CN213965932U

CN213965932U - 一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置

Info

Publication number: CN213965932U
Application number: CN202021908076.1U
Authority: CN
Inventors: 焦轩诚; 马中发; 王露; 阮俞颖; 张涛
Original assignee: Shaanxi Qinglang Wancheng Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Qinglang Wancheng Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2030-09-04

Abstract

本实用新型提供一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，涉及废气处理领域。该装置包括：进气口、反应腔、等离子体发生模块、无极紫外灯阵、绝缘层、出气口；等离子体发生模块由电源、电极板、电极板支架构成，电极板包括负高压电极板和零极电极板，电源通过线缆向电极板供电产生高压静电等离子体；无极紫外灯阵由多个无极紫外灯通过灯管支架排布而成，受等离子体激发发出短波紫外光。本实用新型实现了等离子体和短波紫外对废气分子的协同处理，可实现对高浓度、大风量废气的高效处理，结构简单、运行和维护方便。

Description

一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置

技术领域

本实用新型属于环保技术领域和化工生产技术领域，尤其涉及一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置。

背景技术

目前应用于废气处理领域的等离子体技术主要是通过高压放电产生等离子体，紫外光解技术主要采用的是带电极的紫外灯产生紫外光。通过高压放电产生等离子体，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生等离子体(包括电子、离子和自由基等)。通过高压放电产生等离子体得到的等离子体能量很强——可达几千到几万电子伏(eV)，等离子体作用于目标气体，裂解废气分子。高压放电等离子体系统有如下缺点：(1)不适用于湿度大的目标气体。湿度过大会导致高压电极的放电状态从辉光放电(可产生等离子体)变成电弧放电 (严重降低等离子体产生量)，同时导致瞬间电流过大，极易损坏高压电源。(2)电极容易焦化、碳化、结焦。在高压电极的正负极沉积各种产物形成结焦层(介质层)，不仅会降低同等功率情况下等离子体的产生率，还可能因焦化层燃烧而引发故障或事故。

紫外(Ultraviolet，UV)光解技术是指利用紫外光源进行废气处理。其主要原理是利用中短波紫外线光子所携带的能量较强。通过紫外线的光子轰击有机物的分子链，实现分子链的断裂，同时紫外光作用于气体中的氧分子产生臭氧，断裂的有机物成分与氧气、臭氧等反应，生成产物为CO₂和H₂O等无害物质。紫外光解技术有如下不足：(1)短波紫外(如波长为185nm和254nm)能量有限，不能裂解键能较大的分子；(2)对高浓度和超大风量气体处理效果不佳；(3) 存在光衰，随着照射时间延长会导致处理效果降低。(4)对前处理有一定的要求，如温度、湿度等。

现有技术条件下，等离子体处理和UV光解技术分别在不同的腔体先后进行，对某些键能能量较大分子的和浓度较大的废气处理效果不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术中废气处理装置在处理废气的过程中存在的不足，提供一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，以解决现有技术存在的系列问题：(1)处理高浓度、大风量、含高键能分子的废气效率低、效果差；(2)等离子体模块的电极易发生结焦、碳化及不适用于湿度较大应用场合；(3)带电极的紫外灯存在光衰，不适用于高温、高湿等应用场合。 (4)等离子体处理和UV光解分步在不同腔体进行，处理效率不高、效果不好。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，包括：进气口、反应腔、等离子体发生模块、无极紫外灯阵、绝缘层、出气口；

其中，所述等离子体发生模块由电源、电极板、电极板支架构成，所述电极板包括负高压电极板和零极电极板，所述电源通过线缆向所述电极板供电产生高压静电等离子体；所述无极紫外灯阵由多个无极紫外灯通过灯管支架排布而成，受等离子体激发发出短波紫外光。

优选的，所述电极板设置在所述反应腔内，所述负高压电极板两侧分别平行设置一个零极电极板，通过所述电极板支架固定，且与所述反应腔壁绝缘；所述电源设置在所述反应腔外部，通过所述线缆向所述电极板供电产生高压静电等离子体。

优选的，所述针包括多个，多个针均匀的设置在所述电极板板面上。

优选的，所述无极紫外灯阵包括多个无极紫外灯，所述多个无极紫外灯通过所述灯管支架设置在所述负高压电极板和零极电极板之间；无极紫外灯没有电极，类似于中空的圆柱体玻璃棒，受等离子体激发后会发射短波紫外；灯管轴向与气流方向一致或呈一定夹角。

优选的，所述紫外灯包括185nm波长的无极紫外灯和254nm波长的无极紫外灯。

优选的，所述反应腔内，在与负高压电极板垂直的两个腔体壁面内设置所述绝缘层，所述反应腔外壁与负高压电极板绝缘。

本实用新型的有益效果是：一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，所述装置包括：进气口、反应腔、等离子体发生模块、无极紫外灯阵、绝缘层、出气口；其中，所述等离子体发生模块由电源、电极板、电极板支架构成，所述电极板包括负高压电极板和零极电极板，所述电源通过线缆向所述电极板供电产生高压静电等离子体；所述无极紫外灯阵由多个无极紫外灯通过灯管支架排布而成，受等离子体激发发出短波紫外光。本实用新型设计的等离子体与UV光解一体化气体处理装置将等离子体处理和UV光解技术集成在同一腔体、同一步骤内，等离子体和短波紫外同时作用于废气分子，相比传统技术节省了空间和时间，获得更好的处理效果。

附图说明

为清晰说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例所使用的附图作简要说明。在此说明，附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置剖面示意图，图2为图1从进气口向出气口方向的剖面示意图。

