CN217410313U - 一种用于二噁英处理的低温等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及固体废物焚烧废气处理领域，尤其涉及一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，包括壳体、至少一个钛丝，所述壳体为筒状结构，所述钛丝平行于所述壳体的轴线设置，所述钛丝与所述壳体内壁之间设有极板组件，所述钛丝的长度不小于所述极板组件的长度，所述壳体一端设有进气组件，所述壳体另一端设有出气组件，所述壳体上设有观察组件；所述极板组件内壁涂覆有碳纳米功能材料。本实用新型提高了装置内电子密度及能量密度，还能作为催化剂，提高反应选择性，促进反应提高了反应器的降解效率，节约了能源成本。

Description

一种用于二噁英处理的低温等离子体装置

技术领域

本实用新型涉及固体废物焚烧废气处理领域，尤其涉及一种用于二噁英处理的低温等离子体装置。

背景技术

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。电子离开原子核，这个过程称为“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的一团均匀的离子浆，这些离子浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中性的，所以就叫等离子体。

在对物质电离的过程中，根据电源电压及电场分布的不同，对物质电离的程度也就不同，简单来说，等离子体可以分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体温度高，对电源要求大。低温等离子体温度较低，内部主要是高能电子进行运动，利用低温等离子高能量、低温度的特性实现对分子断键，可在反应器中形成具有强氧化还原性的活性自由基，自由基与废气中的二噁英相互作用，实现二噁英的断键，从而达到处理废气中二噁英的目的。

现有技术，通过电源装置放电产生低温等离子体，将含污染物的废气通过低温等离子装置进行反应，达到对污染物处理。

常规低温等离子体处理污染物装置主要分为如下四个系统：配气系统、低温等离子体放电发生系统、控制分析系统、尾气吸收系统。

配气系统：根据对污染物含量的要求，主要实现污染废气流量与浓度的调节，可根据污染控制行业现场的工况要求实现合理分配。

低温等离子体放电发生系统：低温等离子体去除污染物装置的核心系统，利用不同电源(直流式，脉冲式等)和不同反应器(线筒式，极板式等)实现放电，形成低温等离子体，污染废气通过低温等离子体，发生反应，达到氧化处理/断键分解的效果。

控制分析系统：配置控制分析系统主要目的是检测过程中污染物的变化、处理效果、等离子体参数等，并达到控制整个装置的目的。

尾气吸收系统：系统出口尾气吸收，保障排放气体符合国家标准。

现有技术缺陷主要为以下几点：

首先从电源方面：控制形成稳定均匀的低温等离子体，对电源装置的要求很高，要求电源满足高电压，输出稳定，抗干扰能力强，寿命长等要求。

从能耗方面：即便是低温等离子体，为了对工质进行均匀稳定长时间的电离，所花费能源较大，这又进一步提高了对电源的要求。

从反应器方面：由于低温等离子体高能量的特点，对反应器的强度有很高要求。反应过程中对电极的烧蚀，器壁的损伤都是不可忽略的。同时对反应器的形状，结构有一定的要求，以满足等离子体与工质的充分接触。

从二噁英处理方面：目前常规固体废物焚烧废气中二噁英的含量为微量或痕量，其性质稳定，处理困难，常规技术很难实现二噁英的深度净化。

从成本方面：为了满足有效降解污染物，同时符合上述几点要求，整体装置就抬高了成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，包括壳体、至少一个钛丝，所述壳体为筒状结构，所述钛丝平行于所述壳体的轴线设置，所述钛丝与所述壳体内壁之间设有极板组件，所述钛丝的长度不小于所述极板组件的长度，所述壳体一端设有进气组件，所述壳体另一端设有出气组件，所述壳体上设有观察组件；所述极板组件内壁涂覆有碳纳米功能材料；

