CN107789963A - 一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置 - Google Patents

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Abstract

一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，包括用于引入有机废气的进气单元、用于对有机废气电离并使其产生大量高能电子的电晕反应单元以及用于产生脉冲电压的供电电源，所述进气单元的进气口通入有机废气，所述进气单元的出气口与所述电晕反应单元的总进气口管路连通，所述电晕反应单元的总出气口与下游设备的进气口管路连通，所述电晕反应单元的供电端与所述供电电源的输电端电连。本发明的有益效果是：装置结构简单，操作方便，延长了挥发性有机废气在反应器内的有效停留时间；该装置较之传统的线‑板式、线‑筒式反应器增大了电晕区域范围，增加了反应时间，处理气体流量也有一定的提升，适合在工业有机废气治理行业推广使用。

Description

一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置
技术领域
本发明涉及一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置， 属于有机废气净化技术领域。
背景技术
随着工业的发展和城市化进程的加快，空气污染现象越来越严 重，有机污染物在阳光照射下会与氮氧化物等反应产生光化学烟雾， 造成二次污染，不仅危害动植物生长，而且对人类健康有一定的损害。
现有的有机污染物处理方法吸附法、吸收法、燃烧法、生物法等 都有一定的局限性，等离子体技术、光催化技术等高级氧化技术引起 了人们的广泛关注，脉冲放电或无声放电等产生的非热平衡等离子体 技术其基本原理是利用电晕放电产生大量高能电子，激发O2、N2、 H2O等产生大量活性自由基等，这些高能电子和活性自由基与有害污 染物分子反应并使其离解氧化，最终转化为无害物。而二氧化钛光催 化技术在常温常压下通过紫外灯的照射就可以对空气或水中的污染 物进行降解，无二次污染，处理效率高，且催化剂廉价易得，性能稳 定，已经逐渐成为一种理想的环境治理技术并受到国内外研究人员的 关注。反应器则是光催化技术和脉冲电晕技术的核心，它的设计结构 和使用直接决定了光催化处理污染物的效果。如何设计并改进反应器 结构以提高有机废气的去除效率是研究人员十分关注的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是为了解决线-板式电晕反应器起晕电压 高，能耗高的缺点，结合线-筒式反应器起晕电压低优势，将二者串 联使用，充分利用电能，增加有效反应时间而提出的一种复合式脉冲 电晕等离子体去除有机废气的装置。
本发明所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装 置，其特征在于：包括用于引入有机废气的进气单元、用于对有机废 气电离并使其产生大量高能电子的电晕反应单元以及用于产生脉冲 电压的供电电源，所述进气单元的进气口通入有机废气，所述进气单 元的出气口与所述电晕反应单元的总进气口管路连通，所述电晕反应 单元的总出气口与下游设备的进气口管路连通，所述电晕反应单元的 供电端与所述供电电源的输电端电连；
所述电晕反应单元包括线-板电晕反应单元和线-筒电晕反应单 元，所述线-板电晕反应单元位于线-筒电晕反应单元上游；所述线- 板电晕反应单元包括长方体外壳、多块第一电晕极板、若干第一电晕 线和用于安装第一电晕线的电晕线安装座，所述长方体外壳沿长度方 向的一端左侧壁上设有总进气口，与之相对的另一端右侧壁上设有第 一出气口，所述长方体外壳的内腔通过平行排布的电晕极板划分成若 干反应区域，位于相邻两第一电晕极板之间的长方体外壳前、后侧壁 的内壁面设有多对第一电晕线安装座；所述第一电晕线通过电晕线安 装座与外界的供电电源的相应的输电端电连；