图标：1-电极板支架；2-无极紫外灯阵；3-负高压电极板；4-灯管支架；5- 绝缘层；6-腔体外壳；7-零极电极板一；8-零极电极板二；9-进气口；10-出气口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型一实施例提供的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置剖面示意图，图2为图1从进气口向出气口方向的剖面示意图。结合图1和图 2对本实用新型实施例所提供的气体处理装置进行详细说明。

如图1和图2所示，该气体处理装置包括：1.电极板支架；2.无极紫外灯阵； 3.负高压电极板；4.灯管支架；5.绝缘层；6.腔体外壳；7.零极电极板一；8.零极电极板二；9.进气口；10出气口。

其中，腔体外壳形成的封闭区域为反应腔，所述反应腔是指由刚性外壳形成的立体封闭区域，气体由进气口进入反应腔发生反应，由出气口排出。灯管支架有多个，分别固定电极板之间的无极紫外灯管。电极板支架1有多个，分别固定负高压电极板3、零极电极板一7以及零极电极板二8。所有的灯管支架和电极板支架都与腔体之间绝缘。

本实用新型实施例中，废气的主要成分包括，氧气O₂、氮气N₂、挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)、一氧化碳CO、氨气NH₃和硫化氢 H₂S及臭氧O₃等成分。废气从进气口9进入反应腔，通过负高压电极板3和零极电极板一7、零级电极板二8之间的紫外灯阵列区域，在等离子体和短波紫外光的作用下，分子链断裂从而发生裂解反应，最后从出气口10排出。

优选的，负高压电极板3、零极电极板一7、零极电极板二8和电极板支架 1设置在反应腔内，所有的电极均为电极板，并通过专用线缆由专用电源供电；并且，电极板设置在电极板上，电极板上均匀设置有多个突出的针。电极板支架 1固定在电极板上下两面的腔体外壳上，并与腔体外壳绝缘。优选的，电极板支架1可以为陶瓷支架、树脂支架。示例性的，电极板支架1为聚四氟乙烯。

优选的，电极板设置在反应腔内，负高压电极板3两侧分别平行设置一个零极电极板一7和一个零极电极板二8，通过电极板支架1固定，且与反应腔壁绝缘；电源设置在反应腔外部，通过线缆向电极板供电产生高压静电等离子体。

优选的，无极紫外灯阵2包括多个无极紫外灯，多个无极紫外灯和灯管支架 4设置在负高压电极板3、零极电极板一7以及零级电极板二8之间；无极紫外灯没有电极，类似于中空的圆柱体玻璃棒，受等离子体激发后会发射短波紫外；灯管轴向与气流方向一致或呈一定夹角。

优选的，无极紫外灯2包括185nm波长的无极紫外灯和254nm波长的无极紫外灯。优选的，灯管支架4可以为陶瓷支架、树脂支架。示例性的，灯管支架 4为聚四氟乙烯。

优选的，反应腔内，在与负高压电极板3垂直的两个腔体壁面内设置绝缘层 5，反应腔外壁与负高压电极板3完全绝缘，防止负高压与腔体外壳之间形成感应电压。优选的，绝缘层5可以为陶瓷、树脂材料。示例性的，绝缘层5为聚四氟乙烯。

本实用新型实施例中，气体从进气口9进入负高压电极板3、零极电极板一 7以及零级电极板二8之间的反应区，无极紫外灯阵2均匀布置在灯管支架4上。废气从进气口9进入到电极板板之间的紫外灯阵列共同作用的反应区，在等离子体和短波紫外光的共同作用下，各种分子发生断键、生成羟基、氧负离子、臭氧、短链碎片等，进一步的，各种有机物或未完全氧化的分子与活性氧化基团发生类似燃烧的裂解反应。本实用新型设计的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置将等离子体处理和紫外光解技术集成在同一腔体、同一步骤内，等离子体和短波紫外同时作用于废气分子，相比传统技术节省了空间和时间，获得更好的处理效果。

需要说明的是，臭氧具有的强氧化性是因为臭氧分子中氧原子具有强亲电子或亲质子性。臭氧分解后产生新生态氧原子，在水中可形成具有强氧化作用基团 -羟基自由基，可快速除去废水中的有机污染物，而自身分解为氧，不会造成二次污染。

本实用新型实施例公开的一种等离子体与紫外一体化气体处理装置，还可以作为一种单元模块，根据实际需要进行并联或串联设计，可实现对高浓度、大风量的废气高效率处理，结构简单且易操作。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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

1.一种等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述装置包括：进气口、反应腔、等离子体发生模块、无极紫外灯阵、绝缘层、出气口；

2.根据权利要求1所述的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述电极板设置在所述反应腔内，所述负高压电极板两侧分别平行设置一个零极电极板，通过所述电极板支架固定，且与所述反应腔壁绝缘；所述电源设置在所述反应腔外部，通过所述线缆向所述电极板供电产生高压静电等离子体。

3.根据权利要求1所述的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述电极板上均匀设置有多个针。

4.根据权利要求1所述的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述无极紫外灯阵包括多个无极紫外灯，所述多个无极紫外灯通过所述灯管支架设置在所述负高压电极板和零极电极板之间。

5.根据权利要求4所述的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述无极紫外灯包括185nm波长的无极紫外灯和254nm波长的无极紫外灯。

6.根据权利要求1所述的等离子体与紫外光解一体化气体处理装置，其特征在于，所述反应腔内，在与负高压电极板垂直的两个腔体壁面内设置所述绝缘层，所述反应腔外壁与负高压电极板绝缘。