CN208911782U - 一种应用等离子体技术除去二噁英的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，包括外部的高压电源及其控制装置、等离子发生器及集气箱，所述等离子发生器包括阴极端及阳极端，且其上方依次连接绝缘子及上吊架，下方连接下吊架，外部为烟气通道，所述烟气通道侧壁上设有振打装置；所述高压电源及其控制装置及等离子发生器通过高压进线连接，所述等离子发生器设于集气箱内部，所述集气箱设有外壳，其上端设有上集气箱，下端设有下集气箱，所述上集气箱上方开有排气口，所述下集气箱内部设有烟气分布器，外部设有进气口；本实用新型的优点是，对二噁英的去除效率高，设备能耗低，性能稳定，能够长期运行；设备结构更加合理，气体分布更均匀，效率更高。

Description

一种应用等离子体技术除去二噁英的设备

技术领域

本实用新型涉及垃圾焚烧尾气处理设备领域，具体涉及一种应用等离子体技术除去二噁英的设备。

背景技术

随着我国社会经济及城市化进程的快速发展，各种生活垃圾的产生量也急剧增加，成为环境保护中越来严重的问题。几年以前，处理生活垃圾以卫生填埋为主，大量的生活垃圾埋入地下，造成新的不可逆的环境污染。近年来，垃圾焚烧处理有了很大的发展，并被认为是解决填埋法产生的环境污染问题有效方法。然而，研究人员在对垃圾焚烧烟尘有害检测分析中发现了对人类身体健康具有极大危害的化学物质二噁英。

二噁英(dioxins,DXN),是多氯二苯并二嗯英(polychlorinated dibenzo-p-dioxin,PCDDs)和多氯二苯并呋喃(polychlorinated dibenzofuran,PCDFs)2类近似平面状芳香族杂环化合物的统称。PCDD有75个异构体，PCDF有135个异构体.PCDDs和PCDFs一般为白色固体，熔点303℃～305℃，750℃开始分解，在生物链中有极强的富集作用，在酸、碱和环境中性质稳定，平均半衰期约为9年。PCDDs和PCDFs是目前人类发现的毒性最强的物质，其毒性相当于氰化钾的1000倍。二噁英对人体健康影响巨大，世界卫生组织公布的人体每天二噁英摄入量为不大于1～4pgPCDD(或TEQ)，人体每月二噁英摄入量为不大于70pgPCDD(或TEQ)。

因此，有效控制垃圾焚烧过程中二噁英的排放，是我国进行垃圾处理的一个亟待解决的问题。国家标准GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准规定，新建生活垃圾焚烧炉排放烟气污染物浓度控制指标中，二噁英的最高允许排放浓度为0.1ngTEQ/m³.然而监督检测结果表明，标准实施达标情况令人担忧。

目前国内垃圾处理企业和研究工作主要从以下三个方向控制垃圾焚烧过程中二噁英的排放：

一是生成前控制：从源头减少生成二噁英的物质条件。研究成果一般认为，垃圾焚烧过程生成二噁英的浓度，与所焚烧垃圾中的氯元素的量有关，燃烧物中氯的质量越大，燃烧生成物中二噁英的浓度越高。因此，焚烧前对垃圾进行分类和加工处理，分离其中含氯高的物质如橡胶、含氯塑料、装饰材料等等，可以有效减少燃烧灰烬和烟气中的二噁英浓度。

二是生成过程控制：将垃圾焚烧过程的工艺参数控制在不利于二噁英产生的条件下。研究成果一般认为，垃圾焚烧过程生成二噁英的温度条件为250℃～500℃。焚烧末端烟气中未燃烧的有机碳的存在，能增加二噁英的生成量。烟气中的飞灰能起到生成二噁英的催化剂的作用。因此，垃圾焚烧和焚烧烟气净化工艺一般都将温度控制在800℃以上，200℃以下，并尽可能减少烟气中的未燃烧物和烟尘含量。

三是生成后控制，即烟气净化处理：目前烟气净化处理的工艺单元主要有旋风除尘，布袋除尘，活性炭吸附，活性炭喷射系统，喷雾干燥吸收塔等等，并出现了不少组合工艺，这些工艺对促进垃圾焚烧过程二噁英的减排起到十分积极的作用，但是大多数企业烟气净化处理结果据国家排放标准还有一定的差距。需要开发焚烧烟气中的二噁英深度净化技术，才能满足环境保护的要求.非热平衡等离子体技术的应用，为二噁英的减排打开了一片新的希望之门。

