CN108722700B - 一种活性炭粉末荷电离散喷射装置 - Google Patents

一种活性炭粉末荷电离散喷射装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，该装置中采用高频交变电场产生两个介质阻挡放电区域；混合活性炭粉末的空气进入喷射装置，首先被第I放电区域介质层阻挡形成湍流，将第I放电区域正负离子卷吸进气流中。在第II放电区域中，这些正负离子中的电子从交变电场获得能量，继续维持等离子体，同时活性炭粉末会吸附电子荷上负电。当荷电的活性炭粉末离开喷射装置，由于活性炭粉末都带负电相互排斥，因此可以获得极好的离散性能。该喷射装置占用空间小，对烟道阻力影响极小，同时活性炭粉末可以良好分散，与烟气中的各种有毒有害物质充分接触，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。

Description

一种活性炭粉末荷电离散喷射装置
技术领域
本发明涉及活性炭喷射设备技术领域，具体为一种应用于各种锅炉烟道中活性炭粉末荷电离散的喷射装置。
背景技术
我国社会经济高速发展的同时，能源消耗增多，城市垃圾量增加，各种燃煤电厂的燃煤锅炉和垃圾焚烧锅炉数量也相应增加。各种锅炉烟气中含有大量有毒有害气体、重金属和有机类污染物等。例如焚烧过程中产生的SO2、NOx、HCl、Cl2、HF等酸性有害气体，重金属元素主要有汞、镉、铅、锌、铬、铜和砷等，多环芳烃和二噁英等有机污染物。因此脱除燃烧烟气中的污染物是能源与环境行业肩负的重任。
目前脱除以上污染物的主要技术方法如下：针对酸性有害气体，主要采用干法、半干法和湿法进行脱除，在干法中可以采用活性炭吸附；针对重金属污染的处理方法主要有以下几种：①降温使重金属自然凝聚成核或冷凝成粒状物后被除尘设备捕集；②喷射诸如活性炭等吸附剂，吸附重金属形成较大颗粒而被除尘设备捕集；③催化转变，改变重金属种类；④将尾气通过湿式洗涤塔；针对多环芳烃和二噁英的处理方法主要为采用活性炭吸附，或改变燃烧温度抑制生成。综上可见，活性炭吸附可以同时对多种污染物具有吸附效果。
目前锅炉烟道中活性炭粉末喷嘴多采用文丘里管式，采用高压空气通过文丘里管，产生高速气流带动活性炭粉末。这种方式在实际应用中会出现以下主要问题。第一该方案中活性炭粉末不容易充分分散，烟气中的有害物不能被充分吸附。第二由于文丘里管出口尺寸缩小，高速流动气体在出口处由于膨胀产生低温区，在此处酸性气体凝结会造成管道腐蚀。为解决以上问题，实际应用中必需采用多喷管结构。同时江苏天楹、福建龙净、无锡雪浪等环保公司公开了多个发明专利，将喷管置于烟道之外，或者通过改变活性炭喷嘴来扩大活性炭的分散能力。但是这些技术方案中，没有提出改善活性炭粉末特性，提高活性炭粉末自身排斥性能，以提高分散性能的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，以解决现有活性炭粉末喷射技术中，活性炭粉末离散性能不足而导致的活性炭粉末利用率不高，有毒有害物质无法被高效吸附的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在烟气通道中轴线位置，具有管壳，管壳两端分设有烟气入口和烟气出口，所述的管壳内设有第I放电区域和第II放电区域。
第I放电区域：包括平板电极、介质层和针电极，所述的针电极位于管壳中轴线上且针电极的针尖指向烟气入口方向，介质层垂直设置在针电极与烟气入口之间，平板电极紧贴介质层外端面设置朝向烟气入口，这样可使第I放电区域形成的等离子体不会被高速气流吹熄，并可以在介质层后侧形成涡流，将等离子体中的正负离子卷吸进气流中。
第II放电区域：包括环套在针电极上的针电极介质层、若干个沿针电极介质层轴线间隔排列的环形电极，环形电极与管壳内壁之间设有起隔离作用的绝缘层。
上述针电极与平板电极、环形电极之间均接入交流电源，其中平板电极和环形电极接地；为防止空气放电过程中产生过量的活性氧原子，使活性炭被氧化失去吸附活性，所述交流电源的电压为5～10kV，频率为50～100kHz。
进一步地，所述的管壳主体部分直径不小于烟气通道直径的15％。
具体说，所述的平板电极和介质层均为圆形，平板电极选用厚度为1～3mm的不锈钢或铜或铝；介质层采用厚度为4～8mm的Al2O3板，介质层直径为平板电极直径的1.5～2倍，介质层直径为其所在位置管壳直径的0.5～0.75倍；所述的针电极材质采用钨钍合金或不锈钢，其直径为3～5mm，针电极的针尖与介质层内端面之间的间距为40～60mm。
