CN212119507U - 一种飞灰的等离子体气相处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及垃圾飞灰处理领域，公开了一种飞灰的等离子体气相处理装置，包括高压电源和反应器，反应器包括壳体、外电极、绝缘介质和内电极；壳体内壁设有外电极，外电极内壁贴合绝缘介质，内电极设于壳体内，与绝缘介质之间形成飞灰处理腔，并在两端通过环状绝缘子闭合固定。本实用新型装置在气相中利用等离子体高能自由基对富集在飞灰表面的二噁英类物质进行原位强氧化降解，有效降低了处理后飞灰的毒性，同时降低了运行能耗，且无须前期预处理以及避免了二次飞灰再处理问题；该装置结构简单，易于功率放大。
Description
技术领域
本实用新型涉及垃圾飞灰处理领域，具体涉及飞灰的等离子体气相处理装置。
背景技术
随着社会发展，人们日常生活产生大量的生活垃圾，对生态环境构成严重威胁，成为制约社会可持续发展的重要因素。垃圾焚烧技术具有减量化效果显著、节省用地等优点，而且通过垃圾焚烧发电实现资源循环利用，因此成为目前城市垃圾主要处理手段之一。
垃圾中含有大量的氯化钠、氯化钾等化学物质，同时含有石油产品、含氯塑料等有机物质，在焚烧过程中会产生二噁英等持久性有机污染物，并伴随着除尘过程富集在垃圾焚烧的飞灰表面。因此，《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18485-2014)规定：生活垃圾飞灰应按危险废物进行管理。《国家危险废物名录》明确规定生活垃圾焚烧的飞灰为危险废物，必须进行无害化、稳定化处理。
目前垃圾焚烧飞灰主要有螯合剂化学处理、水泥固化处理、高温熔融处理等处理手段，螯合剂化学处理简单易行、增容较小，但是垃圾焚烧的飞灰品质复杂，难以处理整体飞灰的有害物质；水泥固化处理费用低、稳定性高，但是面临固化增容后占用土地资源的问题；高温熔融过程可将二噁英类物质高效分解，经处理后重金属元素固化效果稳定，但是高温熔融飞灰处理技术成本与运行能耗较高，电能利用率较低，同时对垃圾焚烧的飞灰品质要求较高，对难熔的飞灰须进行前期预处理，并且处理过程易产生二次飞灰须进行再处理。
CN 109848175 A公开了一种生活垃圾焚烧飞灰中汞和二噁英的脱除方法，包括脱附器、排料斗、一级换热器、二级换热器、等离子净化设备和汞回收装置。所述脱附器的气相出口通过风机连接一级换热器的热源进口，所述一级换热器的热源出口连接二级换热器的热源进口，所述二级换热器的热源出口先连接汞回收装置进而连接等离子净化设备，所述换热器的冷源进口接有冷却介质，所述脱附器的固相出口连接排料斗。该方法常温常压操作，需要对飞灰进行前处理，且对飞灰的降解速率慢，装置结构复杂，运行能耗高。
实用新型内容
本实用新型提供一种飞灰的等离子体气相处理装置，在气相中利用等离子体高能自由基对富集在飞灰表面的二噁英类物质进行原位强氧化降解，有效降低处理后飞灰的毒性，同时降低运行能耗，且不存在飞灰无须前期预处理和二次再处理问题；该装置结构简单，易于功率放大。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种飞灰的等离子体气相处理装置，包括高压电源和反应器，所述高压电源为交流电源；
所述反应器包括壳体，所述壳体内壁设有外电极，所述外电极内壁贴合绝缘介质，所述壳体内设有内电极，所述内电极与绝缘介质之间形成飞灰处理腔，所述内电极与绝缘介质的两端通过环状绝缘子闭合固定，内电极、环状绝缘子、绝缘介质及外电极同轴固定。
本发明的装置工作时，在飞灰处理腔内装入待处理飞灰，闭合装置，接通高压电源，绝缘介质与内电极、外电及形成介质阻挡放电，在飞灰处理腔内产生等离子体，等离子体充满了整个飞灰处理腔，并与飞灰充分接触，等离子体中含有大量的高能电子、高活性自由基，首先电子在电场中会被加速获得极高的运动速度而具备极高的能量，这些高能电子在电场中运动过程中会与二噁英分子发生碰撞，致使二噁英分子发离解而实现降解；其次，等离子体中含有大量的高活性的自由基，这些自由基具有极强的氧化性能，在等离子体与飞灰充分接触中高活性自由基与二噁英分子发生原位氧化反应，从而使得飞灰中的二噁英分子发生原位氧化反应，以实现降解二噁英的目的。
