CN202907328U - 一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统 - Google Patents

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李瑞莲
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Abstract

一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统，属于环保技术领域，其特征在于，包括放电管、等离子体电源、高压变压器系统、气体输送及分配系统，其中，放电管包括同一圆心的三根介质管，在最外层介质管和中间介质管形成的密闭腔体中填充有导电金属粉，作为外电极；中间介质管和内介质管之间的开放区域形成气体通过区；内介质管管内为密闭腔体，腔内填充有导电金属粉作为内电极。该装置避免了电极的腐蚀问题，气流分布均匀，放电稳定，可稳定产生高功率大体积等离子体，可用于废气污染净化处理。

Description

一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统
技术领域
本实用新型涉及一种环保技术，是大气压下通过一种圆形套管介质阻挡放电产生等离子体，并应用于有机异味气体净化的工艺技术和装置，具体地说是一种介质阻挡放电装置及其应用。 
背景技术
介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)作为大气压条件下产生低温(非平衡态)等离子体的一种可靠的方法，被广泛应用于臭氧合成、真空紫外光源、材料表面处理和环境保护等领域。介质阻挡放电可实现大面积均匀放电，可以充分使有机物分子、水分子、氧气分子产生电离，从而激发出更多活性物种，如·OH、O3、·O、携能电子、R、H2O2等，且较其他产生低温等离子体的放电方法安全性更高、电极寿命更长、平均电子能量更高等优点，近年来，DBD技术在环境有机污染物降解方面的相关研究备受关注。 
已有研究表明，DBD技术可用于处理多种气态污染物，如挥发性有机物VOCs、苯系物(如苯、二甲苯)、全氟碳(如C2F6)、碳卤烃化合物(如CF2ClBr、CFC)、二氧化硫和氮氧化物、二恶英类物质等。DBD技术也因其兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电高气压运行的特点，使其成为具有工业应用前景的大气环境污染控制有效技术。 
在BDB反应器的结构形式中，平板式电极结构和管式电极结构最为常见，前者则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中，而后者被广泛的应用于各种化学反应器中及大气环境污染治理过程。但管式电极结构的DBD等离子体在大气环境污染治理领域真正工业化应用的很少，主要问题如下： 
1.不能在较低电压条件下稳定产生高功率大体积等离子体区域，实用性差； 
2.容易存在局部放电，导致放电不均匀； 
3.热效应明显，能量利用率低，等离子体电源能量转换效率低； 
4.适应性差，在高风速、大气压力(常压)、高水气含量及含腐蚀性成份条件下，难以实现稳定放电。 
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种能在较低电压下能均匀、稳定产生高功率大体积、能效高、适应性强的等离子产生方法，并能应用于大气压力(常压)下流动态气体净化的一种等离子体装置。其具体技术方案如下： 
一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，包括放电管、等离子体电源、高压变压器系统、气体输送及分配系统，其中，放电管包括同一圆心的三根介质管，在最外层介质管和中间介质管形成的密闭腔体中填充有导电金属粉，作为外电极，中间介质管和内介质管之间的开放区域形成气体通过区；内介质管管内区域为密闭腔体，内部填充导电金属粉，作为内电极；等离子体电源通过高压变压器系统给放电管供电。 
上述等离子体产生系统中，介质管两端均由直角三通形状的介质管固定件连接固定。 
上述介质管固定件的一端设置两个卡槽，分别与最外层介质管和中间介质管连接；另一端密封并设一个卡槽，与内介质管连接；侧端为一段支管，为气体进出口，与气体输送及分配系统连接。 
上述介质管材质为石英或陶瓷。最外层介质管的管壁中间位置开一小孔，与外电极连接的引出线由该小孔引出；上固定件顶部中间位置开一小孔，与内电极连接的引出线由该小孔引出。 
内电极和外电极的引出线分别与高压系统的高压变压器的两个输出引线连接，引出线采用耐高压高频线缆。 
实际使用时，可并联配置多根放电管，每根放电管均通过独立的高压变压器系统与各自的等离子体电源相连接；相邻放电管之间距离均匀，优选为150mm。 
放电管的工作电压为6000～20000V，脉冲频率8～30kHz，输入功率为150～800W，功率因数不小于0.98。 
最外层介质管和中间介质管长度均为400～700mm，内介质管长600～900mm；介质管的口径分别为：最外层介质管65～85mm，中间介质管45～65mm，内介质管25～45mm；壁厚均为1～3mm，上述介质管材质为石英或陶瓷。 
等离子体电源由方波发生电路、整流电路、滤波电路及高压驱动电路组成，高压变压器系统由高压包、支架、引线组成，引线采用耐高压高频绝缘线。 
气体输送及分配系统由进气配风管、出气收集管、引风机和变频器组成。进气配风管和出气收集管上均设多个支管，支管数量与所装配的放电管的数量相等。进气配风管上支管与放电管进口连接，出气收集管上的支管与放电管的出口连接。 
放电管的装配数量根据进气风量来定，进气配风管和出气收集管口径大小一致，管内风速控制在3～5m/s。 
使用时将高压变压器置于耐油箱体中，并浸绝缘油保护。高压变压器系统升压倍数为30～90。 
其中，引风机配备变频器，变频器用于调节风量；引风机由耐腐蚀材料组成，优选玻璃钢材质。引风机参数配置根据所装配放电管的数量来定，每根放电管通风量按30～50m3/h计。 
上述管式介质阻挡放电等离子体产生系统应用于废气净化处理，适合于含硫、含氮异味气体及苯系物、酯类、醇类、醚类等废气处理。 
本实用新型的放电管采用导电金属粉可使电极与介质管充分接触，解决了金属片电极与介质层接触不紧密的难题。 
本实用新型采用套管式介质阻挡放电方式产生等离子体，利用所产生的高能电子、新生态氢、臭氧和羟基氧等活性粒子去激活、电离、裂解工业废气中的各组分，使之发生分解、氧化等一系列复杂的化学反应，再经过多级净化，从而达到净化废气的目的。该装置由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题；同时，采用同轴介质管形式，使得放电区域极间距离均匀；电极与介质管接触充分，使得气流分布均匀，放电稳定。 
具体实施时，对于本实用新型所列各尺寸及参数，并不限于实施例所列尺寸，对于本专业的技术人员而言，可根据实际情况加以确定，但不论其如何取值，均被认为涵盖在本实用新型之列。本实用新型未涉及部分如引风机的类别、变频器等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。 
附图说明
图1为放电管结构图。其中，1-外层介质管；2-中间介质管；3-内层介质管；4-外电极(导电金属粉)；5-内电极(导电金属粉)；6-上三通固定件；7-下三通固定件；8-内电极引出线；9-外电极引出线。 
图2为管式介质阻挡放电等离子体产生系统图。其中，1-电源，2-变压器，3-放电管，4-进气配风管，5-出气收集管，6-引风机，7-变频器，箭头为气体流动方向。 
具体实施方式
如图2所示，本装置系统的放电管共96支，变压器96个，等离子体电源96台，采用一一对应方式，即每支放电管分别配置使用一个电源和一个变压器。放电管采用列管排布方式，相邻放电管之间均匀间隔150mm。进气配气管和出气收集管管径均为600mm。上述设计的装置系统，可在大气压状态下工作，每小时可处理废气2800～4800m3/h，并对含硫、含氮异味气体及苯系物、酯类、醇类、醚类废气适用。实施效果表明，在苯乙烯进气浓度1000mg/m3，放电管外施电压9000V，该装置对苯乙烯的去除率为99％以上，反应过程放电稳定，装置热效应不明显。 
该反应装置同板式DBD反应器比较，放电状态稳定，气流分布均匀，不存在局部放电情况，热效应不明显，放电更加均匀。 

