CN111318140B - 一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法，包括通风流道主体、多个净化过滤模块以及高频脉冲电源，各净化过滤模块在通风流道主体内沿烟气流向错位设置，净化过滤模块为筒式结构，净化过滤模块包括由外至内依次设置的纤维布袋、滤笼、阻挡介质层和高压电极，各净化过滤模块的高压电极并联后与高频脉冲电源电连接，本发明利用新型的过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法，结合纤维过滤、湍动混合、等离子体净化、超细颗粒物荷电脱除四种效用，解决了原有除尘设备的短板问题，本发明可布置在工业尾部废气处理流程上，替代原有的袋式除尘器，操作方便，能耗低，可降低成本，大大提高烟气净化效率。

Description

一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法
技术领域
本发明涉及工业废气污染物物排放控制技术领域，尤其涉及一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法。
背景技术
当前，我国雾霾问题日趋突出，大范围环境污染问题受到人们的日益关注。研究表明，工业排放废气中的空气动力学直径小于2.5μm，简称PM2.5是大气气溶胶浓度升高和雾霾天气形成的重要原因。同时，二噁英类物质被认为是对人类及生物危害极其严重的有毒排放物，焚烧工艺作为目前各种危险废弃物及生活垃圾的处理方式是二噁英产出的重要来源。目前，针对细颗粒物的净化，国内外的控制技术研究主要运用物理以及化学等方法通过过滤或荷电设备将其捕获脱除，而现阶段二噁英脱除的方法主要包括物理吸附法、催化降解法、等离子体法等，其中等离子体法因其高效简洁等优点成为研究热点。
低温等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和高活性的自由基，极易与所接触物质表面发生反应，改善其表面特性，广泛应用于材料改性、医疗除菌、环境治理等领域。低温等离子体常通过电晕放电、介质阻挡放电、射频放电等方式产生，而作为高效产生低温等离子体的放电模式，大气压环境下的介质阻挡放电一直是国内外学者研究的热点和重点。
公开号为CN109731447A的中国专利“一种介质阻挡放电净化有机废气装置”公布了一种封闭式介质阻挡净化装置，介质阻挡管的外部包裹金属网高压电极，且放电气隙间填充导电填充物，介质阻挡管中心安装中心低压电极，通过单侧介质放电产生等离子体净化废气，但该装置无法充分利用内部电场，低温等离子体产出效率较低，且布置形式较为固定，不适用与大型工业尾气处理工艺。公开号为CN207734804U的中国专利“一种脱除汞和二噁英的低温等离子体集成净化装置”公布了一种组合式等离子体净化装置，包括等离子体反应器和纳米陶瓷吸附装置，通过前置的反应器产生等离子体净化废气，再通过后续的纳米材料对分解的物质进行吸附处理，达到脱除汞及二噁英的效果，但该装置无法处理含尘量较大的废气，且废气在反应器内停留时间短，净化效率受限，另外，分体设备占地面积较大，操作复杂，适用性受限。公开号为CN207667441U的中国专利“光催化及低温等离子复合废气治理装备及废气治理系统”公布了一种将紫外线光催化技术与低温等离子体技术相结合的工艺装置，废气先通过前置的紫外线催化氧化提高废气分子断裂率，再通过DDBD双介质阻挡放电产生低温等离子体，达到综合废气治理的效果，该装置预处理虽设有玻璃纤维滤布，但针对含尘量较大的工业废气，装置需另设除尘装置，否则设备前端极易发生堵塞，且该装置等离子体反应器较少，烟气停留时间较短，净化效率受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，包括通风流道主体、多个净化过滤模块以及高频脉冲电源，各所述净化过滤模块在通风流道主体内沿烟气流向错位设置，所述净化过滤模块为筒式结构，净化过滤模块包括由外至内依次设置的纤维布袋、滤笼、阻挡介质层以及高压电极，所述纤维布袋设于滤笼外表面，所述高压电极设于滤笼内部，高压电极外包覆有阻挡介质层，各所述净化过滤模块的高压电极并联后与高频脉冲电源电连接。