为能实现稳定的放电，在外电极与内电极之间设有所述绝缘介质。
所述外电极的两端不超过绝缘介质，增加了内电极和外电极之间的爬电距离，绝缘介质才可起到介质阻挡的作用，避免内电极与外电极之间发生爬电打火。
优选地，所述外电极、绝缘介质和内电极的长度比为0.5-0.8:1:1。这个长度比例下，产生的等离子体能量密度更大，飞灰处理效率更高。
所述壳体两端分别设有进气口和出气口；所述环状绝缘子为多微孔结构。在飞灰处理时，可通过进气口注入不同的载气，如空气、氧气、水蒸气中一种或多种，载气通过多微孔结构的环状绝缘子进入飞灰处理腔内。
不同的载气能够起到不同的作用，当注入空气时，空气为介质阻挡放电提供了充足的等离子体来源，可使等离子体与飞灰充分接触；当注入氧气时，此时气氛只有氧气，介质阻挡放电会生成各种各样的氧自由基，由于氧自由基的氧化性更强，能够将飞灰的处理效率大幅度提高，但相对成本也较高；当飞灰处理腔内的飞灰的水分含量＜2.5％时，介质阻挡放电过程中会大幅度降低羟基自由基的产量，不利于二噁英的降解，通入水蒸气可调整飞灰中的水含量。
介质阻挡放电的常见型式有管状(又称线管式、同轴式)和板式(平板式)。优选地，所述壳体为管状，形成的反应器呈管状结构，相比于管状结构，板式结构的介质易在运输、安装等过程造成的破损，也容易出现放电造成电穿孔。所述外电极为网状或管状；所述绝缘介质为管状；所述内电极为棒状或杆状，管状结构的机械强度更好。
进一步优选地，当壳体为管状时，所述内电极与所述绝缘介质同轴，同轴结构利于飞灰的填充，可一次性处理飞灰的量更多，且同轴结构的飞灰处理腔内放电更为均匀。
所述的反应器可作为一个单元进行多单元并联放大。
优选地，所述的高压电源的高压端引线穿过所述的壳体与内电极相连，所述的高压电源的低压端引线与外电极相连并接地，将高压设于装置内，低压端与外电极连接并接地，保证反应器无高压安全隐患。
所述的壳体采用绝缘材料，可选用高硬度的塑料，如尼龙、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜等。所述的绝缘介质采用陶瓷材料，陶瓷材料具有机械强度高、介电常数大的优点，非常适用于本发明中的绝缘介质；所述的内电极和外电极采用金属材料，这里的金属材料指本领域人员常用的电极金属材料；所述的环状绝缘子采用聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯材料具有绝缘强度高。
本实用新型装置在运行过程中，将待处理的飞灰放入飞灰处理腔内，通过进气口引入载气，启动连接内电极和外电极的交流电源，在内电极和外电极之间的区域内即飞灰处理腔中的载气发生电离，产生低温等离子体，由于进气口不断地通入载气，因此整个飞灰处理腔内充满着等离子体，等离子体与飞灰充分混合，由于等离子体包含大量的高能电子和高活性自由基，与附着在飞灰表面的二噁英分子发生原位氧化，从而使飞灰中的二噁英氧化分解。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型装置等离子体产生区域即为处理飞灰区域，可最大限度利用等离子体高能自由基，提高了电能利用率。
(2)本实用新型装置在内电极和外电极之间设置有绝缘介质，工作方式为介质阻挡放电，可运行较高功率，可以产生较高密度的等离子体自由基。
(3)本实用新型装置可以在常温和高温条件下运行，不受飞灰处理量的限制，无烟气和飞灰条件的影响。
(4)本实用新型装置的结构为管状，内、外电极及绝缘介质易于布置安装，放电均匀，可以实现多管束并联放大。
附图说明
图1为实施例中等离子体气相处理装置的结构示意图。
其中，1-高压电源，2-壳体，3-外电极，4-绝缘介质，5-内电极，6- 环状绝缘子，7-进气口，8-出气口，11-高压端引线，12-低压端引线。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本领域技术人员在理解本实用新型的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