所述的第II放电区域主体长度根据气体流速确定并确保活性炭粉末在第II放电区域停留时间为0.1～0.3s之间；所述的针电极介质层采用壁厚为3～8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层采用壁厚为3～10mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层外壁紧贴于管壳内壁；环形电极的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极之间的间距为20～30mm。
本发明的有益效果是：本发明不占用大量烟道空间，对烟道阻力影响极小，同时活性炭粉末可以良好分散，与烟气中的各种有毒有害物质充分接触，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2本发明在烟气管道中的布置示意图。
图中：1.烟气管道 2.管壳 3.烟气入口 4.烟气出口 5.第I放电区域5-1.平板电极 5-2.介质层 5-3.针电极 6.第II放电区域 6-1.针电极介质层 6-2.环形电极 6-3.绝缘层 7.交流电源 8.活性炭粉末扩散区域
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示的一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在75吨生活垃圾焚烧炉的烟气通道1中轴线位置上，该烟气通道1为直径1000mm圆管，烟气通量为32000m3/h。
所述的喷射装置包括管壳2，管壳2两端分设有烟气入口3和烟气出口4，管壳2主体部分直径不小于烟气通道1直径的15％，所述的管壳2内设有第I放电区域5和第II放电区域6。混合活性炭粉末的烟气气流从烟气入口3进入，依次通过第I放电区域5和第II放电区域6后从烟气出口4排出。
所述管壳2可以根据烟气通流面积进行逐步扩张，在烟气出口4处为便于活性炭粉末扩散，可以采取渐扩出口形式，其中管壳2主体部分直径150mm，为安全考虑，管壳2接地。
所述第I放电区域5：包括平板电极5-1、介质层5-2和针电极5-3，所述的针电极5-3位于管壳2中轴线上且针电极5-3的针尖指向烟气入口3方向，介质层5-2垂直设置在针电极5-3与烟气入口3之间，平板电极5-1紧贴介质层5-2外端面设置朝向烟气入口3，这样可使第I放电区域5形成的等离子体不会被高速气流吹熄，并可以在介质层5-2后侧形成涡流，将等离子体中的正负离子卷吸进气流中。
具体说，所述的平板电极5-1和介质层5-2均为圆形，平板电极5-1采用厚度2mm、直径为60mm的不锈钢制作；介质层5-2采用厚度8mm、直径为100mm的Al2O3板制作，以保证气流有足够的通流面积。所述的针电极5-3材质采用钨钍合金，针电极5-3直径为5mm，针电极5-3的针尖与介质层5-2内端面之间的间距为60mm。
所述平板电极5-1和针电极5-3之间接入电压为8kV、频率为50kHz的交流电源7，其中平板电极5-1接地。该交流电源7的电压参数比常规的介质阻挡放电电压参数低，就能达到较好的电晕放电，之所以选用这么低的电压，是为了防止空气放电过程中产生过量的活性氧原子，使活性炭被氧化而失去吸附活性。
所述第II放电区域6：包括环套在针电极5-3上的针电极介质层6-1、若干个沿针电极介质层6-1轴线间隔排列的环形电极6-2，环形电极6-2与管壳2内壁之间设有起隔离作用的绝缘层6-3。
第II放电区域6主体长度不可过长，确保当活性炭粉末充分荷电后即可尽快进入烟气通道1，进行扩散过程。第II放电区域6主体长度可根据气体流速确定，本实施例优选为200mm，以确保活性炭粉末在第II放电区域6停留时间在0.1～0.3s之间。所述针电极介质层6-1采用厚度为5mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层6-3采用厚度为8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层6-3外壁紧贴于管壳2内壁；环形电极6-2的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极6-2之间的间距为25mm。根据绝缘层6-3的长度，在本实施例中布置八个不锈钢圈的环形电极6-2。所述环形电极6-2和针电极5-3之间同样接入交流电源2，其中环形电极6-2接地。