等离子体被称为物质的第四态，在其空间内含有丰富的高活性的原子、分子、离子、电子和自由基等粒子，处于等离子体态的各种化学物质具有极强的化学活性。等离子体依据其粒子温度可分为热平衡等离子体和非平衡等离子体。非平衡等离子体(如常压辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电等)输入功率低，重粒子温度接近常温而电子温度可高达5000℃，在这种情况下，等离子体不是给反应体系提供能量而是产生能激发或加强化学反应的活性物种，具有很高的选择性和能量效率，在低温下操作且不需要猝熄，能有效地解除和转化粉尘中的二噁英化合物，对二噁英各个同分异构体和呋喃各个同分异构体分解效率不同，粉尘中的二噁英化合物浓度越高，分解和转化的效率越高。

近年来环境意识的加强和日益严格的国家环保法规和政策的相继出台，生活垃圾处理过程中的环境保护工作，越来越受到重视。生活垃圾焚烧发电和生活垃圾热解气化排放尾气净化，特别是尾气中二噁英的去除，逐渐成为垃圾处理技术发展的重点。

现有垃圾焚烧发电和热解气化工艺中，二噁英的去除设备存在以下不足：

(1)设备二噁英的去除效率低，难以达到国家排放标准要求；

(2)设备本身对二噁英并不起到破坏作用，仅仅将二噁英从烟气中分离了出来，然后将含有二噁英的固体物质再进行处理；

(3)设备能耗高，性能不稳定，难以长期运行；

(4)设备结构不合理，气体分布不均匀；

(5)产生等离子的电器设备需要改进。

为了解决上述问题，需要对垃圾热解气化和焚烧尾气处理设备进行更适合我国垃圾现状的改进，达到设备高效、经济、长周期运行，确保尾气达标排放。

现有中国专利文件201720923777.4公布了一种能抑制二噁英类物质生成的垃圾焚烧系统，其主要技术方案为：一种能抑制二噁英类物质生成的垃圾焚烧系统，包括依次连通的循环流化床垃圾焚烧炉、旋风分离器、返料器和竖井烟道,还包括抑制剂添加装置、分别连通旋风分离器底部和返料器的换热器以及置于换热器内部的第一过热器，抑制剂添加装置根据实际需要从系统各个部位加入适量的抑制剂，进行空气补充，布风板上竖直安装有上端封堵的二次风补风管，二次风补风管从风室底部伸入并延伸至燃烧室中部，直接对燃烧室中心进行空气补充，在旋风分离器上部增设一个入风口。与本实用新型方案不同。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，其去除效率高、排放达标、能耗低、性能稳定。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，包括外部的高压电源及其控制装置、等离子发生器及集气箱，所述等离子发生器包括阴极端及阳极端，且其上方依次连接绝缘子及上吊架，下方连接下吊架，外部为烟气通道，所述烟气通道侧壁上设有振打装置；

所述高压电源及其控制装置及等离子发生器通过高压进线连接，所述等离子发生器设于集气箱内部，所述集气箱设有外壳，其上端设有上集气箱，下端设有下集气箱，所述上集气箱上方开有排气口，所述下集气箱内部设有烟气分布器，外部设有进气口；

所述高压电源及其控制装置、高压进线、绝缘子、上吊架、阴极端、阳极端及下吊架构成等离子体产生系统，所述上集气箱、排气口、烟气通道、振打装置、烟气分布器、进气口、下集气箱构成烟气系统。

进一步的，所述外壳用于集气箱的保护。

本实用新型的有益效果在于：

本设备应用非热平衡等离子体技术，对垃圾焚烧和热解气化尾气进行处理，使其中的大部分二噁英成分受到破坏，并将未遭到破坏的二噁英从尾气中分离，使排放烟气的二噁英含量，且符合国家排放标准要求；对二噁英的去除效率高，不仅能将烟气中的二噁英分解，也可以将固体物颗粒上附着二噁英分解，使气相和固相排放物中的二噁英总体减量；设备能耗低，性能稳定，能够长期运行；设备结构更加合理，气体分布更均匀，效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，包括外部的高压电源及其控制装置1、等离子发生器及集气箱，所述等离子发生器包括阴极端8及阳极端81，且其上方依次连接绝缘子3及上吊架4，下方连接下吊架11，外部为烟气通道9，所述烟气通道9侧壁上设有振打装置10；

所述高压电源及其控制装置1及等离子发生器通过高压进线2连接，所述等离子发生器设于集气箱内部，所述集气箱设有外壳7，其上端设有上集气箱5，下端设有下集气箱14，所述上集气箱5上方开有排气口6，所述下集气箱14内部设有烟气分布器12，外部设有进气口13；