所述钛丝与所述极板组件之间形成电离腔，用于产生等离子体去除二噁英；

所述进气组件用于送入固体废物焚烧废气，所述出气组件用于排出反应后的固体废物焚烧废气；

所述观察组件用于观察检测所述电离腔内的放电情况。

优选的，所述极板组件包括至少六个极板，六个所述极板首尾依次相接，六个所述极板组合结构的截面为正六边形结构。

优选的，所述钛丝数量为一个，一个所述钛丝位于所述壳体的轴线上。

优选的，所述钛丝数量为六个，六个所述钛丝沿所述壳体的轴线等间隔分布，每个所述钛丝与每个所述极板一一对应。

优选的，所述进气组件包括开设在所述壳体一端侧壁的进口接口，设在所述壳体一端侧壁的可分配进气口，所述进口接口、可分配进气口位于所述壳体的同一端。

优选的，所述出气组件包括开设在所述壳体另一端侧壁的出气接口，设在所述壳体另一端侧壁的可分配出气口，所述出气接口、可分配出气口位于所述壳体的同一端。

优选的，所述观察组件包括设在所述壳体中部的第一观察窗口、第二观察窗口，所述壳体端部设有第三观察窗口，所述第三观察窗口位于远离所述进气组件的一端，所述第一观察窗口、第二观察窗口、第三观察窗口为石英玻璃观察窗口。

优选的，所述碳纳米功能材料为碳纳米管、石墨烯或类金刚石颗粒。

优选的，所述壳体的所述进气组件端部固定连接有阳极接头，所述钛丝一端与所述阳极接头固定连接，所述钛丝另一端与所述壳体内壁固定连接。

优选的，所述壳体外侧壁固定连接有第一支架、第二支架，所述第一支架、第二支架底端平齐。

本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型将碳纳米功能材料镀在极板组件内壁表面，利用碳纳米材料在高电压下的场致电子发射效应，促进了低温等离子的形成，强化了装置内的电子密度及能量密度，同时作为催化剂，提高反应选择性，最终提高了反应器处理污染物的效率。提高了对二噁英的去除效果。

极板组件内壁表面镀上一层碳纳米功能材料，不但保护了电极表面受烧蚀的破坏，延长了反应器寿命，同时利用了碳纳米功能材料的场致电子发射效应，提高了装置内电子密度及能量密度，还能作为催化剂，提高反应选择性，促进反应提高了反应器的降解效率，节约了能源成本。

附图说明

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，下面将对实施例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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型主视结构示意图；

图2为本实用新型内部截面结构示意图；

图3为本实用新型装置应用于去除二噁英污染物领域的配套工艺

图4为本实用新型装置应用于去除二噁英污染物领域的系统示意图。

其中，1、进口接口；2、出气接口；3、第一支架；4、第二支架；5、可分配进气口；6、可分配出气口；7、阳极接头；8、钛丝；9、壳体；10、极板；11、第一观察窗口；12、第二观察窗口；13、第三观察窗口；14、阀控系统；15、进气装置；16、配气装置；17、气体流量计；18、静态混合器；19、低温等离子体装置；20、催化剂吸附管；21、尾气吸收装置；22、气体采样袋；23、气相色谱仪；24、尾气收集装置；25、自动控制系统中心；26、光谱分析系统；27、电源控制系统。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一：

参照图1-3所示，本实施例提供一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，包括壳体9、至少一个钛丝8，壳体9为筒状结构，钛丝8平行于壳体9的轴线设置，钛丝8与壳体9内壁之间设有极板组件，钛丝8的长度不小于极板组件的长度，壳体9一端设有进气组件，壳体9另一端设有出气组件，壳体9上设有观察组件；极板组件内壁涂覆有碳纳米功能材料；

钛丝8与极板组件之间形成电离腔，用于产生等离子体去除二噁英；

进气组件用于送入固体废物焚烧废气，出气组件用于排出反应后的固体废物焚烧废气；

观察组件用于观察检测电离腔内的放电情况。

本实用新型的钛丝8作为高压阳极，壳体9和极板组件共同作为低压阴极，碳纳米功能材料镀膜的作用是低温等离子体放电过程中，低压阴极表面的纳米材料由于尖端效应会在周围形成不均匀电场，从而导致了场致电子发射，发射的大量电子能够充满装置内部，强化了低温等离子体放电的能量密度，降低了低温等离子体放电对电源性能的要求，同时发射的高能电子能够参与对污染物的降解，提高了对污染物的处理效率。该层镀膜同时可作为催化剂对二噁英催化断键，提高反应的选择性。此外，该镀膜能保护阴极的磨损和烧蚀，延长了阴极的寿命