采用上述结构的喷射装置，当混合有活性炭粉末的空气进入管壳2后，首先被第I放电区域5的介质层阻挡形成湍流，将第I放电区域5正负离子卷吸进气流中；进入第II放电区域6后，这些正负离子中的电子会从交变电场获得能量，继续维持等离子体，由于在非平衡态等离子体中电子运动速度远远大于正离子运动速度，活性炭粉末会吸附电子荷上负电，当荷电的活性炭粉末离开喷射装置时，由于粉末都带负电相互排斥，因此可以获得极好的离散性能，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。
该喷射装置布置在烟气管道1中，由于不占用大量的烟气管道1空间，因而对烟气管道1阻力影响极小，高压空气混合活性炭粉末从烟气入口3进入，从烟气出口4处排出而在烟气管道1内形成活性炭粉末扩散区域8，与需要净化的烟气中的各种有毒有害物质充分接触混合，达到有效脱除污染物的目的。
该喷射装置采用高频交变电场产生介质阻挡放电形成的第I放电区域5和第II放电区域6，活性炭粉末在第I放电区域5和第II放电区域6中，由于电子运动速度远高于离子，所以在粉末上会吸附更多电子，使粉末带负电；活性炭粉末荷负电后，由于电场力相互排斥，从而可以有效提高粉末的离散性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在烟气通道中轴线位置，具有管壳，管壳两端分设有烟气入口和烟气出口，其特征是：所述的管壳内设有第I放电区域和第II放电区域，第I放电区域：包括平板电极、介质层和针电极，所述的针电极位于管壳中轴线上且针电极的针尖指向烟气入口方向，介质层垂直设置在针电极与烟气入口之间，平板电极紧贴介质层外端面设置朝向烟气入口以便在介质层后侧形成将等离子体中的正负离子卷吸进气流中的涡流；第II放电区域：包括环套在针电极上的针电极介质层、若干个沿针电极介质层轴线间隔排列的环形电极，环形电极与管壳内壁之间设有起隔离作用的绝缘层，针电极与平板电极、针电极与环形电极之间均接入有交流电源，其中平板电极和环形电极接地。
2.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征在于：所述的管壳主体部分直径不小于烟气通道直径的15％。
3.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的平板电极和介质层均为圆形，平板电极选用厚度为1～3mm的不锈钢或铜或铝；介质层采用厚度为4～8mm的Al2O3板，介质层直径为平板电极直径的1.5～2倍，介质层直径为其所在位置管壳直径的0.5～0.75倍。
4.根据权利要求3所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的针电极材质采用钨钍合金或不锈钢，其直径为3～5mm，针电极的针尖与介质层内端面之间的间距为40～60mm。
5.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的第II放电区域主体长度根据气体流速确定并确保活性炭粉末在第II放电区域停留时间为0.1～0.3s之间。
6.根据权利要求5所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的针电极介质层采用壁厚为3～8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层采用壁厚为3～10mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层外壁紧贴于管壳内壁；环形电极的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极之间的间距为20～30mm。
7.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的交流电源电压为5～10kV，频率为50～100kHz。
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