CN113230840A - 一种低温等离子体协同scr废气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，包括低温等离子体发生管、螺旋高压电极、螺旋导流叶片、绝缘陶瓷构成等离子体模块，尿素喷射管、混合器、导流器、SCR反应壳体及催化剂构成SCR反应模块。本发明的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置方案如下：当废气从进气管进入低温等离子体发生管，经过螺旋导流叶片，在放电区域均匀流动，螺旋高压电极和螺旋导流叶片不仅提高了气体的流通性和均匀性，而且有效的利用了放电反应空间，反应废气与喷入的尿素经过混合器和导流器，充分进行混合，在SCR反应器中发生快速反应。本发明将低温等离子体技术与SCR技术有机结合，实现了一体化的处理PM和NOX，具有简洁、节能、净化效率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理研究技术领域，尤其是涉及一种低温等离子体协同SCR废气处理装置。
背景技术
随着世界经济全球化的不断发展，船舶运输行业在世界经济的发展中占有的地位越来越重要，船舶柴油机产生的气体污染物中除了造成地球温室效应的二氧化碳(CO2)以外，还包括大量的硫氧化物(SOX)，氮氧化物(NOX)、颗粒物(PM)等，对环境及人类健康造成严重危害。各国对于船舶排放的法规日趋严格，因此许多尾气处理技术应运而生。
前处理技术主要是通过使用低硫燃油或者清洁能源，从而降低废气污染物排放，但是成本太高。
机内净化技术通过降低缸内最高燃烧温度和减少N2和O2的接触时间来降低NOX，但是，由于采用机内净化技术时，PM和NOX之间容易存在此消彼长的“trade-off效应”。
后处理技术中SCR技术趋于成熟，缺点在于催化剂抗硫性差，冷启动脱销效率不高，存在氨逃逸等。
在二十一世纪初，研究人员开始将低温等离子体(NTP)技术逐渐应用于废气处理领域；NTP技术结构简单，不影响柴油机性能，抗硫性好，但是其单独使用时脱硝效率不高，而低温等离子体(NTP)技术协同SCR技术能够使NOX在SCR装置中发生快速SCR反应，有效地提高脱硝效率，并且NTP反应器中还能有效地处理PM，提高SCR装置中催化剂的抗硫性，提高SCR技术在低温冷启动阶段的脱硝效率，是一项很有发展潜力的柴油机废气处理技术。
专利号CN211819591U公开了一种净化柴油机氮氧化合物的先氧化后还原装置，包括温度传感器、等离子体发生器、SCR还原装置，等离子体发生器中采用不锈钢圆片等距串接而成的阵列放电电极，但是这种电极对烟气通过发生器时无法起到导流及匀速作用，反应效率降低。专利号CN212440675U公开了一种基于等离子体的船舶尾气脱硫脱硝系统，包括一级低温等离子体反应装置、洗涤装置、二级低温等离子体反应装置、SCR脱硝装置和尿素热解装置，尿素热解装置的气体输出端分别与一级低温等离子体反应装置和SCR脱硝装置连通。但是该方案中尿素热解装置的流量无法调节，存在不饱和或者过饱和反应的情况，对氨气泄漏也没有预警。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，一体化的实现低温等离子技术和SCR技术的有机结合，螺旋叶片及螺旋电极，使得烟气在发生器内形成绕流，有效的提高了烟气的流动均匀性，使放电流场更加流畅均匀，放电空间更加充裕，烟气与尿素充分混合，以解决PM和NOX不能去除、SCR装置中催化剂的抗硫性差、SCR技术在低温冷启动阶段的脱硝效率低等问题,在尿素喷射管口前加氮氧化物传感器，在排气管口加氨传感器，构成反馈回路，实时合理调节尿素喷射量，使得反应更加充分，并且有效控制氨气泄露。