进一步优化方案，极板组件包括至少六个极板10，六个极板10首尾依次相接，六个极板10组合结构的截面为正六边形结构。

进一步优化方案，钛丝8数量为一个，一个钛丝8位于壳体9的轴线上。

进一步优化方案，进气组件包括开设在壳体9一端侧壁的进口接口1，设在壳体9一端侧壁的可分配进气口5，进口接口1、可分配进气口5位于壳体9的同一端。

装置的进口接口1与装置的壳体9通过法兰连接，位于装置的首端，实现废气进入的功能，根据实际工况需要，调节可分配进气口5的功能，接口的材质可选用金属或聚四氟乙烯。

进一步优化方案，出气组件包括开设在壳体9另一端侧壁的出气接口2，设在壳体9另一端侧壁的可分配出气口6，出气接口2、可分配出气口6位于壳体 9的同一端。

装置的出气接口2与装置的壳体9通过法兰连接，位于装置的末端，实现废气排出的功能，根据实际工况需要，调节可分配出气口6的功能，接口的材质可选用金属或聚四氟乙烯。

进一步优化方案，观察组件包括设在壳体9中部的第一观察窗口11、第二观察窗口12，壳体9端部设有第三观察窗口13，第三观察窗口13位于远离进气组件的一端，第一观察窗口11、第二观察窗口12、第三观察窗口13为石英玻璃观察窗口。

通过设置第一观察窗口11、第二观察窗口12、第三观察窗口13，以便通过肉眼或光谱分析仪对反应器内部放电情况进行检测。

进一步优化方案，碳纳米功能材料为碳纳米管、石墨烯或类金刚石颗粒。当碳纳米功能材料镀层因磨损而损坏后，只需再次镀上一层碳纳米功能材料即可，修复方便，延长了装置寿命。

进一步优化方案，壳体9的进气组件端部固定连接有阳极接头7，钛丝8一端与阳极接头7固定连接，钛丝8另一端与壳体9内壁固定连接。

阳极接头7用于连接高压电源的接头，同时能够固定阳极金属丝的位置。

进一步优化方案，壳体9外侧壁固定连接有第一支架3、第二支架4，第一支架3、第二支架4底端平齐。

第一支架3、第二支架4用于固定装置的位置及保持水平。

本实用新型将致电子发射性能的碳纳米功能材料与低温等离子体装置的电极相结合，能够提高装置处理二噁英的性能，同时降低了低温等离子体电源的能耗，也达到了保护装置电极的目的。

本实用新型的低温等离子体装置应用的处理系统，包括：低温等离子体装置 19；低温等离子体装置19用于对含汞废气进行处理；

进气系统；进气系统与低温等离子体装置19的进气端连通，进气系统用于将含汞废气送入低温等离子体装置19；

尾气处理系统；尾气处理系统与低温等离子体装置19的出气端连通，尾气处理系统用于吸收低温等离子体装置19处理后的废气中残余的污染物成分，并对尾气进行收集；

和自动控制系统；自动控制系统用于控制装置整体的运行。

自动控制系统包括自动控制系统中心25、光谱分析系统26、电源控制系统 27和阀控系统14，光谱分析系统26、电源控制系统27和阀控系统14均与自动控制系统中心25电性连接；自动控制系统中心25基于PC控制系统，智能、自动地控制装置整体的运行；光谱分析系统26基于ICCD的瞬时光谱成像技术，用于分析低温等离子体装置19内各基团的变化；电源控制系统27用于控制电源的输出参数；阀控系统14用于控制各个气路阀门的通断。进气系统包括进气装置 15、配气装置16和气体流量计17，进气装置15与配气装置16均与气体流量计 17连通，气体流量计17与低温等离子体装置19的进气端连通，进气装置15与配气装置16并联设置，进气装置15与气体流量计17之间、配气装置16与气体流量计17之间均安装有气体流量计17。尾气处理系统包括依次设置在低温等离子体装置19出气端的尾气吸收装置21和尾气收集装置24；尾气吸收装置21用于吸收低温等离子体装置19处理后的废气中残余的污染物成分；尾气收集装置 24用于收集经尾气吸收装置21处理后排放的气体。尾气吸收装置21与低温等离子体装置19之间安装有催化剂吸附管20，催化剂吸附管20内盛装有针对汞靶向吸附的汞离子印记环保功能材料；尾气吸收装置21出口端设置有气体采样袋22和气相色谱仪23，气体采样袋22用于采集尾气吸收装置21末端出口的气体样品，供气相色谱仪23分析；气相色谱仪23用于分析尾气吸收装置21末端出口气体内的成分，分析对于汞的去除能力。

