CN106925085B - 紧凑型低浓度有机废气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种紧凑型低浓度有机废气处理装置，其结构包括金属线、金属圆筒、内气隙、开口、外气隙、绝缘介质层、金属网、开孔密封塞、密封塞、进气口、出气口、脉冲电源；其中金属线设于金属圆筒内部，金属圆筒设于绝缘介质层内部并连接电源高压端；金属圆筒与金属线之间设有内气隙，与绝缘介质层之间设有外气隙，右上端设有开口；金属网紧贴绝缘介质层外部并连接电源低压端；两个密封塞分别嵌入金属圆筒与绝缘介质层的两端；进气口、出气口分别接于开孔密封塞上的进气孔和出气孔。优点：（1）缩小装置尺寸，降低成本，提高空间利用率；（2）加强电场强度，提高电能利用率；（3）方便拆装和检查维修，提高安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧凑型低浓度有机废气处理装置，属于废气处理技术领域。
背景技术
随着我国工业化水平的不断提高，工业废气排放加剧，空气污染严重，环境质量恶化成为日益突出的问题。其中工业废气风量大、组分复杂、复合污染给人们的生活、健康带来严重影响，《“十二五”节能减排综合性工作方案》中也明确了废气处理相关要求，废气处理成为改善环境的紧迫任务。传统的废气处理方法有物理吸附法、化学洗涤法、光催化分解法、生物处理法等，然而这些传统的废气处理方法均存在运转费用高、设备及运行管理要求高、占地面积大、净化效率不高、极易产生二次污染、易受污染物浓度及温度影响等缺点。气体放电低温等离子体空间中富含的电子、离子、激发态粒子和自由基都是极为活泼的化学反应物，与有害气体分碰撞、激发、解离使其降解、无二次污染，大气压非平衡等离子体技术作为一种新型废气处理方法引起了广泛关注。如何从结构上设计一种等离子体产生效率高、装置结构简单、经济低成本的等离子体废气处理发生装置显得尤为重要。
目前用于废气处理的反应器主要有三种结构形式。第一种为电晕放电结构，通过电晕放电对废气进行预处理。正如专利CN201815229U中所述，由六边形蜂巢状反应室，电晕线，外壳，支架、和电晕线卡组成的电晕放电结构对废气中的大颗粒物质、液滴进行吸附脱除以实现预氧化。电晕放电反应器能够处理大流速的废气并吸附其中的较大悬浮颗粒物质，但是处理后的废气中依然残留有分子量级的废气。为了进一步除去废气中废气分子达到深度净化废气的目的，研究人员和工程师采用了介质阻挡结构的废气处理装置，正如专利CN203971712U中所述，通过将相邻放电电极组件交错排布实现管外等离子体介质阻挡放电，使等离子体与废气充分接触进行氧化分解从而实现深度处理。为了更大提高废气处理效率又设计了多级串联的分段式结构，通过多级组合对废气进行预处理与深度处理，获得更好的净化效果。正如专利CN204247045U中所述通过电晕与介质阻挡放电两级串联实现对废气的预氧化与深度处理极大提高了废气处理效率，但多级废气处理装置存在占地面积大、结构复杂、更换成本高、需要多个电源同时驱动多级反应器的问题。实现一种处理高效、装置结构紧凑、单电源驱动和低运行成本的废气处理装置具有实际意义。
发明内容
本发明提出的是一种紧凑型低浓度有机废气处理装置，其目的在于解决现有技术中废气处理装置净化程度低、结构复杂占地面积大、更换成本高等问题，提供一种结构紧凑，处理高效，运行成本低的废气处理装置，能够有效地应用于工业废气处理环节中。
本发明的技术解决方案：一种紧凑型低浓度有机废气处理装置，其结构包括金属线1、金属圆筒2、内气隙3、开口4、外气隙5、绝缘介质层6、金属网7、开孔密封塞8、密封塞9、进气口10、出气口11、脉冲电源12；其中金属线1设于金属圆筒2内部并与金属圆筒2和绝缘介质层6同轴，金属线1连接脉冲电源12低压端；金属圆筒2设于绝缘介质层6内部并连接脉冲电源12高压端；金属圆筒2与金属线1之间设有内气隙3，金属圆筒2与绝缘介质层6之间设有外气隙5；金属圆筒2的右上端设有开口4；金属网7紧贴绝缘介质层6外部设置并与脉冲电源12低压端相连；开孔密封塞8、密封塞9分别嵌入金属圆筒2与绝缘介质层6的两端；进气口10、出气口11分别接于开孔密封塞8上的进气孔8-4和出气孔8-5；
