CN108722700A - 一种活性炭粉末荷电离散喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，该装置中采用高频交变电场产生两个介质阻挡放电区域；混合活性炭粉末的空气进入喷射装置，首先被第I放电区域介质层阻挡形成湍流，将第I放电区域正负离子卷吸进气流中。在第II放电区域中，这些正负离子中的电子从交变电场获得能量，继续维持等离子体，同时活性炭粉末会吸附电子荷上负电。当荷电的活性炭粉末离开喷射装置，由于活性炭粉末都带负电相互排斥，因此可以获得极好的离散性能。该喷射装置占用空间小，对烟道阻力影响极小，同时活性炭粉末可以良好分散，与烟气中的各种有毒有害物质充分接触，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭喷射设备技术领域，具体为一种应用于各种锅炉烟道中活性炭粉末荷电离散的喷射装置。
背景技术
我国社会经济高速发展的同时，能源消耗增多，城市垃圾量增加，各种燃煤电厂的燃煤锅炉和垃圾焚烧锅炉数量也相应增加。各种锅炉烟气中含有大量有毒有害气体、重金属和有机类污染物等。例如焚烧过程中产生的SO2、NOx、HCl、Cl2、HF等酸性有害气体，重金属元素主要有汞、镉、铅、锌、铬、铜和砷等，多环芳烃和二噁英等有机污染物。因此脱除燃烧烟气中的污染物是能源与环境行业肩负的重任。
目前脱除以上污染物的主要技术方法如下：针对酸性有害气体，主要采用干法、半干法和湿法进行脱除，在干法中可以采用活性炭吸附；针对重金属污染的处理方法主要有以下几种：①降温使重金属自然凝聚成核或冷凝成粒状物后被除尘设备捕集；②喷射诸如活性炭等吸附剂，吸附重金属形成较大颗粒而被除尘设备捕集；③催化转变，改变重金属种类；④将尾气通过湿式洗涤塔；针对多环芳烃和二噁英的处理方法主要为采用活性炭吸附，或改变燃烧温度抑制生成。综上可见，活性炭吸附可以同时对多种污染物具有吸附效果。
目前锅炉烟道中活性炭粉末喷嘴多采用文丘里管式，采用高压空气通过文丘里管，产生高速气流带动活性炭粉末。这种方式在实际应用中会出现以下主要问题。第一该方案中活性炭粉末不容易充分分散，烟气中的有害物不能被充分吸附。第二由于文丘里管出口尺寸缩小，高速流动气体在出口处由于膨胀产生低温区，在此处酸性气体凝结会造成管道腐蚀。为解决以上问题，实际应用中必需采用多喷管结构。同时江苏天楹、福建龙净、无锡雪浪等环保公司公开了多个发明专利，将喷管置于烟道之外，或者通过改变活性炭喷嘴来扩大活性炭的分散能力。但是这些技术方案中，没有提出改善活性炭粉末特性，提高活性炭粉末自身排斥性能，以提高分散性能的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，以解决现有活性炭粉末喷射技术中，活性炭粉末离散性能不足而导致的活性炭粉末利用率不高，有毒有害物质无法被高效吸附的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在烟气通道中轴线位置，具有管壳，管壳两端分设有烟气入口和烟气出口，所述的管壳内设有第I放电区域和第II放电区域。
第I放电区域：包括平板电极、介质层和针电极，所述的针电极位于管壳中轴线上且针电极的针尖指向烟气入口方向，介质层垂直设置在针电极与烟气入口之间，平板电极紧贴介质层外端面设置朝向烟气入口，这样可使第I放电区域形成的等离子体不会被高速气流吹熄，并可以在介质层后侧形成涡流，将等离子体中的正负离子卷吸进气流中。
第II放电区域：包括环套在针电极上的针电极介质层、若干个沿针电极介质层轴线间隔排列的环形电极，环形电极与管壳内壁之间设有起隔离作用的绝缘层。
上述针电极与平板电极、环形电极之间均接入交流电源，其中平板电极和环形电极接地；为防止空气放电过程中产生过量的活性氧原子，使活性炭被氧化失去吸附活性，所述交流电源的电压为5～10kV，频率为50～100kHz。
进一步地，所述的管壳主体部分直径不小于烟气通道直径的15％。
具体说，所述的平板电极和介质层均为圆形，平板电极选用厚度为1～3mm的不锈钢或铜或铝；介质层采用厚度为4～8mm的Al2O3板，介质层直径为平板电极直径的1.5～2倍，介质层直径为其所在位置管壳直径的0.5～0.75倍；所述的针电极材质采用钨钍合金或不锈钢，其直径为3～5mm，针电极的针尖与介质层内端面之间的间距为40～60mm。