所述线-筒电晕反应单元包括圆柱形反应筒、通气导管、第二电 晕极板、第二电晕线、第一连接头、出气导管和第一橡胶塞，所述圆 筒形反应筒底端进气端与所述第一连接头的顶端出气端密封连通，所 述第一连接头的顶端出气端配有用于分隔圆柱形反应筒内腔与第一 连接头内腔的绝缘端子，二者通过装在绝缘端子上的通气导管相互导 通；所述第一连接头的底部进气口与所述线-板电晕反应单元的第一 出气口连通；所述第二电晕极板贴覆在所述圆柱形反应筒内壁，并通 过接地极线接地；所述第一橡胶塞塞在所述圆柱形反应筒的顶端，并 且所述第一橡胶塞与所述绝缘端子之间设有用于与供电电源的相应 输电端电连的第二电晕线；所述出气导管的一端插入所述第一橡胶塞 内并与圆柱形反应筒连通，另一端作为总出气口与下游设备的进气口 连通；所述第二电晕线与外界的供电电源的相应的输电端电连。
所述进气单元包括进气导管、第二橡胶塞、第二连接头和气体布 孔板，所述第二连接头的进气端塞入第二橡胶塞，并通过插入第二橡 胶塞内的进气导管连通弯管第二连接头的内外腔，所述第二连接头的 出气端与所述电晕反应单元的总出气口连通；所述气体布孔板封堵在 所述第二连接头的出气端，用于向电晕反应单元内均匀进气。
所述第二连接头和所述第一连接头均为光滑过渡的弯管，且第一 连接头、第二连接头与长方体外壳密封连通的一端内径小于二者远离 长方体外壳的一端内径。
所述第一电晕线安装座成对布置，且同对第一电晕线安装座分别 安装在相邻两第一电晕极板之间的长方体外壳前、后侧壁同一水平位 置，且所述的第一电晕线安装座所在的垂面与分列在其两侧的所述第 一电晕极板平行且等距，即保证第一电晕线与分列在其两侧的第一电 晕极板平行且等距。
所述的线-板式反应单元电晕区域第一电晕极板为5个，材质为 304国标不锈钢铁丝网；线-筒式反应单元电晕区域的第二电晕极板为 铝箔材质。
第一电晕线为10根，第二电晕线1根，材质为直径1mm的铜 线，其中第一电晕线分成两类，一类为由三根处于同一垂面且平行的 第一电晕线组成的第一电晕线组，另一类为由两根处于同一垂面且平 行的第一电晕线组成的第二电晕线组，且第一电晕线组、第二电晕线 组交替设置在由第一电晕极板划分的电晕反应区。
所述的第一电晕线以及第二电晕线的供电电压为脉冲电压，电压 为±2K-±200kV，脉冲频率为10Hz-2kHz。
电晕区域内脉冲高压电源放电产生高能电子，以及光催化剂表面 产生的电子-空穴对、羟基自由基、氧自由基等高能电子及活性粒子 与VOCs有害组分反应使其最终转化为无害化的CO2、H2O等物质。
复合式脉冲电晕反应区：反应器主体的结构形式由长方体和圆柱 体两部分组成，长方体部分为线-板式电晕反应器单元，进气导管固 定在第二橡胶塞中心，通过第二连接头与线-板式反应单元连接，并 在连接处设有气体布孔板，使气体进入反应器后均匀通过电晕区域， 电晕反应区域由5个第一电晕极板和10根第一电晕线组成，线-筒电 晕反应单元通过第一连接头与线-板式反应单元连接，使用聚四氟乙 烯脱脂生料带进行密封，电晕区域同样由第二电晕极板和第二电晕线 组成，然后通过给第一电晕线、第二电晕线接入脉冲高压电，实现对 通过的有机废气进行处理。
具体的，线-板式电晕反应单元的长方体壳体长250mm，宽80 mm，高60mm，第一电晕极板的以卡槽的形式插入长方体壳体内， 第一电晕极板长75mm，宽55mm，相邻两第一电晕极板之间距离为 40mm，第一电晕线距离电晕极板为20mm，第一电晕线之间的距离 为20mm和30mm，所述的线-筒式反应单元电晕区域的第二电晕极 板为铝箔材质，圆柱形反应筒的内径为38mm，长200mm，第二电 晕极板长150mm，厚度为1mm，第二电晕线直径1mm，第二电晕线距离第二电晕极板为18mm。