其处理方法，包括如下步骤：
（1）预处理：待处理废气经进气口10进入内气隙3，在脉冲电源的驱动下，内气隙3产生负极性电晕放电，放电过程中曲率半径小的金属线1表面聚集电晕层，产生大量高能电子，并与处理废气相互作用产生所需活性物质对废气中的粉尘颗粒、液滴等物质进行脱除实现废气预处理，通过金属线1、金属圆筒2、内气隙3组成的线筒式电晕放电预氧化去除废气中的液滴、大颗粒物质，后经金属圆筒2的开口4喷入外气隙5；
（2）深度处理：处理后的气体通过金属圆筒2、外气隙5、绝缘介质层6、金属网7组成的介质阻挡放电区；圆筒2做高压电极，在脉冲电源12的驱动下，外气隙5产生介质阻挡放电，放电过程中产生的等离子体含丰富的活性粒子，如OH自由基、O3、处于激发态的N2，此外还含有大量高能电子，通过这些高能电子撞击废气污染物分子的化学键使其彻底断裂而形成原子或小碎片基团，原子或小碎片基团极易被自由基、O3、激发态分子氧化还原使得废气中有害成分大幅下降；深度处理后的气体经出气口11排出。
本发明的优点：
（1）通过紧凑型结构在实现分段式电晕-介质阻挡放电处理效果的前提下，缩小装置尺寸，减小占地面积，降低成本，在固定反应器长度情况下实现2倍原有长度的处理路径，提高空间利用率；
（2）共用一个金属圆筒高压电极，利用该结构实现一台电源驱动电晕放电与介质阻挡放电，两种放电有效协同，加强了电场强度提高电能利用率；
（3）方便拆装的密封塞配合该紧凑结构提高了运行过程中的安全系数，也方便在运行间隙对装置进行检查维修。
附图说明
附图1是紧凑型低浓度有机废气处理装置结构示意图。
附图2是紧凑型低浓度有机废气处理装置A-A剖面图。
附图3是紧凑型低浓度有机废气处理装置电晕放电部分结构示意图。
附图4是紧凑型低浓度有机废气处理装置介质阻挡放电部分结构示意图。
附图5是紧凑型低浓度有机废气处理装置开孔密封塞8结构示意图。
附图6是紧凑型低浓度有机废气处理装置密封塞9结构示意图。
其中1是金属线、2是金属圆筒、3是内气隙、4是开口、5是外气隙、6是绝缘介质层、7是金属网、8是开孔密封塞、9是密封塞、10是进气口、11是出气口、12是脉冲电源；8-1是开孔密封塞外实心圆柱、8-2是开孔密封塞内实心圆柱、8-3是开孔密封塞空心圆孔、8-4是进气孔、8-5是出气孔；9-1是密封塞外实心圆柱、9-2是密封塞内实心圆柱、9-3是密封塞空心圆孔。
具体实施方式
如附图1-2所示，一种紧凑型低浓度有机废气处理装置，其结构包括金属线1、金属圆筒2、内气隙3、开口4、外气隙5、绝缘介质层6、金属网7、开孔密封塞8、密封塞9、进气口10、出气口11、脉冲电源12；其中金属线1设于金属圆筒2内部并与金属圆筒2和绝缘介质层6同轴，金属线1连接脉冲电源12低压端；金属圆筒2设于绝缘介质层6内部并连接脉冲电源12高压端；金属圆筒2与金属线1之间设有内气隙3，金属圆筒2与绝缘介质层6之间设有外气隙5；金属圆筒2的右上端设有开口4；金属网7紧贴绝缘介质层6外部设置并与脉冲电源12低压端相连；开孔密封塞8、密封塞9分别嵌入金属圆筒2与绝缘介质层6的两端；进气口10、出气口11分别接于开孔密封塞8上的进气孔8-4和出气孔8-5。
本申请涉及的紧凑型低浓度有机废气处理装置，可分为电晕放电部分、介质阻挡放电部分和密封部分三个组成模块。
