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CN109529586A - 一种废气净化设备 - Google Patents

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CN109529586A
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张卫杰
屠天云
朱玲萍
任燕
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Abstract

本发明提供了一种废气净化设备，包括依次设置的进气口、反应区与出气口；所述反应区设置有高压极、接地极与碱性液体喷淋装置；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极与等离子电源相连接。与现有技术相比，本发明提供的废气净化设备通过高压极与接地极形成低温等离子场，使废气在场内激发态高活性粒子作用下发生价态变化，形成宏观上的化学反应，将废气内存在的有机物、NOx、SOx、重金属单质等污染物因价态的变化发生无害化转化，或转变成易吸收、易转移的高价态状态，从而使废气得到净化，同时等离子场与液相吸收场在空间上重合，可将转化后的污染物吸收转移。

Description

一种废气净化设备
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种废气净化设备。
背景技术
目前工业废气的脱硫、脱硝、除尘、挥发性有机物、重金属净化技术都有专业单体准备进行净化，导致在同时含有以上污染物的环境中，需要配套多种污染物净化设备进行废气处理，投资大，占地面积多，管理维护复杂，所需专业人员队伍庞大。众多设备中只要有一环出现问题，其它所有设备都会受到运行影响。设备间的协调性，单体设备的能效，都不能发挥到设计极致，存在大量产能冗余，高能耗等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种废气净化设备，该废气净化设备可同时除去废气中的固态颗粒及其他有害气体。
本发明提供了一种废气净化设备，包括依次设置的进气口、反应区与出气口；所述反应区设置有高压极、接地极与碱性液体喷淋装置；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极与等离子电源相连接。
优选的，所述高压极与接地极之间的距离为200～300mm。
优选的，所述高压极为高压极线；所述接地极为接地极板。
优选的，两个接地极板之间高压极线的个数为1～3。
优选的，所述接地极板的宽度小于等于600mm。
优选的，还包括气体均流板；所述气体均流板设置在所述进气口与反应区之间。
优选的，还包括碱性液体制备系统；所述碱性液体制备系统与所述碱性液体喷淋装置相连通。
优选的，还包括循环水系统；所述反应区设置有液体出口；所述液体出口与碱性液体喷淋装置通过循环系统相连通。
优选的，所述碱性液体喷淋装置为实心锥形高压喷嘴。
优选的，所述进气口为进气喇叭口；所述进气喇叭口靠近反应区的一侧直径大；所述出气口为出气喇叭口；所述出气喇叭口靠近反应区的一侧直径大。
本发明提供了一种废气净化设备，包括依次设置的进气口、反应区与出气口；所述反应区设置有高压极、接地极与碱性液体喷淋装置；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极与等离子电源相连接。与现有技术相比，本发明提供的废气净化设备通过高压极与接地极形成低温等离子场，使废气在场内激发态高活性粒子作用下发生价态变化，形成宏观上的化学反应，将废气内存在的有机物、NOx、SOx、重金属单质等污染物因价态的变化发生无害化转化，或转变成易吸收、易转移的高价态状态，从而使废气得到净化，同时等离子场与液相吸收场在空间上重合，可将转化后的污染物吸收转移；并且等离子场内含有大量带极性的荷电粒子，极性荷电粒子与无机性粉尘等固态颗粒物碰撞结合，使其荷电，在电极上并收集。
附图说明
图1为本发明提供的废气净化设备的结构示意图；
图2为本发明提供的废气净化设备的结构示意图；
图3为本发明提供的废气净化设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种废气净化设备，包括依次设置的进气口、反应区与出气口；所述反应区设置有高压极、接地极与碱性液体喷淋装置；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极与等离子电源相连接。
参见图1～图3，图1～图3为本发明提供的废气净化设备的结构示意图；其中1为进气口，2为气流均布板，3为反应区，4为吸收区，5为等离子电源，6为高压极，7为接地极，8为出气口，9为碱性液体喷淋装置。
本发明提供的废气净化设备包括进气口，废气经进气口进入至反应区内，为提高废气在反应区中的均匀性，所述进气口优选为进气喇叭口；所述进气喇叭口靠近反应区的一侧直径大。
所述进气口与反应区相连通；为进调整废气气流在反应区的分布，所述进气口与反应区之间设置有气流均布板。