为解决以上技术问题，本发明在低温等离子体发生器的内部采用螺旋高压电极和螺旋叶片，烟气通过螺旋叶片在发生器内形成绕流，均匀流过发生器；螺旋高压电极有效的提高了放电空间，而后连接SCR装置，一体化的将低温等离子体技术和SCR技术有机结合。采用的具体技术方案如下：一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，包括低温等离子体模块与SCR反应模块，所述低温等离子体模块包括进气管、低温等离子体发生管，进气管设于低温等离子体发生管的上端，所述SCR反应模块包括尿素喷射管、SCR反应壳体、排气管，尿素喷射管的输入端与低温等离子体发生管相连，输出端与SCR反应壳体相连，排气管设于SCR反应壳体的末端，其特征在于，所述低温等离子体模块还包括设于装置内部的螺旋高压电极与螺旋叶片，螺旋高压电极上端设有绝缘陶瓷，所述尿素喷射管的前端设有氮氧化物传感器，排气管末端设有氨传感器，尿素喷射管的后端设有混合器，混合器下方的SCR反应壳体内依次设有导流器与催化剂。
进一步地，所述绝缘陶瓷与低温等离子体发生管采用紧配方式，绝缘陶瓷分为螺柱和螺母，所述螺旋高压电极从绝缘陶瓷的轴线穿过。
进一步地，所述螺旋叶片与螺旋高压电极旋向相同，终点位于同一平面，所述螺旋叶片焊接在低温等离子体发生管内。
进一步地，所述混合器包括旋转叶片，在烟气通过时会发生旋转。
进一步地，所述尿素喷射管与进气管轴线平行。
进一步地，所述螺旋高压电极的材质为康铜。
进一步地，所述进气管与低温等离子体发生管的进气口通过螺纹连接。
进一步地，所述低温等离子体发生管、尿素喷射管、混合器、导流器、SCR反应壳体之间均采用法兰连接。
进一步地，所述绝缘陶瓷与低温等离子体发生管，绝缘陶瓷与螺旋高压电极涂装密封胶进行密封。
进一步地，所述低温等离子体协同SCR废气处理装置采用橡胶进行包裹绝缘。
本发明的有益效果是：
将低温等离子体技术和SCR技术有机的结合在一起，既解决了SCR结构体积大、安装成本高的问题，又能使低温等离子体流场均匀性，具有明显的实用价值。螺旋叶片及螺旋电极，使得烟气在发生器内形成绕流，有效的提高了烟气的流动均匀性，提高了反应速率，螺旋高压电极，有效的提高了放电空间，混合器在烟气通过时叶片旋转，产生旋流，使得混合更加充分，充分的将烟气与尿素中的氨进行混合，导流器使得烟气更加均匀的进入催化剂载体内，在尿素喷射管口前加氮氧化物传感器，在排气管口加氨传感器，构成反馈回路，实时合理调节尿素喷射量，有效控制氨气泄露，在SCR装置中间采用法兰连接，可以更加方便快捷更换催化剂，该装置对于工业废气、机动车尾气和船舶烟气处理都有一定的适用性。
附图说明
图1是本发明的爆炸示意图。
图2是本发明的立体示意图。
图3是本发明的低温等离子体模块的爆炸示意图。
图4是本发明的SCR反应模块的爆炸示意图。
图5是本发明的混合器的立体示意图。
图6是本发明的导流器的立体示意图。
图7是本发明的催化剂的立体示意图。
图中：1-进气管、2-低温等离子体发生管、3-尿素喷射管、4-SCR反应壳体、5-排气管、6-绝缘陶瓷、7-螺旋高压电极、8-螺旋叶片、9-混合器、10-导流器、11-催化剂。
具体实施方式
下面结合附图1-7对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，包括低温等离子体模块与SCR反应模块，所述低温等离子体模块包括进气管1、低温等离子体发生管2，进气管1设于低温等离子体发生管2的上端，所述SCR反应模块包括尿素喷射管3、SCR反应壳体4、排气管5，尿素喷射管3的输入端与低温等离子体发生管2相连，输出端与SCR反应壳体4相连，排气管5设于SCR反应壳体4的末端，其特征在于，所述低温等离子体模块还包括设于装置内部的螺旋高压电极7与螺旋叶片8，螺旋高压电极7上端设有绝缘陶瓷6，所述尿素喷射管3的前端设有氮氧化物传感器，排气管5末端设有氨传感器，尿素喷射管3的后端设有混合器9，混合器9下方的SCR反应壳体4内依次设有导流器10与催化剂11，绝缘陶瓷6与低温等离子体发生管2采用紧配方式，绝缘陶瓷6分为螺柱和螺母，所述螺旋高压电极7从绝缘陶瓷6的轴线穿过，螺旋叶片8与螺旋高压电极7旋向相同，终点位于同一平面，所述螺旋叶片8焊接在低温等离子体发生管2内，尿素喷射管3与进气管1轴线平行，混合器9包括旋转叶片，在烟气通过时会发生旋转。螺旋高压电极7的材质为康铜，进气管1与低温等离子体发生管2的进气口通过螺纹连接，低温等离子体发生管2、尿素喷射管3、混合器9、导流器10、SCR反应壳体4之间均采用法兰连接，绝缘陶瓷6与低温等离子体发生管2，绝缘陶瓷6与螺旋高压电极7涂装密封胶进行密封，低温等离子体协同SCR废气处理装置采用橡胶进行包裹绝缘。