本发明的有益效果是：本装置工作时，气体通过布孔板进入反应 单元，通电后与脉冲电压发生器相连的电晕线和电晕极板产生脉冲电 晕电场，在电晕电场中形成非平衡等离子体，一方面气流中的颗粒污 染物经过电源电场后可以被吸附在电晕极板上，另一方面进入电晕电 场的有机废气可以被分解成无害化的物质，实现对空气的净化和对有 害物质的去除。本发明具有结构简单合理，操作简便，适用场合较广， 能够为工业化的应用提供一定的理论支持；本发明由长方体的线-板 式反应器和圆柱体的线-筒式反应器串联组成，装置结构简单，操作 方便，延长了挥发性有机废气在反应器内的有效停留时间；该装置较之传统的线-板式、线-筒式反应器增大了电晕区域范围，增加了反应 时间，处理气体流量也有一定的提升，适合在工业有机废气治理行业 推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机 废气的装置，包括用于引入有机废气的进气单元1、用于对有机废气 电离并使其产生大量高能电子的电晕反应单元2以及用于产生脉冲 电压的供电电源，所述进气单元的进气口通入有机废气，所述进气单 元的出气口与所述电晕反应单元的总进气口管路连通，所述电晕反应 单元的总出气口与下游设备的进气口管路连通，所述电晕反应单元的 供电端与所述供电电源的输电端电连；
所述电晕反应单元2包括线-板电晕反应单元21和线-筒电晕反 应单元22，所述线-板电晕反应单元21位于线-筒电晕反应单元22上 游；所述线-板电晕反应单元21包括长方体外壳211、多块第一电晕 极板212、若干第一电晕线213和用于安装第一电晕线的电晕线安装 座214，所述长方体外壳211沿长度方向的一端左侧壁上设有总进气 口，与之相对的另一端右侧壁上设有第一出气口，所述长方体外壳 211的内腔通过平行排布的第一电晕极板212划分成若干反应区域， 位于相邻两第一电晕极板212之间的长方体外壳211前、后侧壁的内 壁面设有多对第一电晕线安装座214；所述第一电晕线213通过第一 电晕线安装座214与外界的供电电源的相应的输电端电连；
所述线-筒电晕反应单元22包括圆柱形反应筒221、通气导管222、第二电晕极板223、第二电晕线224、第一连接头225、出气导 管226和第一橡胶塞227，所述圆筒形反应筒221底端进气端与所述 第一连接头的顶端出气端密封连通，所述第一连接头的顶端出气端配 有用于分隔圆柱形反应筒内腔与第一连接头内腔的绝缘端子228(同 样为橡胶塞)，二者通过装在绝缘端子228上的通气导管222相互导 通；所述第一连接头225的底部进气口与所述线-板电晕反应单元21 的第一出气口连通；所述第二电晕极板223贴覆在所述圆柱形反应筒 221内壁，并通过接地极线229接地；所述第一橡胶塞227塞在所述 圆柱形反应筒221的顶端，并且所述第一橡胶塞227与所述绝缘端子 228之间设有用于与供电电源的相应输电端电连的第二电晕线224； 所述出气导管226的一端插入所述第一橡胶塞227内并与圆柱形反应 筒221连通，另一端作为总出气口与下游设备的进气口连通；所述第 二电晕线224与外界的供电电源的相应的输电端电连。
所述进气单元1包括进气导管11、第二橡胶塞12、第二连接头 13和气体布孔板14，所述第二连接头13的进气端塞入第二橡胶塞 12，并通过插入第二橡胶塞12内的进气导管11连通第二连接头13 的内外腔，所述第二连接头13的出气端与所述电晕反应单元2的总出气口连通；所述气体布孔板14封堵在所述第二连接头13的出气端， 用于向电晕反应单元2内均匀进气。
所述第二连接头13和所述第一连接头225均为光滑过渡的弯管， 且第一连接头225、第二连接头13与长方体外壳211密封连通的一 端内径小于二者远离长方体外壳211的一端内径。
所述第一电晕线安装座214成对布置，且同对第一电晕线安装座214分别安装在相邻两第一电晕极板212之间的长方体外壳211前、 后侧壁同一水平位置，且所述的第一电晕线安装座214所在的垂面与 分列在其两侧的所述第一电晕极板212平行且等距，即保证第一电晕 线213与分列在其两侧的第一电晕极板212平行且等距。
所述的线-板式反应单元21电晕区域第一电晕极板212为5个， 材质为304国标不锈钢铁丝网；线-筒式反应单元22电晕区域的第二 电晕极板223为铝箔材质。