所述的第II放电区域主体长度根据气体流速确定并确保活性炭粉末在第II放电区域停留时间为0.1～0.3s之间；所述的针电极介质层采用壁厚为3～8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层采用壁厚为3～10mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层外壁紧贴于管壳内壁；环形电极的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极之间的间距为20～30mm。
本发明的有益效果是：本发明不占用大量烟道空间，对烟道阻力影响极小，同时活性炭粉末可以良好分散，与烟气中的各种有毒有害物质充分接触，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2本发明在烟气管道中的布置示意图。
图中：1.烟气管道 2.管壳 3.烟气入口 4.烟气出口 5.第I放电区域5-1.平板电极 5-2.介质层 5-3.针电极 6.第II放电区域 6-1.针电极介质层 6-2.环形电极 6-3.绝缘层 7.交流电源 8.活性炭粉末扩散区域
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示的一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在75吨生活垃圾焚烧炉的烟气通道1中轴线位置上，该烟气通道1为直径1000mm圆管，烟气通量为32000m3/h。
所述的喷射装置包括管壳2，管壳2两端分设有烟气入口3和烟气出口4，管壳2主体部分直径不小于烟气通道1直径的15％，所述的管壳2内设有第I放电区域5和第II放电区域6。混合活性炭粉末的烟气气流从烟气入口3进入，依次通过第I放电区域5和第II放电区域6后从烟气出口4排出。
所述管壳2可以根据烟气通流面积进行逐步扩张，在烟气出口4处为便于活性炭粉末扩散，可以采取渐扩出口形式，其中管壳2主体部分直径150mm，为安全考虑，管壳2接地。
所述第I放电区域5：包括平板电极5-1、介质层5-2和针电极5-3，所述的针电极5-3位于管壳2中轴线上且针电极5-3的针尖指向烟气入口3方向，介质层5-2垂直设置在针电极5-3与烟气入口3之间，平板电极5-1紧贴介质层5-2外端面设置朝向烟气入口3，这样可使第I放电区域5形成的等离子体不会被高速气流吹熄，并可以在介质层5-2后侧形成涡流，将等离子体中的正负离子卷吸进气流中。
具体说，所述的平板电极5-1和介质层5-2均为圆形，平板电极5-1采用厚度2mm、直径为60mm的不锈钢制作；介质层5-2采用厚度8mm、直径为100mm的Al2O3板制作，以保证气流有足够的通流面积。所述的针电极5-3材质采用钨钍合金，针电极5-3直径为5mm，针电极5-3的针尖与介质层5-2内端面之间的间距为60mm。
所述平板电极5-1和针电极5-3之间接入电压为8kV、频率为50kHz的交流电源7，其中平板电极5-1接地。该交流电源7的电压参数比常规的介质阻挡放电电压参数低，就能达到较好的电晕放电，之所以选用这么低的电压，是为了防止空气放电过程中产生过量的活性氧原子，使活性炭被氧化而失去吸附活性。
所述第II放电区域6：包括环套在针电极5-3上的针电极介质层6-1、若干个沿针电极介质层6-1轴线间隔排列的环形电极6-2，环形电极6-2与管壳2内壁之间设有起隔离作用的绝缘层6-3。
第II放电区域6主体长度不可过长，确保当活性炭粉末充分荷电后即可尽快进入烟气通道1，进行扩散过程。第II放电区域6主体长度可根据气体流速确定，本实施例优选为200mm，以确保活性炭粉末在第II放电区域6停留时间在0.1～0.3s之间。所述针电极介质层6-1采用厚度为5mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层6-3采用厚度为8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层6-3外壁紧贴于管壳2内壁；环形电极6-2的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极6-2之间的间距为25mm。根据绝缘层6-3的长度，在本实施例中布置八个不锈钢圈的环形电极6-2。所述环形电极6-2和针电极5-3之间同样接入交流电源2，其中环形电极6-2接地。