根据上述技术方案，优选地，所述通风流道主体包括进气口和出气口，所述进气口设于通风流道主体侧壁或底部，所述通风流道主体靠近进气口的位置设有渐阔型入口段和均流档板。
根据上述技术方案，优选地，所述滤笼为金属网式或几何钝体式。
根据上述技术方案，优选地，所述阻挡介质层材质为环氧树脂、云母、陶瓷或聚四氟乙烯，阻挡介质层厚度为5-10mm。
根据上述技术方案，优选地，所述高压电极材质为铜或不锈钢，高压电极水平截面直径为3-8mm。
根据上述技术方案，优选地，所述通风流道主体内上部设有脉冲喷吹器，所述脉冲喷吹器朝向净化过滤模块设置，所述通风流道主体底部设置有灰斗。
本专利还公开了一种过滤式介质阻挡放电烟气净化方法，包括如下步骤：a.高压电极接入所述高频脉冲电源，产生激励电场，产出等离子体；b.烟气进入所述通风流道主体，经所述渐阔型入口段和均流档板降低流速；c.烟气流速在所述净化过滤模块降低至过滤风速；d.烟气通过所述净化过滤模块进行过滤净化；e.经过滤净化后的洁净烟气通过所述通风流道主体的出气口排出。
根据上述技术方案，优选地，步骤d包括：通过所述纤维布袋的惯性碰撞、拦截、钩挂、静电等作用，烟气中微细颗粒物被阻隔在纤维布袋外层；烟气中小于纤维孔隙的颗粒会附着于纤维表面形成灰膜，过滤粒径更小的颗粒物；通过所述滤袋纤维的烟气流经所述滤笼时，使烟气发生涡流湍动效应；经过涡流湍动效应后的烟气进入放电气隙中，进行净化反应。
根据上述技术方案，优选地，所述净化反应包括高能电子轰击污染物、高能激发态粒子与有害气体分子反应以及高活性自由基团与污染物结合。
本发明的有益效果是：
本发明针对传统除尘器难以净化二噁英、VOCs及气态原子汞的弊端，利用新型的过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法，结合纤维过滤、湍动混合、等离子体净化、超细颗粒物荷电脱除四种效用，解决了原有除尘设备的短板问题，本发明可布置在工业尾部废气处理流程上，替代原有的袋式除尘器，操作方便，能耗低，可降低成本，大大提高烟气净化效率。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明图1中A部分的净化过滤模块的立体结构示意图。
图3是本发明净化过滤模块的过滤净化原理示意图。
图中：1、渐阔型入口段；2、均流档板；3、灰斗；4、脉冲喷吹器；5、纤维布袋；6、滤笼；7、阻挡介质层；8、高压电极；9、固定支架；10、高频脉冲电源。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明包括通风流道主体、多个净化过滤模块以及高频脉冲电源10，通风流道主体中的各净化过滤模块为本系统过滤主体部分，根据需要可分陪为双室、四室等多室过滤，固定于通风流道主体的顶部，优选分室个数为偶数个，且对称分布与两侧，保证单位过滤面积的烟气通量一致，各所述净化过滤模块在通风流道主体内沿烟气流向错位设置，所述净化过滤模块为筒式结构，净化过滤模块包括由外至内依次设置的纤维布袋5、滤笼6、阻挡介质层7以及高压电极8，所述纤维布袋5设于滤笼6外表面，致密型纤维布袋5以滤笼6为支撑，所述高压电极8设于滤笼6内部，高压电极8外包覆有阻挡介质层7，高压电极8底端和顶端均通过绝缘性能较好的固定支架9固定于滤笼6内部，且各错位设置的净化过滤模块的高压电极8顶端并联后，作为介质阻挡放电的高压端，接入高频脉冲电源10，本例中高频脉冲电源10为交流电源，电源中心频率为f，则1kHZ≤f≤10kHZ，本系统整体接地。在使用中，过滤风速、过滤面积、放电气隙、阻挡介质厚度等具体技术参数需与烟气量、烟气含尘量、其他污染物(二噁英、VOCs、汞)含量等来流条件进行匹配设计，同时，设计的滤笼6结构尺寸要保证合适，既要保证烟气流动，又要满足足够的涡流湍动产出，进一步的，加载高频电压需为交流高压电源，具体加载电压值需与放电气隙、阻挡介质厚度及产出等离子体量相匹配，以求达到最佳脱除效果。