所述高压电源及其控制装置1、高压进线2、绝缘子3、上吊架4、阴极端8、阳极端81及下吊架11构成等离子体产生系统，所述上集气箱5、排气口6、烟气通道9、振打装置10、烟气分布器12、进气口13、下集气箱14构成烟气系统。所述外壳7用于集气箱的保护。

运行时，由等离子体产生系统产生并控制非热平衡等离子体。低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质的第四态，当外加电压达到设定电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，低温等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。烟气中的二噁英等污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为CO₂和H₂O等物质，从而达到净化废气的目的。低温等离子体去除污染物的机理：等离子体化学反应过程中，等离子体传递化学能量的反应过程中能量的传递大致如下：

电场+电子→高能电子

高能电子+分子(或原子)→(受激原子、受激基团、游离基团)活性基团

活性基团+分子(原子)→生成物+热

活性基团+活性基团→生成物+热

从以上过程可以看出，电子首先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去，获得能量的分子或原子被激发，同时有部分分子被电离，从而成为活性基团；之后这些活性基团与分子或原子、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外，高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在化学反应中起着重要的作用。

在设备运行中，当含有二噁英的烟气在非热平衡等离子体中通过时，二噁英分子中的C-Cl键被破坏，生成了C-H键。Cl元素被除去，生成了较小分子的含氯有机物或含氯无机物。最终二噁英(PCDDs和PCDFs)苯环上的C-C或C＝C被破坏，烟气中的二噁英化合物含量逐渐降低。同时，有一部分二噁英附着在烟气中粉尘颗粒上，在等离子体中高能电子的作用下，烟气中粉尘颗粒到达阳极端81，并停留在阳极板上，等离子体中的活性基团可以继续对二噁英产生作用，使二噁英与这些具有较高能量的活性基团发生反应，C-Cl键被破坏，C元素与其他元素结合，最终转化为CO₂和H₂O等物质，CL元素转化进入较小分子的含氯有机物或含氯无机物。

实际操作中，烟气从进气口13进入本设备，通过烟气分布器12被分配到每一个烟气通道9，每一个烟气通道9与供电系统形成了一个等离子发生器，即烟气均匀地进入每一个等离子发生器的等离子流。开始打开高压电源及其控制装置1的开关，逐步提高电压，达到放电电压，并保持电压基本稳定。烟气流动方向与等离子流运动方向垂直，通过等离子流的作用，烟气中的二噁英被分解，通过上集气箱5，从排气口6排出。同时，烟气中固体颗粒物质在阳极端81聚集，随着固体颗粒物质在阳极端81聚集层加厚，系统自动提高电压。系统电压升高到设置值，振打装置10开启，固体颗粒物质在阳极端81聚集层脱落，系统电压自动回复到正常运行值。振打脱落下来的固体颗粒，从下集气箱14下部排出。

本设备应用非热平衡等离子体技术，对垃圾焚烧和热解气化尾气进行处理，使其中的大部分二噁英成分受到破坏，并将未遭到破坏的二噁英从尾气中分离，使排放烟气的二噁英含量，符合国家排放标准要求；对二噁英的去除效率高，不仅能将烟气中的二噁英分解，也可以将固体物颗粒上附着二噁英分解，使气相和固相排放物中的二噁英总体减量；本实用新型在现有技术的基础上，对等离子发生器、设备结构等进行改进，使设备能耗低，性能稳定，能够长期运行，且设备结构更加合理，气体分布更均匀，效率更高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，其特征在于，包括外部的高压电源及其控制装置(1)、等离子发生器及集气箱，所述等离子发生器包括阴极端(8)及阳极端(81)，且其上方依次连接绝缘子(3)及上吊架(4)，下方连接下吊架(11)，外部为烟气通道(9)，所述烟气通道(9)侧壁上设有振打装置(10)；

所述高压电源及其控制装置(1)及等离子发生器通过高压进线(2)连接，所述等离子发生器设于集气箱内部，所述集气箱设有外壳(7)，其上端设有上集气箱(5)，下端设有下集气箱(14)，所述上集气箱(5)上方开有排气口(6)；所述下集气箱(14)内部设有烟气分布器(12)，外部设有进气口(13)；

所述高压电源及其控制装置(1)、高压进线(2)、绝缘子(3)、上吊架(4)、阴极端(8)、阳极端(81)及下吊架(11)构成等离子体产生系统，所述上集气箱(5)、排气口(6)、烟气通道(9)、振打装置(10)、烟气分布器(12)、进气口(13)、下集气箱(14)构成烟气系统。

2.根据权利要求1所述的一种应用等离子体技术除去二噁英的设备，其特征在于，所述外壳(7)用于集气箱的保护。