如附图3所示，金属线1、金属圆筒2共同组成废气处理装置的电晕放电部分，其中所述的金属线1材质为不锈钢，长度390-430mm，直径2mm，做低电极。金属圆筒2材质为不锈钢，长度360-400mm，内径22mm，壁厚1.5-2mm，做高压电极。金属圆筒2与金属线1同轴并通过开孔密封塞8和密封塞9固定；在距金属圆筒末端20mm处的右上方开一直径10mm的圆筒开口4，用于排气；在脉冲电源的驱动下，内气隙3产生负极性电晕放电，放电过程中曲率半径小的金属线1表面聚集电晕层，产生大量高能电子，并与处理废气相互作用产生所需活性物质对废气中的粉尘颗粒、液滴等物质进行脱除实现废气预处理，处理过程中能耗低。
如附图4所示，金属圆筒2、绝缘介质层6、金属网7共同组成废气处理装置的介质阻挡放电部分，其中所述的绝缘介质层6材料选用聚四氟乙烯或石英玻璃，长度380-420mm，内径46mm，壁厚2mm，通过开孔密封塞8和密封塞9固定，其抑制了等离子体形成过程中电弧放电，使放电均匀稳定的分布在整个放电空间内，保护电极材料不被腐蚀。金属网7因暴露在空气极易与空气中水蒸气接触，选用不锈钢材料，长度320-360mm，紧密包裹在绝缘介质层6的外壁上，做低电极。圆筒2做高压电极，在脉冲电源12的驱动下，外气隙5产生介质阻挡放电，放电过程中产生的等离子体含丰富的活性粒子，如OH自由基、O3、处于激发态的N2等，此外还含有大量高能电子，通过这些高能电子撞击废气污染物分子的化学键使其彻底断裂而形成原子或小碎片基团，小碎片基团或原子极易被自由基、O3、激发态分子氧化还原使得废气中有害成分大幅下降，极大提高了废气净化效果。
如附图5-6所示，开孔密封塞8和密封塞9共同组成废气处理装置的密封部分，开孔密封塞8和密封塞9均通过直径46mm，高30mm的实心圆柱体铣出，圆柱体的组成材料选用硅橡胶或聚四氟乙烯；其中8-1、9-1为密封塞外实心圆柱，直径为46mm与绝缘介质层6内径相等，高10mm；8-2、9-2为密封塞内实心圆柱，直径22mm与金属圆筒2内径相等，高20mm，内、外实心圆柱同轴；8-3、9-3为空心圆孔且与内实心圆柱同轴，用于固定金属线1，直径2mm，高度30mm；8-4为进气孔，位于内实心圆柱内，直径10mm，高30mm和空心圆孔8-3外切，并与进气口10连接；8-5为出气孔位于外实心圆柱8-1上，直径10mm，高10mm与出气口11连接；开孔密封塞8可以实现气体只能由金属圆筒2内部进入，经外气隙5从出气孔8-5流出，使得进气跟出气在同一端，配合紧凑型结构提高了空间利用率，加之拆装方便，增加了装置运行过程中的安全系数，也方便在运行间隙对装置进行检查维修。
紧凑型低浓度有机废气处理装置的处理方法，包括如下步骤：
（1）预处理：待处理废气经进气口10进入内气隙3，在脉冲电源的驱动下，内气隙3产生负极性电晕放电，放电过程中曲率半径小的金属线1表面聚集电晕层，产生大量高能电子，并与处理废气相互作用产生所需活性物质对废气中的粉尘颗粒、液滴等物质进行脱除实现废气预处理，通过金属线1、金属圆筒2、内气隙3组成的线筒式电晕放电预氧化去除废气中的液滴、大颗粒物质，后经金属圆筒2的开口4喷入外气隙5；
（2）深度处理：处理后的气体通过金属圆筒2、外气隙5、绝缘介质层6、金属网7组成的介质阻挡放电区；圆筒2做高压电极，在脉冲电源12的驱动下，外气隙5产生介质阻挡放电，放电过程中产生的等离子体含丰富的活性粒子，如OH自由基、O3、处于激发态的N2，此外还含有大量高能电子，通过这些高能电子撞击废气污染物分子的化学键使其彻底断裂而形成原子或小碎片基团，原子或小碎片基团极易被自由基、O3、激发态分子氧化还原使得废气中有害成分大幅下降；深度处理后的气体经出气口11排出。
该装置将金属线1、金属圆筒2、内气隙3组成电晕放电区，在共用金属圆筒2做高压电极的情况下与外气隙5、绝缘介质层6、金属网7组成介质阻挡放电区，实现了紧凑结构；在紧凑结构的前提下通过开口4将内气隙3与外气隙5有效连接使放电区域变为原有腔室长度的2倍，延长处理路径，提高空间利用率；利用该结构可实现电晕与介质阻挡有效协同，提高了电能利用率；密封塞配合该结构使整体装置结构简单，拆装方便，增加了装置运行过程中的安全系数，该装置也可进行矩阵式组合，利用该结构将原有的电晕—介质阻挡两段式反应器替换为一段式，减小占地面积，降低经济成本。
