观测法纠正由于实际生产中烟雾污染物浓度随机变化所带来的观测方向误判。

在本实施例中，由于进入反应管污染物浓度随时间变化，使得扰动观测法出现误判，而导致管内湿度不能达到最优值。这里利用改进的预估扰动观测法实现控制。假设在有效控制时间内，污染物浓度变化速率恒定。设kT时刻RHk浓度下测得的脱除率为RE(k)，此时并不对浓度加扰动，而在kT时刻后半个采样周期的(k+1/2)T时刻增加一次脱除率计算，设计算值为RE(k+1/2)，则可以得到基于一个采样周期的预测脱除率RE’(k)为：

RE’(k)＝2RE(k+1/2)-RE(k)

进一步地，在(k+1/2)T时刻按扰动观测法增加湿度扰动，并设采集出(k+1)T时刻在RE(k+1)湿度下脱除率为RE(k+1)，此时利用RE’(k)与RE(k+1)比较得出下次扰动方向，就不再存在误判问题。

在一个实施例中，所述方法能够实时监测烟雾污染物的浓度变化是否超过阈值，若没有超过阈值，则采用扰动观测法得到较佳湿度值，如果超过阈值，则采用预估的扰动观测法得到湿度较佳值。

在本实施例中，通过反应管前端安装的烟气分析仪进行检测，当发现污染物浓度变化超过一定阈值时，采取预估的扰动观测法，而污染物浓度没有太大变化时使用扰动观测法实现对湿度最优值得控制。完整的控制过程框图如图7所示。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替代；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术范围。

Claims (8)

1.一种湿度自调节的等离子体烟气污染物脱除方法，其特征在于：

所述方法利用线筒结构介质阻挡放电，激发出多种活性粒子作用于烟气污染物上，使其中的物质被深度氧化便于脱除；

所述方法利用反应管中的水雾喷头提高反应管中环境湿度，进而提高烟雾污染物的脱除率；

所述方法利用自调节系统控制反应管中的空气湿度，使污染物的脱除率达到较优值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：优选的，所述方法利用线筒结构介质阻挡放电产生的高能电子激发出的活性粒子与烟气污染物中的HgO、SO_２、NO_x进行反应。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法将反应管分为前段和后段，通过控制前段和后段的湿度值，使不同的烟气污染物通过反应管后，烟气污染物中的不同成分均得到较高的脱除率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法利用自动控制系统控制反应管中的湿度，使不同浓度的烟雾污染物在通过反应管后达到较大的脱除率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述自调节系统控制利用传感器测量反应管中的实时湿度，并传送至单片机，根据之前设定的设定值与实时测量的测量值得到误差，应用数字PID控制输出信号调整水雾喷头产生的水雾量，使反应管中的湿度稳定在设定值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法利用扰动观测法测量不同烟雾污染物浓度下的较佳湿度值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述方法利用预估的扰动观测法纠正由于实际生产中烟雾污染物浓度随机变化所带来的观测方向误判。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法能够实时监测烟雾污染物的浓度变化是否超过阈值，若没有超过阈值，则采用扰动观测法得到较佳湿度值，如果超过阈值，则采用预估的扰动观测法得到湿度较佳值。