本实用新型提供的基于低温等离子体装置19的处理系统，在使用时，由阀控系统14控制进气装置15打开，将含汞废气送入设备，同时控制配气装置16 送入相应载气(通常为氮气或空气)。在这个过程中使用气体流量计17检测各组分气体流量。废气与载气送入气体流量计17实现均匀混合，之后送入低温等离子体装置19进行反应。由电源控制系统27控制电源在低温等离子体装置19内产生低温等离子体，电源参数为：40KV,电压32-40kv，电流80-150A，频率 800-1000HZ，脉宽450ns，功率2000W。反应过程中，采用光谱分析系统26对反应过程进行分析，通过研究放电的光谱变化，从而研究对汞的氧化机理。反应后的废气送入催化剂吸附管20，实现废气中氧化后的二价汞的有效吸附，再送入尾气吸收装置21，吸收废气中残余的其他污染物。使用气体采样袋22采集尾气吸收装置21出口的尾气，并送入气相色谱仪23进行分析，实现汞氧化效率的分析。整体装置末端的排气最终送入尾气收集装置24。整个对含汞废气进行处理的处理系统由自动控制系统中心25实现统一调整，统一控制。

实施例二：

本实施例的低温等离子体装置与实施例一的区别仅在于，钛丝8数量为六个，六个钛丝8沿壳体9的轴线等间隔分布，每个钛丝8与每个极板10一一对应。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本实用新型，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。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，包括壳体(9)、至少一个钛丝(8)，所述壳体(9)为筒状结构，所述钛丝(8)平行于所述壳体(9)的轴线设置，所述钛丝(8)与所述壳体(9)内壁之间设有极板组件，所述钛丝(8)的长度不小于所述极板组件的长度，所述壳体(9)一端设有进气组件，所述壳体(9)另一端设有出气组件，所述壳体(9)上设有观察组件；所述极板组件内壁涂覆有碳纳米功能材料；

所述钛丝(8)与所述极板组件之间形成电离腔，用于产生等离子体去除二噁英；

所述进气组件用于送入固体废物焚烧废气，所述出气组件用于排出反应后的固体废物焚烧废气；

所述观察组件用于观察检测所述电离腔内的放电情况。

2.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述极板组件包括至少六个极板(10)，六个所述极板(10)首尾依次相接，六个所述极板(10)组合结构的截面为正六边形结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述钛丝(8)数量为一个，一个所述钛丝(8)位于所述壳体(9)的轴线上。

4.根据权利要求2所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述钛丝(8)数量为六个，六个所述钛丝(8)沿所述壳体(9)的轴线等间隔分布，每个所述钛丝(8)与每个所述极板(10)一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述进气组件包括开设在所述壳体(9)一端侧壁的进口接口(1)，设在所述壳体(9)一端侧壁的可分配进气口(5)，所述进口接口(1)、可分配进气口(5)位于所述壳体(9)的同一端。

6.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述出气组件包括开设在所述壳体(9)另一端侧壁的出气接口(2)，设在所述壳体(9)另一端侧壁的可分配出气口(6)，所述出气接口(2)、可分配出气口(6)位于所述壳体(9)的同一端。

7.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述观察组件包括设在所述壳体(9)中部的第一观察窗口(11)、第二观察窗口(12)，所述壳体(9)端部设有第三观察窗口(13)，所述第三观察窗口(13)位于远离所述进气组件的一端，所述第一观察窗口(11)、第二观察窗口(12)、第三观察窗口(13)为石英玻璃观察窗口。

8.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述碳纳米功能材料为碳纳米管、石墨烯或类金刚石颗粒。

9.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述壳体(9)的所述进气组件端部固定连接有阳极接头(7)，所述钛丝(8)一端与所述阳极接头(7)固定连接，所述钛丝(8)另一端与所述壳体(9)内壁固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于二噁英处理的低温等离子体装置，其特征在于，所述壳体(9)外侧壁固定连接有第一支架(3)、第二支架(4)，所述第一支架(3)、第二支架(4)底端平齐。

Images