实施例
如图1所示，本实施例飞灰的等离子体气相处理装置，包括高压电源 1和反应器，反应器包括管状的壳体2，管状的外电极3、管状的绝缘介质 4和棒状的内电极5。壳体2的两端分别设有进气口7和出气口8，高压电源1采用交流电源，壳体2采用聚四氟乙烯材料，绝缘介质4采用陶瓷材料，内电极5和外电极3均采用不锈钢材料。
外电极3设于壳体2的内壁，外电极3的内壁贴合绝缘介质4，壳体2内设有与绝缘介质4同轴的内电极5，两者之间形成飞灰处理腔，并在两端通过聚四氟乙烯的环状绝缘子6闭合固定，环状绝缘子6具有微孔结构。其中外电极3、绝缘介质4和内电极5的长度比为0.8:1:1，高压电源 1的高压端引线11穿过壳体2与内电极5相连，低压端引线12与外电极 3相连并接地，保证反应器无高压安全隐患。
在常温下，将60g的待处理飞灰放入飞灰处理腔内，闭合反应器；通过进气口7引入4L/min的空气作为载气；连接高压电源1，在内电极5 和绝缘介质4中间的区域即飞灰处理腔内，发生介质阻挡放电，空气分子被电离，产生低温等离子体，低温等离子体富含大量的高能电子和高活性自由基，处理腔中虽然填充了飞灰，但是飞灰之间有空隙，这些飞灰空隙中充满了高能电子和高活性自由基，同时随着载气的流动，高能电子、高活性自由基与富集在飞灰表面的二噁英分子发生反应，使其分解。
实验条件为：高压电源1的工作频率1000Hz，峰值电压15kV，采用空气作为载气，载气流量4L/min条件下，处理15min后，飞灰中的二噁英浓度降低至初始浓度的30％，处理效率达到70％，本装置等离子体产生区域即为处理飞灰区域，可最大限度利用等离子体高能自由基，提高了电能利用率；同时利用绝缘介质4形成介质阻挡放电的工作方式，产生较高密度的等离子体自由基。
Claims (8)
1.一种飞灰的等离子体气相处理装置，包括高压电源(1)和反应器，其特征在于，所述高压电源(1)为交流电源；
所述反应器包括壳体(2)，所述壳体(2)的内壁上固定有外电极(3)，所述外电极(3)上贴合绝缘介质(4)，所述壳体(2)内设有内电极(5)，所述内电极(5)与所述绝缘介质(4)之间形成飞灰处理腔，所述内电极(5)与绝缘介质(4)的两端通过环状绝缘子(6)闭合固定。
2.根据权利要求1所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述外电极(3)的两端不超过所述绝缘介质(4)。
3.根据权利要求2所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述外电极(3)、绝缘介质(4)和内电极(5)的长度比为0.5-0.8:1:1。
4.根据权利要求1所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述壳体(2)两端分别设有进气口(7)和出气口(8)；所述环状绝缘子(6)为多微孔结构。
5.根据权利要求1所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述壳体(2)为管状；所述外电极(3)为网状或管状；所述绝缘介质(4)为管状；所述内电极(5)为棒状或杆状。
6.根据权利要求5所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述内电极(5)与所述绝缘介质(4)同轴。
7.根据权利要求1所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述高压电源(1)的高压端引线(11)穿过所述壳体(2)与所述内电极(5)相连，高压电源(1)的低压端引线(12)与所述外电极(3)相连并接地。
8.根据权利要求1所述的等离子体气相处理装置，其特征在于，所述壳体(2)采用绝缘材料；所述绝缘介质(4)采用陶瓷材料；所述内电极(5)和外电极(3)采用金属材料；所述环状绝缘子(6)采用聚四氟乙烯材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |