CN208943805U - 基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，它包括介质阻挡放电反应器，高压电压源（11）的高压电极端与介质阻挡放电反应器的外电极连接；高压电压源的地电极端与介质阻挡放电反应器的地电极接线柱（9）连接；介质阻挡放电反应器的一端设置有进气口接头（2）；另一端设置有出气口接头（10），出气口接头（10）通过管道与尾气吸收池（12）连接；解决了现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存分解存在的处理量非常低，降解率低，不能有效对SF6气体进行降解，没有对降解后的尾气进行有效回收等技术问题。

Description

基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置

技术领域

本实用新型属于六氟化硫降解技术，尤其涉及一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置。

背景技术

六氟化硫由于具有良好的电气性能和优异的灭弧性能，作为绝缘介质材料被广泛应用于各种高压电气设备中。此外，由于SF₆是一种无色、无味、无毒、不可燃且无腐蚀性的惰性气体，它还被广泛应用于金属冶炼、半导体制造、医疗、化工、大气示踪和航空航天等行业。但研究表明SF₆的温室效应潜在值（Global Warming Potential, GWP）是CO2的23 900倍，而且SF₆在大气中的降解速度非常缓慢，大约需要3 200年，所以在1997年签订的《京都议定书》中已将SF₆气体列为六种限制性排放的温室气体之一。面对SF₆对全球环境造成的破坏和公众环保意识的增强，我国一直致力于降低SF₆排放量。减少SF₆的使用量、提高SF₆的回收利用率和降解处理SF₆气体，是减少SF₆排放量的主要手段。

近30年来，低温等离子体处理技术得到了越来越广泛的应用，尤其在废气处理方面。与传统的物理化学技术如燃烧和催化热分解等相比，等离子体废气处理技术具有方便简单、能耗低、处理彻底等优势，应用前景十分广阔。

目前针对六氟化硫气体处理的方法，例如2016年5月8日公布号为CN 104482400B的“一种便携式SF₆气体回收装置”，2007年11月7日公布号为CN101066754的“SF₆气体回收提纯方法及回收提纯罐”等专利，主要针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存，并没有实现六氟化硫的分解与安全排放。

目前针对SF6的降解处理方法，主要有复旦大学沈燕等人于2007年在《环境化学》上发表的“介质阻挡放电处理SF6的研究”，该研究使用了玻璃管反应器，在介质阻挡放电条件下，对58ml体积下的SF6进行了降解，在10分钟时间可以降解80%的SF6气体。该方法基于介质阻挡放电，但是对SF6的处理量非常低，降解率低，不能有效对SF6气体进行降解。其原因在于：该处理采样的是静态处理模式，同时装置在放电反应过程中，内部气流不流通，没有相应的尾气回收装置，仍有许多需要改进的地方。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置,以解决现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存分解存在的处理量非常低，降解率低，不能有效对SF6气体进行降解，没有对降解后的尾气进行有效回收等技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，它包括介质阻挡放电反应器，高压电压源的高压电极端与介质阻挡放电反应器的外电极连接；高压电压源的地电极端与介质阻挡放电反应器的地电极接线柱连接；介质阻挡放电反应器的一端设置有进气口接头；另一端设置有出气口接头，出气口接头通过管道与尾气吸收池连接。

高压电压源为交流电压源，为介质阻挡放电反应器提供正负幅值13kV，频率8.7kHz的高频电压。

介质阻挡放电反应器包括地电极支架、进气口接头、出气口接头、左右针采样口、左右密封法兰、外层介质管、外电极金属网、内电极、内层介质管和地电极接线柱；所述的左右地电极支架与左右密封法兰固定连接；进气口接头、出气口接头均为6毫米口径气管快插接口；左右针采样口位于左右密封法兰上方；左右密封法兰通过橡胶密封垫圈与外层介质管和内层介质管连接固定；左右密封法兰与内电极连接固定；外电极金属网缠绕在外层介质管的外部，中间部位引出铜线与高频电压源的高压电极连接；地电极接线柱位于右侧地电极支架上；外电极金属网为直径1毫米的铜丝，共100匝；地电极支架为不锈钢材质，用于在反应器两侧支撑介质管并作为反应器的地电极；所述的内电极金属铜棒，直径为3毫米，长度为360毫米，放置在内层介质管的内部，两侧通过螺丝与左右密封法兰固定；内电极右侧通过密封法兰与地电极支架连接，内电极在介质阻挡放电过程中起到地电极作用。

所述内层介质管为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2毫米，内径2毫米，外径4毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰连接；所述外层介质管为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2.5毫米，内径10毫米，外径12.5毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰连接。

所述左右针采样口，分别位于左右密封法兰上，由密封法兰上侧开孔而成，针进样口直径2毫米，孔中填充进样针垫。

它还包括载气瓶，载气瓶出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与进气口接头连接；载气瓶出气口管道上依次安装有第一减压阀、第一电磁流量计和第一电磁阀；六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀、第二电磁流量计和第二电磁阀；

载气瓶内存放有Ar气；进气口接头处六氟化硫浓度为5%，气体流量为0.5~5L/min。

尾气吸收池出气端设置有二个出气支路，第一出气支路通过第三电磁阀与大气连通；第二出气支路通过第四电磁阀、空气压缩机后与存储气瓶连接。

本实用新型有益效果：

本实用新型可以将整个设备与GIS等气体绝缘设备对接，自动取气，控制压力流速，通过控制电磁流量计，将气体绝缘设备中的SF6气体按照设定的比例稀释，稀释气体为Ar载气，稀释后的气体通入介质阻挡反应器中，通过高频电压源向介质阻挡放电反应器的两端施加高频电压，可在反应器的内外介质管中间的间隙产生介质阻挡放电，放电产生大量低温等离子体，形成稳定的放电区域，由进气口通入六氟化硫气体及其载气，在放电区域里被等离子体轰击分解，降解成分解气体，随气流由出气口排入尾气吸收池，吸收池内的氢氧化钠溶液与六氟化硫的酸性分解气体反应完成吸收，其余无害产物通入空气压缩机中压缩收集至气体钢瓶中储存，或通过气管通入气袋收集或直接排放至大气。实现六氟化硫的降解处理。

采用本实用新型主要有下述优点：

（1）能够通过单片机或上位机控制，自动从GIS等气体绝缘设备中取气，按照设定比例稀释后通入介质阻挡放电反应器中；

（2）能够产生能量密集的等离子体放电区域，对六氟化硫气体实现高效的分解；

（3）介质阻挡放电产生等离子体条件简单，设备易搭建，放电环境温和，较为安全；

（4）通过尾气吸收池，可以将分解产生的毒害气体产物吸收，使六氟化硫安全无害的降解排放；

（5）可以实现尾气的压缩存储，或气袋采集分析，以及直接排放。

本实用新型解决了现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存分解存在的处理量非常低，降解率低，不能有效对SF6气体进行降解，没有对降解后的尾气进行有效回收等技术问题。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式

一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，它包括介质阻挡放电反应器，高压电压源11的高压电极端与介质阻挡放电反应器的外电极连接；高压电压源的地电极端与介质阻挡放电反应器的地电极接线柱9连接；介质阻挡放电反应器的一端设置有进气口接头2；另一端设置有出气口接头10，出气口接头10通过管道与尾气吸收池12连接。

高压电压源11为交流电压源，为介质阻挡放电反应器提供正负幅值13kV，频率8.7kHz的高频电压。通过导线连接到介质阻挡反应器的高压电极和地电极；在该电压条件下，高频交流电压源对介质阻挡反应器具有最高的输入功率，可以将最多的电源功率用于产生等离子体放电，相比于现有技术，该电源与放电反应器配合能够获得更高的能量效率。

介质阻挡放电反应器包括地电极支架1、进气口接头2、出气口接头10、左右针采样口3、左右密封法兰4、外层介质管5、外电极金属网6、内电极7、内层介质管8和地电极接线柱9；所述的左右地电极支架1与左右密封法兰4固定连接；进气口接头2、出气口接头10均为6毫米口径气管快插接口；左右针采样口3位于左右密封法兰上方；左右密封法兰4通过橡胶密封垫圈与外层介质管5和内层介质管8连接固定；左右密封法兰4与内电极7连接固定；外电极金属网6缠绕在外层介质管5的外部，中间部位引出铜线与高频电压源10的高压电极连接；地电极接线柱9位于右侧地电极支架上；外电极金属网6为直径1毫米的铜丝，共100匝；地电极支架1为不锈钢材质，用于在反应器两侧支撑介质管并作为反应器的地电极；所述的内电极7为金属铜棒，直径为3毫米，长度为360毫米，放置在内层介质管8的内部，两侧通过螺丝与左右密封法兰4固定；内电极7右侧通过密封法兰与地电极支架1连接，内电极7在介质阻挡放电过程中起到地电极作用。

所述内层介质管8为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2毫米，内径2毫米，外径4毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰4连接；所述外层介质管5为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2.5毫米，内径10毫米，外径12.5毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰4连接。

所述左右针采样口3，分别位于左右密封法兰上，由密封法兰上侧开孔而成，针进样口直径2毫米，孔中填充进样针垫。

它还包括载气瓶13，载气瓶13出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与进气口接头2连接；载气瓶13出气口管道上依次安装有第一减压阀14、第一电磁流量计15和第一电磁阀16；六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀17、第二电磁流量计18和第二电磁阀19；

第一减压阀14与第二减压阀17可以通过单片机或PLC控制，将气体压力减小至1~1.3Mpa；电磁流量计可以通过单片机或PLC控制，将气体流量控制在0.5~5L/min；电磁阀为高压电磁阀，通过单片机控制，可以耐受3~5Mpa的高压。

根据GIS等气体绝缘设备中SF6气体的浓度，对SF6通过第二电磁流量计18控制流量，并使用Ar载气进行稀释，将SF6浓度稀释至5%，过高的浓度在介质阻挡反应器中不易发生放电分解，SF6经过分解产生的低氟硫化物SF_x和F离子可能发生复合反应重新生成SF6，导致SF6的降解被阻碍，因此将SF6通过Ar进行稀释。Ar气体的第一电离能较低，在放电区域内容易发生彭宁电离从而生成活性粒子，使得放电区域内的活性粒子密度增加，为SF6的碰撞分解提供较好的环境。因此对SF6的稀释有助于提高SF6的降解效率。

此外，通过第一电磁流量计15和第二电磁流量计18控制流速，可以有效的控制SF6的降解率，已知放电反应区域的体积一定，不同的SF6气体流速对应了不同的反应时间，过高的流速可能会导致SF6来不及在放电区域内充分被分解，因此通过流量控制可以根据降解率的大小调整，选择流量使得SF6降解率可以达到90~100%之间的设定值。

载气瓶13内存放有Ar气；进气口接头2处六氟化硫浓度为5%。

尾气吸收池12出气端设置有二个出气支路，第一出气支路通过第三电磁阀20与大气连通；第二出气支路通过第四电磁阀21、空气压缩机22后与存储气瓶23连接。

尾气吸收池12内放置有饱和氢氧化钠溶液；用于吸收反应器出气口排出的六氟化硫酸性分解气体。尾气吸收池与介质阻挡放电反应器通过6毫米口径气管连接。

尾气出口通过二通气管分成两路，一路通过电磁阀20与采气袋连接或直接通入大气，另一路通过电磁阀21连接，通过空气压缩机22压缩至储存气瓶23中，空气压缩机可以将气体压缩至0.1~10Mpa。

本实用新型针对介质阻挡放电的六氟化硫处理方法为：气体绝缘设备或待处理的六氟化硫气源，通过6mm口径气管与第二减压阀17连接，通过第二减压阀17之后，气体压力减小至1.0~1.3MPa，减压后的气流通过第二电磁流量计18后，按照0.5~5L/min范围内的指定流量通过第二电磁阀19流入介质阻挡反应器进气口2；另一侧Ar载气通过第一减压阀13之后，气体压力减小至1.0~1.3MPa，减压后的气流通过第一电磁流量计14后，按照0.5~5L/min范围内的指定流量通过第一电磁阀16流入介质阻挡反应器进气口2；通过单片机控制，实现SF6气体的稀释。