第一电晕线213为10根，第二电晕线1根，材质为直径1mm 的铜线，其中第一电晕线分成两类，一类为由三根处于同一垂面且平 行的第一电晕线组成的第一电晕线组，另一类为由两根处于同一垂面 且平行的第一电晕线组成的第二电晕线组，且第一电晕线组、第二电 晕线组交替设置在由第一电晕极板划分的电晕反应区。
所述的第一电晕线213以及第二电晕线224的供电电压为脉冲电 压，电压为±2K-±200kV，脉冲频率为10Hz-2kHz。
出气导管226内径为6mm，材质为普通玻璃。
所述的线-板式反应单元21的长方体外壳211为有机玻璃材质， 线-筒式反应单元22的圆柱形圆筒221为石英玻璃材质。
所述的第一连接头225、第二连接头13与长方体外壳211相连 端外径为30mm，远离长方体外壳211一端的内径为40mm。
所述的气体布孔板14为250目的304国标不锈钢铁丝网，过滤 器为500目的尼龙网。
所述的绝缘端子228材质为Syringe Filter。
电晕区域内脉冲高压电源放电产生高能电子，以及光催化剂表面 产生的电子-空穴对、羟基自由基、氧自由基等高能电子及活性粒子 与VOCs有害组分反应使其最终转化为无害化的CO2、H2O等物质。
实施例2实验装置结构如图1所示。线-板式电晕反应单元的长 方体外壳长250mm，宽80mm，高60mm，第一电晕极板的以卡槽 的形式插入长方体外壳内，电晕极板长75mm，宽55mm，第一电晕 极板之间距离为40mm，第一电晕线距离电晕极板为20mm，第一电 晕线之间的距离为20mm和30mm，如图1所示。线-筒式电晕反应 单元的圆柱形圆筒内径为38mm，长200mm，铝箔(即第二电晕极 板)长150mm，厚度为1mm，第二电晕线直径1mm，第二电晕线 距离第二电晕极板为18mm，第一连接头连接处内径为30m，绝缘 端子连接处内径为45mm。
实验条件为：
气体流量为：1.2L/h，载气为空气和氮气；
脉冲电源参数：峰值电压22.5kV，脉冲频率50Hz；
实验结果如表1所示。
表1 二氯甲烷去除效果
实施例3参照图1：处理工艺流程是把待处理的含二氯甲烷的气 体通过进气导管导入装置内，通气一段时间，是装置内空气被完全置 换出来，待进出口气体浓度一致时，打开脉冲高压电源和紫外光源， 在电晕线和电晕极板之间产生脉冲电晕电场，高能电子在脉冲电晕电 场的加速作用下与O2、H2O、VOCs等分子碰撞，产生大量的O·、 OH·等活性粒子，同时受紫外光的照射在二氧化钛表面产生电子-空 穴对、OH·等活性粒子，这些高能电子及活性粒子与VOCs有害组 分进一步碰撞发生氧化还原反应，使得VOCs最终转化为无害化的 CO2、H2O等物质。
实验装置结构如图1所示。反应器的结构参数：线-板式电晕反 应器长方体外壳的长250mm，宽80mm，高60mm，第一电晕极板 的以卡槽的形式插入反应器内，第一电晕极板长75mm，宽55mm， 相邻两第一电晕极板之间距离为40mm，第一电晕线距离相邻的第一 电晕极板为20mm，第一电晕线之间的距离为20mm和30mm，如 图1所示。线-筒式电晕反应器的圆柱形圆筒内径为38mm，长200 mm，第二电晕极板长150mm，厚度为1mm，第二电晕线直径1mm， 第二电晕线距离相邻的第二电晕极板为18mm，第一连接头连接处内 径为30m，绝缘端子连接处内径为45mm。
实验条件为：
气体流量为：0.8L/h，载气为空气和氮气；
脉冲电源参数：峰值电压22.5kV，脉冲频率50Hz；
实验结果如表1所示。
表1 二氯甲烷去除效果
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形 式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够 想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：包括用于引入有机废气的进气单元、用于对有机废气电离并使其产生大量高能电子的电晕反应单元以及用于产生脉冲电压的供电电源，所述进气单元的进气口通入有机废气，所述进气单元的出气口与所述电晕反应单元的总进气口管路连通，所述电晕反应单元的总出气口与下游设备的进气口管路连通，所述电晕反应单元的供电端与所述供电电源的输电端电连；