如图1所示，本发明设计的低温等离子体协同SCR废气处理装置，包括进气管1，低温等离子体发生管2，尿素喷射管3，SCR反应壳体4，排气管5，所述低温等离子体发生管2与进气管1通过螺纹连接；所述SCR反应壳体4与排气管5连接；所述低温等离子体发生管2、尿素喷射管3和SCR反应壳体4通过法兰进行连接；所述低温等离子体发生管2内设有螺旋高压电极7、螺旋叶片8和绝缘陶瓷6；所述螺旋叶片8焊接在低温等离子体发生管2内；所述螺旋高压电极7穿透绝缘陶瓷6，与螺旋叶片8旋向相同，终点位于同一平面；所述尿素喷射管3与SCR反应壳体4之间设有混合器9；所述SCR反应壳体4内设有导流器10和催化剂11。螺旋叶片8及螺旋高压电极7，使得烟气在发生器内形成绕流，有效的提高了烟气的流动均匀性，提高了反应速率，螺旋高压电极7，有效的提高了放电空间，混合器9在烟气通过时叶片旋转，产生旋流，使得混合更加充分，充分的将烟气与尿素中的氨进行混合，导流器10使得烟气更加均匀的进入催化剂11载体内，在尿素喷射管3口前加氮氧化物传感器，在排气管5口加氨传感器，构成反馈回路，实时合理调节尿素喷射量，有效控制氨气泄露，在SCR装置中间采用法兰连接，可以更加方便快捷更换催化剂。
本发明的工作原理是：在使用中，船舶柴油机烟气经过进气管进入该装置中，经过螺旋叶片8进行导流作用，螺旋高压电极7进行放电作用，净化一定的PM，将烟气中的NO预氧化成NO2，接下来通过尿素喷射管3，与喷射进来雾化的NH3在混合器9处充分混合，然后经过导流器10将烟气与NH3更加均匀的导入催化剂11进行快速SCR反应，有效的净化NOX和PM。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，包括低温等离子体模块与SCR反应模块，所述低温等离子体模块包括进气管、低温等离子体发生管，进气管设于低温等离子体发生管的上端，所述SCR反应模块包括尿素喷射管、SCR反应壳体、排气管，尿素喷射管的输入端与低温等离子体发生管相连，输出端与SCR反应壳体相连，排气管设于SCR反应壳体的末端，其特征在于，所述低温等离子体模块还包括设于装置内部的螺旋高压电极与螺旋叶片，螺旋高压电极上端设有绝缘陶瓷，所述尿素喷射管的前端设有氮氧化物传感器，排气管末端设有氨传感器，尿素喷射管的后端设有混合器，混合器下方的SCR反应壳体内依次设有导流器与催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷与低温等离子体发生管采用紧配方式，绝缘陶瓷分为螺柱和螺母，所述螺旋高压电极从绝缘陶瓷的轴线穿过。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述螺旋叶片与螺旋高压电极旋向相同，终点位于同一平面，所述螺旋叶片焊接在低温等离子体发生管内。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述混合器包括旋转叶片，在烟气通过时会发生旋转。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述尿素喷射管与进气管轴线平行。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述螺旋高压电极的材质为康铜。
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述进气管与低温等离子体发生管的进气口通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述低温等离子体发生管、尿素喷射管、混合器、导流器、SCR反应壳体之间均采用法兰连接。
9.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷与低温等离子体发生管，绝缘陶瓷与螺旋高压电极涂装密封胶进行密封。
10.根据权利要求1所述的一种低温等离子体协同SCR废气处理装置，其特征在于，所述低温等离子体协同SCR废气处理装置采用橡胶进行包裹绝缘。
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