采用上述结构的喷射装置，当混合有活性炭粉末的空气进入管壳2后，首先被第I放电区域5的介质层阻挡形成湍流，将第I放电区域5正负离子卷吸进气流中；进入第II放电区域6后，这些正负离子中的电子会从交变电场获得能量，继续维持等离子体，由于在非平衡态等离子体中电子运动速度远远大于正离子运动速度，活性炭粉末会吸附电子荷上负电，当荷电的活性炭粉末离开喷射装置时，由于粉末都带负电相互排斥，因此可以获得极好的离散性能，提高活性炭粉末吸附污染物的效率。
该喷射装置布置在烟气管道1中，由于不占用大量的烟气管道1空间，因而对烟气管道1阻力影响极小，高压空气混合活性炭粉末从烟气入口3进入，从烟气出口4处排出而在烟气管道1内形成活性炭粉末扩散区域8，与需要净化的烟气中的各种有毒有害物质充分接触混合，达到有效脱除污染物的目的。
该喷射装置采用高频交变电场产生介质阻挡放电形成的第I放电区域5和第II放电区域6，活性炭粉末在第I放电区域5和第II放电区域6中，由于电子运动速度远高于离子，所以在粉末上会吸附更多电子，使粉末带负电；活性炭粉末荷负电后，由于电场力相互排斥，从而可以有效提高粉末的离散性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种活性炭粉末荷电离散喷射装置，布置在烟气通道中轴线位置，具有管壳，管壳两端分设有烟气入口和烟气出口，其特征是：所述的管壳内设有第I放电区域和第II放电区域，第I放电区域：包括平板电极、介质层和针电极，所述的针电极位于管壳中轴线上且针电极的针尖指向烟气入口方向，介质层垂直设置在针电极与烟气入口之间，平板电极紧贴介质层外端面设置朝向烟气入口；第II放电区域：包括环套在针电极上的针电极介质层、若干个沿针电极介质层轴线间隔排列的环形电极，环形电极与管壳内壁之间设有起隔离作用的绝缘层，针电极与平板电极、针电极与环形电极之间均接入有交流电源，其中平板电极和环形电极接地。
2.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征在于：所述的管壳主体部分直径不小于烟气通道直径的15％。
3.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的平板电极和介质层均为圆形，平板电极选用厚度为1～3mm的不锈钢或铜或铝；介质层采用厚度为4～8mm的Al2O3板，介质层直径为平板电极3直径的1.5～2倍，介质层直径为其所在位置管壳直径的0.5～0.75倍。
4.根据权利要求3所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的针电极材质采用钨钍合金或不锈钢，其直径为3～5mm，针电极的针尖与介质层内端面之间的间距为40～60mm。
5.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的第II放电区域主体长度根据气体流速确定并确保活性炭粉末在第II放电区域停留时间为0.1～0.3s之间。
6.根据权利要求5所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的针电极介质层采用壁厚为3～8mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层采用壁厚为3～10mm的Al2O3陶瓷管，绝缘层外壁紧贴于管壳内壁；环形电极的金属环采用直径为2～3mm不锈钢丝制作，相邻环形电极之间的间距为20～30mm。
7.根据权利要求1所述的活性炭粉末荷电离散喷射装置，其特征是：所述的交流电源电压为5～10kV，频率为50～100kHz。
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