本系统布置在脱硫工艺后、烟囱前，基于过滤除尘及等离子体净化机理，通过特殊设计的过滤净化单元，兼顾了过滤纤维脱除颗粒物、涡流湍动效应与等离子体净化的特点。通过最外层的纤维层及灰膜过滤掉烟气中绝大部分的颗粒物，由此形成一级增益效果；特殊的滤笼6结构使得烟气在通过滤笼6结构后能产出足够的涡流湍动效应，达到增强烟气与等离子体混合的效果，由此形成二级增益效果；低温等离子体净化设计成高频高压下的介质阻挡放电模式，使得放电气隙间产生大量的高活性自由基与准分子，如OH、O、F等，极易与烟气中的污染物成分(PCDD/Fs、VOCs、Hg)发生反应，使得有害污染物在极短的时间内发生分解，达到降解净化的目的，由此形成三级增益效果；过滤用的纤维对粒径在1μm附近的颗粒物存在“穿透窗口”，导致部分超细颗粒物逃逸，而在放电气隙间逃逸颗粒物与大量带电粒子混合而荷电，并在涡流作用下团聚长大，随即被吸附脱除，达到了颗粒物高度净化脱除效用，由此形成四级增益效果。本发明针对传统除尘器难以净化二噁英、VOCs及气态原子汞的弊端，利用新型的过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法，结合纤维过滤、湍动混合、等离子体净化、超细颗粒物荷电脱除四种效用，解决了原有除尘设备的短板问题，本发明可布置在工业尾部废气处理流程上，替代原有的袋式除尘器，操作方便，能耗低，可降低成本，大大提高烟气净化效率。
根据上述实施例，优选地，所述通风流道主体包括进气口和出气口，所述进气口设于通风流道主体侧壁或底部，所述通风流道主体靠近进气口的位置设有渐阔型入口段1和均流档板2，用以保证烟气流速降，达到最佳过滤效率。
根据上述实施例，优选地，所述滤笼6为金属网式或几何钝体式。滤笼6可选用金属网式或几何钝体式等有缘边凸起的金属结构，且不可过于致密或稀疏，既要使烟气流通，又可保证足够的涡流湍动作用，还要保证足够的放电面积。金属网式低压端滤笼6呈圆筒状，贴于过滤纤维内侧，由于低温等离子体的高活性及产生的少量臭氧会有一定的腐蚀性，滤笼6材料优选为不锈钢、铜等，单位英寸长度(25.4mm)目数为N，则2≤N≤10。几何钝体式低压端滤笼6，截面形状可为三角形、V形、Z形等带有凸起钝体形状的任意一种。所述的几何钝体绕中心高压电极8周向布置，等效弧长为L，对应圆心占角为θ。优选的，5mm≤L≤10mm，4°≤θ≤10°。
根据上述实施例，优选地，所述阻挡介质层7材质为环氧树脂、云母、陶瓷或聚四氟乙烯，阻挡介质层7厚度为5-10mm。阻挡介质层7包覆在中心高压电极8外侧，以构成同轴结构的单介质阻挡放电，使得低温等离子体的产生更均匀、更高效，同时，防止中心高压电极8被烟气中的粉尘粘附聚集。
根据上述实施例，优选地，所述高压电极8材质为铜或不锈钢，高压电极8水平截面直径为3-8mm，高压电极8可选取实心铜轴或不锈钢钢棒，高压电极8与滤笼6呈同轴设置。
根据上述实施例，优选地，所述通风流道主体内上部设有脉冲喷吹器4，所述脉冲喷吹器4朝向净化过滤模块设置，所述通风流道主体底部设置有灰斗3，用于对纤维布袋5外层积尘过多时进行反吹。
本专利还公开了一种过滤式介质阻挡放电烟气净化方法，包括如下步骤：a.高压电极8接入所述高频脉冲电源10，调整加载电压及频率，使放电气隙间产生激励电场，从而产出均匀、弥散、稳定的高能等离子体；b.烟气进入所述通风流道主体，经所述渐阔型入口段1和均流档板2降低流速；c.烟气流速在所述净化过滤模块降低至过滤风速；d.烟气通过所述净化过滤模块进行过滤净化；e.经过滤净化后的洁净烟气通过所述通风流道主体的出气口排出。