Claims (9)

1.一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，其包括放电管、等离子体电源、高压变压器系统、气体输送及分配系统，其中，放电管包括同一圆心的三根介质管，在最外层介质管和中间介质管形成的密闭腔体中填充有导电金属粉，作为外电极，中间介质管和内介质管之间的开放区域形成气体通过区；内介质管管内为密闭腔体，腔内填充有导电金属粉作为内电极；等离子体电源通过高压变压器系统给放电管供电。 
2.如权利要求1所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，介质管两端均由直角三通形状的介质管固定件连接固定。 
3.如权利要求2所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，介质管固定件的一端设置两个卡槽，分别与外介质管和中间介质管连接；另一端密封并设一个卡槽，与内介质管连接；侧端为一段支管，为气体进出口，与气体输送及分配系统连接。 
4.如权利要求1所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，最外层介质管的管壁中间位置开一小孔，与外电极连接的引出线由该小孔引出；上固定件顶部中间位置开一小孔，与内电极连接的引出线由该小孔引出；内电极和外电极引出的引出线分别与高压系统的高压变压器的两个输出引线连接，引出线采用耐高压高频线缆。 
5.如权利要求4所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，实际使用时，可并联配置多根放电管，每根放电管均通过独立的高压变压器系统与各自的等离子体电源相连接；相邻放电管之间距离均匀。 
6.如权利要求5所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，放电管的工作电压为6000～20000V，脉冲频率8～30kHz，输入功率为150～800W，功率因数不小于0.98。 
7.如权利要求1所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，最外层介质管和中间介质管长度均为400～700mm，内介质管长600～900mm；介质管的口径分别为：最外层介质管65～85mm，中间介质管45～65mm，内介质管25～45mm；壁厚均为1～3mm，上述介质管材质为石英或陶瓷。 
8.如权利要求1所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，等离子体电源由方波发生电路、整流电路、滤波电路及高压驱动电路组成，高压变压器系统由高压包、支架、引线组成，引线采用耐高压高频绝缘线。 
9.如权利要求1所述的管式介质阻挡放电等离子体产生系统，其特征在于，气体输送及分配系统由进气配风管、出气收集管、引风机和变频器组成，进气配风管和出气收集管上均设多个支管，支管数量与所装配的放电管的数量相等，进气配风管上支管与放电管进口连接，出气收集管上的支管与放电管的出口连接，引风机配备变频器，变频器用于调节风量；引风机由耐腐蚀材料组成。 
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