Claims (6)
1.紧凑型低浓度有机废气处理装置，其特征是包括金属线、金属圆筒、内气隙、开口、外气隙、绝缘介质层、金属网、开孔密封塞、密封塞、进气口、出气口、脉冲电源；其中金属线设于金属圆筒内部并与金属圆筒和绝缘介质层同轴，金属线连接脉冲电源低压端；金属圆筒设于绝缘介质层内部并连接脉冲电源高压端；金属圆筒与金属线之间设有内气隙，金属圆筒与绝缘介质层之间设有外气隙；金属圆筒的右上端设有开口；金属网紧贴绝缘介质层外部设置并与脉冲电源低压端相连；开孔密封塞、密封塞分别嵌入金属圆筒与绝缘介质层的两端；进气口、出气口分别接于开孔密封塞上的进气孔和出气孔上。
2.根据权利要求1所述的紧凑型低浓度有机废气处理装置，其特征是所述的金属线材质为不锈钢，其长度为390-430mm，直径为2mm；金属圆筒材质为不锈钢，其长度为360-400mm，内径为22mm，壁厚1.5-2mm；距金属圆筒末端20mm处的右上方设有一直径10mm的开口。
3.根据权利要求1所述的紧凑型低浓度有机废气处理装置，其特征是所述的绝缘介质层材质为聚四氟乙烯或石英玻璃，其长度为380-420mm，内径46mm，壁厚2mm；金属网材质为不锈钢，其长度为320-360mm。
4.根据权利要求1所述的紧凑型低浓度有机废气处理装置，其特征是所述的开孔密封塞通过直径46mm，高30mm的实心圆柱体铣出，圆柱体的组成材料选用硅橡胶或聚四氟乙烯；其结构包括开孔密封塞外实心圆柱、开孔密封塞内实心圆柱、开孔密封塞空心圆孔、进气孔、出气孔；其中开孔密封塞外实心圆柱直径与绝缘介质层内径相等，高10mm；开孔密封塞内实心圆柱直径与金属圆筒内径相等，高20mm，内、外实心圆柱同轴；开孔密封塞空心圆孔与开孔密封塞内实心圆柱同轴，直径2mm，高度30mm；进气孔位于开孔密封塞内实心圆柱内，直径10mm，高30mm，和开孔密封塞空心圆孔外切，并与进气口连接；出气孔位于开孔密封塞外实心圆柱上，直径10mm，高10mm，并与出气口连接。
5.根据权利要求1所述的紧凑型低浓度有机废气处理装置，其特征是所述的密封塞通过直径46mm，高30mm的实心圆柱体铣出，圆柱体的组成材料选用硅橡胶或聚四氟乙烯；其结构包括密封塞外实心圆柱、密封塞内实心圆柱、密封塞空心圆孔；其中密封塞外实心圆柱直径与绝缘介质层内径相等，高10mm；密封塞内实心圆柱直径与金属圆筒内径相等，高20mm，内、外实心圆柱同轴；密封塞空心圆孔与密封塞内实心圆柱同轴，直径2mm，高度30mm。
6.如权利要求1所述的紧凑型低浓度有机废气处理装置的处理方法，其特征是该方法包括如下步骤：
（1）预处理：待处理废气经进气口进入内气隙，在脉冲电源的驱动下，内气隙产生负极性电晕放电，放电过程中曲率半径小的金属线表面聚集电晕层，产生大量高能电子，并与处理废气相互作用产生所需活性物质对废气中的粉尘颗粒和液滴进行脱除实现废气预处理，通过金属线、金属圆筒、内气隙组成的线筒式电晕放电预氧化去除废气中的液滴、大颗粒物质，后经金属圆筒的开口喷入外气隙；
（2）深度处理：处理后的气体通过金属圆筒、外气隙、绝缘介质层、金属网组成的介质阻挡放电区；金属圆筒做高压电极，在脉冲电源的驱动下，外气隙产生介质阻挡放电，放电过程中产生的等离子体含丰富的活性粒子，此外还含有大量高能电子，通过这些高能电子撞击废气污染物分子的化学键使其彻底断裂而形成原子或小碎片基团，原子或小碎片基团极易被自由基、O3、激发态分子氧化还原使得废气中有害成分大幅下降；深度处理后的气体经出气口排出。
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