根据上述实施例，优选地，步骤d包括：通过所述纤维布袋5的惯性碰撞、拦截、钩挂、静电等作用，烟气中微细颗粒物被阻隔在纤维布袋5外层；烟气中小于纤维孔隙的颗粒会附着于纤维表面形成灰膜，过滤粒径更小的颗粒物；通过所述滤袋纤维的烟气流经所述滤笼6时，使烟气发生涡流湍动效应；经过涡流湍动效应后的烟气进入放电气隙中，进行净化反应。
根据上述实施例，优选地，所述净化反应包括高能电子轰击污染物、高能激发态粒子与有害气体分子反应以及高活性自由基团与污染物结合。
本发明针对传统除尘器难以净化二噁英、VOCs及气态原子汞的弊端，利用新型的过滤式介质阻挡放电烟气净化系统及方法，结合纤维过滤、湍动混合、等离子体净化、超细颗粒物荷电脱除四种效用，解决了原有除尘设备的短板问题，本发明可布置在工业尾部废气处理流程上，替代原有的袋式除尘器，操作方便，能耗低，可降低成本，大大提高烟气净化效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，包括通风流道主体、多个净化过滤模块以及高频脉冲电源，各所述净化过滤模块在通风流道主体内沿烟气流向错位设置，所述净化过滤模块为筒式结构，净化过滤模块包括由外至内依次设置的纤维布袋、滤笼、阻挡介质层以及高压电极，所述纤维布袋设于滤笼外表面，所述高压电极设于滤笼内部，高压电极与滤笼同轴设置，高压电极外包覆有阻挡介质层，各所述净化过滤模块的高压电极顶端并联后作为介质阻挡放电的高压端与高频脉冲电源电连接，所述通风流道主体包括进气口和出气口，所述进气口设于通风流道主体侧壁或底部，所述通风流道主体靠近进气口的位置设有渐阔型入口段和均流档板，所述滤笼为金属网式或几何钝体式，本系统整体接地。
2.根据权利要求1所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，所述阻挡介质层材质为环氧树脂、云母、陶瓷或聚四氟乙烯，阻挡介质层厚度为5-10mm。
3.根据权利要求2所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，所述高压电极材质为铜或不锈钢，高压电极水平截面直径为3-8mm。
4.根据权利要求1至3中任意一项的所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，所述通风流道主体内上部设有脉冲喷吹器，所述脉冲喷吹器朝向净化过滤模块设置，所述通风流道主体底部设置有灰斗。
5.一种过滤式介质阻挡放电烟气净化方法，使用权利要求4所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化系统，其特征在于，包括如下步骤：a.高压电极接入所述高频脉冲电源，产生激励电场，产出等离子体；b.烟气进入所述通风流道主体，经所述渐阔型入口段和均流档板降低流速；c.烟气流速在所述净化过滤模块降低至过滤风速；d.烟气通过所述净化过滤模块进行过滤净化；e.经过滤净化后的洁净烟气通过所述通风流道主体的出气口排出。
6.根据权利要求5所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化方法，其特征在于，步骤d包括：通过所述纤维布袋的惯性碰撞、拦截、钩挂、静电作用，烟气中微细颗粒物被阻隔在纤维布袋外层；烟气中小于纤维孔隙的颗粒会附着于纤维表面形成灰膜，过滤粒径更小的颗粒物；通过所述滤袋纤维的烟气流经所述滤笼时，使烟气发生涡流湍动效应；经过涡流湍动效应后的烟气进入放电气隙中，进行净化反应。
7.根据权利要求6所述一种过滤式介质阻挡放电烟气净化方法，其特征在于，所述净化反应包括高能电子轰击污染物、高能激发态粒子与有害气体分子反应以及高活性自由基团与污染物结合。
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