所述电晕反应单元包括线-板电晕反应单元和线-筒电晕反应单元，所述线-板电晕反应单元位于线-筒电晕反应单元上游；所述线-板电晕反应单元包括长方体外壳、多块第一电晕极板、若干第一电晕线和用于安装第一电晕线的电晕线安装座，所述长方体外壳沿长度方向的一端左侧壁上设有总进气口，与之相对的另一端右侧壁上设有第一出气口，所述长方体外壳的内腔通过平行排布的电晕极板划分成若干反应区域，位于相邻两第一电晕极板之间的长方体外壳前、后侧壁的内壁面设有多对第一电晕线安装座；所述第一电晕线通过电晕线安装座与外界的供电电源的相应的输电端电连；
所述线-筒电晕反应单元包括圆柱形反应筒、通气导管、第二电晕极板、第二电晕线、第一连接头、出气导管和第一橡胶塞，所述圆筒形反应筒底端进气端与所述第一连接头的顶端出气端密封连通，所述第一连接头的顶端出气端配有用于分隔圆柱形反应筒内腔与第一连接头内腔的绝缘端子，二者通过装在绝缘端子上的通气导管相互导通；所述第一连接头的底部进气口与所述线-板电晕反应单元的第一出气口连通；所述第二电晕极板贴覆在所述圆柱形反应筒内壁，并通过接地极线接地；所述第一橡胶塞塞在所述圆柱形反应筒的顶端，并且所述第一橡胶塞与所述绝缘端子之间设有用于与供电电源的相应输电端电连的第二电晕线；所述出气导管的一端插入所述第一橡胶塞内并与圆柱形反应筒连通，另一端作为总出气口与所述悬浮光催化反应单元的进气口连通；所述第二电晕线与外界的供电电源的相应的输电端电连。
2.如权利要求1所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：所述进气单元包括进气导管、第二橡胶塞、第二连接头和气体布孔板，所述第二连接头的进气端塞入第二橡胶塞，并通过插入第二橡胶塞内的进气导管连通弯管第二连接头的内外腔，所述第二连接头的出气端与所述电晕反应单元的总出气口连通；所述气体布孔板封堵在所述第二连接头的出气端，用于向电晕反应单元内均匀进气。
3.如权利要求2所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：所述第二连接头和所述第一连接头均为光滑过渡的弯管，且第一连接头、第二连接头与长方体外壳密封连通的一端内径小于二者远离长方体外壳的一端内径。
4.如权利要求1所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：所述第一电晕线安装座成对布置，且同对第一电晕线安装座分别安装在相邻两第一电晕极板之间的长方体外壳前、后侧壁同一水平位置，且所述的第一电晕线安装座所在的垂面与分列在其两侧的所述第一电晕极板平行且等距，即保证第一电晕线与分列在其两侧的第一电晕极板平行且等距。
5.如权利要求1所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：所述的线-板式反应单元电晕区域第一电晕极板为5个，材质为304国标不锈钢铁丝网；线-筒式反应单元电晕区域的第二电晕极板为铝箔材质。
6.如权利要求1所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：第一电晕线为10根，第二电晕线1根，材质为直径1mm的铜线，其中第一电晕线分成两类，一类为由三根处于同一垂面且平行的第一电晕线组成的第一电晕线组，另一类为由两根处于同一垂面且平行的第一电晕线组成的第二电晕线组，且第一电晕线组、第二电晕线组交替设置在由第一电晕极板划分的电晕反应区。
7.如权利要求6所述的一种复合式脉冲电晕等离子体去除有机废气的装置，其特征在于：所述的第一电晕线以及第二电晕线的供电电压为脉冲电压，电压为±2K-±200kV，脉冲频率为10Hz-2kHz。
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