高频电压源11通过导线，施加高频交流电压到介质阻挡放电反应器的两端，介质阻挡放电反应器的外层介质管5和内层介质管8之间空气间隙产生介质阻挡放电，放电形成稳定的低温等离子体，在介质管的气息间形成放电区域，六氟化硫及相关气体由左侧进气口通过6毫米口径气管导入，在放电区域内被等离子体轰击发生气体分解，分解产生的气体及相关气体在气流的带动下从右侧的出气口2排出到尾气吸收池11中，在尾气吸收池中酸性分解气体被氢氧化钠溶液吸收。

尾气处理装置导出的气体分成两路，一路通过第三电磁阀20控制，导入采气袋中采集分析，或直接排入大气；另一路通过第四电磁阀21控制，导入空气压缩机22中，空气压缩机22将气体压缩到0.1~10Mpa范围内的指定压力导入储存气瓶23中。

相对于目前已有的介质阻挡放电研究，基于没有降解尾气的处理。本实用新型通过气路设计，可以对降解碱液吸收后的尾气进行有针对性的收集。其一，可以通过空气压缩机22将尾气压缩收集至钢瓶23中，方便环保部门统一管理，或者对尾气中可再利用的部分气体进行收集提纯。其二，可以通过采气袋收集尾气，再使用相关设备如色谱仪、红外傅里叶分析仪等对其进行定性定量分析，或者直接将合乎环境安全规定的尾气直接排放至大气。

Claims (8)

1.一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，它包括介质阻挡放电反应器，其特征在于：高压电压源（11）的高压电极端与介质阻挡放电反应器的外电极连接；高压电压源的地电极端与介质阻挡放电反应器的地电极接线柱（9）连接；介质阻挡放电反应器的一端设置有进气口接头（2）；另一端设置有出气口接头（10），出气口接头（10）通过管道与尾气吸收池（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：高压电压源（11）为交流电压源，为介质阻挡放电反应器提供正负幅值13kV，频率8.7kHz的高频电压。

3.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：介质阻挡放电反应器包括地电极支架（1）、进气口接头（2）、出气口接头（10）、左右针采样口（3）、左右密封法兰（4）、外层介质管（5）、外电极金属网（6）、内电极（7）、内层介质管（8）和地电极接线柱（9）；地电极支架（1）与左右密封法兰（4）固定连接；进气口接头（2）、出气口接头（10）均为6毫米口径气管快插接口；左右针采样口（3）位于左右密封法兰上方；左右密封法兰（4）通过橡胶密封垫圈与外层介质管（5）和内层介质管（8）连接固定；左右密封法兰（4）与内电极（7）连接固定；外电极金属网（6）缠绕在外层介质管（5）的外部，中间部位引出铜线与高压电压源（11）的高压电极连接；地电极接线柱（9）位于右侧地电极支架上；外电极金属网（6）为直径1毫米的铜丝，共100匝；地电极支架（1）为不锈钢材质，用于在反应器两侧支撑介质管并作为反应器的地电极；所述的内电极（7）为金属铜棒，直径为3毫米，长度为360毫米，放置在内层介质管（8）的内部，两侧通过螺丝与左右密封法兰（4）固定；内电极（7）右侧通过密封法兰与地电极支架（1）连接，内电极（7）在介质阻挡放电过程中起到地电极作用。

4.根据权利要求3所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：所述内层介质管（8）为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2毫米，内径2毫米，外径4毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰（4）连接；所述外层介质管（5）为石英玻璃材质，长340毫米，厚度为2.5毫米，内径10毫米，外径12.5毫米，通过密封垫圈与左右密封法兰（4）连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：所述左右针采样口（3），分别位于左右密封法兰上，由密封法兰上侧开孔而成，针进样口直径2毫米，孔中填充进样针垫。

6.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：它还包括载气瓶（13），载气瓶（13）出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与进气口接头（2）连接；载气瓶（13）出气口管道上依次安装有第一减压阀（14）、第一电磁流量计（15）和第一电磁阀（16）；六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀（17）、第二电磁流量计（18）和第二电磁阀（19）。

7.根据权利要求6所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：载气瓶（13）内存放有Ar气；进气口接头（2）处六氟化硫浓度为5%；气体流量为0.5~5L/min。

8.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置，其特征在于：尾气吸收池（12）出气端设置有二个出气支路，第一出气支路通过第三电磁阀（20）与大气连通；第二出气支路通过第四电磁阀（21）、空气压缩机（22）后与存储气瓶（23）连接。