所述反应区设置有高压极与接地极；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极之间的距离(垂直距离)优选为200～300mm，更优选为250～300mm；所述高压极为本领域技术人员熟知的高压极即可，并无特殊的限制，本发明中优选为高压极线；所述接地极为本领域技术人员熟知的接地极即可，并无特殊的限制，本发明中优选为接地板；在本发明中所述反应区的两端优选为接地极，即所述高压极位于两个接地极之间；两个接地极之间的高压极个数理论上没有数量限制，但受反应器设计功率和电源输入功率的影响，高压极数量不宜过多，过多的高压极会导致脉冲能量分散，不足以使场间微粒产生足够大的跃迁能。本发明中的低温等离子废气净化设备，其净化上限是NOx，即能净化的最稳定的物质是氮氧化物，最大跃迁能≯13.6eV。在此要求下，一般两个接地极板之间高压极个数不超过3根，即每两个接地极之间高压极线的个数优选为1～3，更优选为2～3；单个接地极宽度即沿废气气流流动方向的长度优选不超过600mm；所述接地极板的个数优选为2～6个，更优选为3～6个，再优选为4～5个。
本发明通过采取板线形式的设计可在反应区获得最强的等离子场，即使空间分子、原子等微粒的离子化程度达到最高，才能够使脱硫、脱硝、除尘、有机物净化等化学反应效率得到提高。高压极的极线形式，其结构边沿和外表面拥有较小的曲率半径(比较尖锐)，当外加正高压加载在该极线上时，能在该较小曲率半径范围内积聚大量的能量，在脉冲供电形式下，其瞬时脉冲效应产生的强大电场，使得空间内大量气体、液滴和固体分子、原子被离子化，从基态转变为激发态，从而形成低温等离子场。等离子场在空间内受高压极—接地极之间的电场力作用，会向各自相反的电极性一端迅速移动(电荷受电场力作用移动)，此时需要移动的微粒尽可能保持均匀分布在等离子场空间内，以增加进入等离子场区域的烟气中的NOx、SO2、粉尘、挥发性有机物分子等微粒受到已处于激发态的离子的轰击，从而发生氧化反应，生成无害或可收集的酸、盐或气态氧化物等物质，便于被吸收区域吸收或直接排放。
所述高压极与接地极与等离子电源相连通；所述等离子电源为本领域技术人员熟知的等离子电源即可，并无特殊的限制。等离子场的形成有两种途径，瞬时脉冲电场和高压连续电场。瞬时脉冲场是指在瞬时脉冲高压作用下，空间粒子发生电离，分子中基态电子发生跃迁，形成低温等离子；高压连续场是指在连续稳定的高压电场内，空间粒子发生电离，形成低温等离子场。在可形成单个粒子最高能级大于等于13.6eV的条件下，两种形成途径皆可用于本发明提供的废气净化设备，因此本发明中所述等离子电源可为能形成瞬时脉冲电场的电源也可为能形成高压连续电场的电源。
本发明更优选采用脉冲等离子电源，更优选为基压叠加型脉冲电源；所述脉冲等离子电源的视在功率优选为40～80kVA，更优选为60kVA；所述等离子电源的基压优选为30～60kV，更优选为40～60kV，再优选为50kV；所述等离子电源的脉冲电压优选为70～90kV，更优选为80kV；脉冲频率优选为800～1500Hz，更优选为800～1200Hz，再优选为1000Hz；单脉冲宽度优选为200～500ns，更优选为300～400ns。本发明利用瞬时脉冲电场，对场间微粒进行激发，使空间中原本处于基态的稳定颗粒物，如空气分子、水分子以键能小于13.6eV的气态、固态和液态分子发生外层电子跃迁，从而形成瞬态低温等离子场，并通过等离子场空间预加载的基压电场，对跃迁态等离子进行引导驱动，形成方向性的均布等离子场，从而对流经期间的NOx、SO2、粉尘、挥发性有机物分子等物质进行净化处理。
通过等离子电源在高压极与接地极之间以固定周期的瞬时高压电场使烟气空间形成低温等离子场，等离子场内含有大量带极性的荷电粒子，极性荷电粒子与无极性粉尘等固态颗粒物碰撞结合，使粉尘等固态颗粒物荷电，在带向性的等离子场中，荷电颗粒随电场方向向相应相反极性的一端运动，如：荷正电荷的颗粒向负高压极运动，荷负电荷的颗粒向正高压极运动，最终在电极上积聚并收集。
本发明提供的废气净化设备反应区也设置有碱性液体喷淋装置，使反应区同样也为吸收区，从而实现等离子场与液相吸收场在空间上的重合，在对污染物脱除的作用上，等离子场主要提供污染物转化的能量，液相吸收场主要提供污染物转化界面，以及污染物转化后的吸收转移。等离子场转化后的污染物，有机物转化为二氧化碳和水，实现直接无害化；NO转化为NO2，SO2转化为SO3，Hg转化为HgO，在与等离子场共同存在的液相吸收场内，NO2、SO3、HgO液相吸收场吸收，以液相的SO4 2-、NO3-、Hg-等离子状态转移到液相中。所述碱性液体喷淋装置为本领域技术人员熟知的碱性液体喷淋装置即可，并无特殊的限制，本发明中优选为实心锥形高压喷嘴；本发明对所述碱性液体喷淋装置的个数并没有特殊的限制，可以实现空间液相吸收场的均布即可，即使碱性液体可以均匀喷淋在反应区即可，在本发明中，所述碱性液体喷淋装置可以设置在吸收区的顶部，也可以设置在吸收区的侧壁上；所述碱性液体喷淋装置喷淋的液相颗粒度优选为50～1000μm，以保证反应区空间内各个位置吸收效率的同步；所述碱性液体喷淋装置喷淋的碱性液体为本领域技术人员熟知的碱性液体即可，并无特殊的限制，本发明中优选为碱性水溶液，更优选为质量浓度为5％～32％的碱性水溶液；所述碱性水溶液优选为氢氧化钠水溶液。
按照本发明，优选还包括碱性液体制备系统；所述碱性液体制备系统与碱性液体喷淋装置相连通；所述碱性液体制备系统优选包括相连通的加药系统与补水系统；所述加药系统与碱性液体喷淋装置相连通。
所述碱性液体喷淋系统中的碱性液体在质量合理控制的条件下，可以循环使用，因此本发明优选还包括循环系统；所述反应区设置有液体出口；所述液体出口通过循环系统与碱性液体喷淋装置相连通；所述循环系统优选包括循环水箱与循环水泵；所述循环水箱内优选设置有传感器，通过液位、pH值、含固浓度等传感器的检测，控制碱性液体的浓度即吸收剂的质量。
在本发明中，优选还包括排水箱；所述排水箱、加药系统与补水系统分别与循环水箱相连通，当循环中使用的碱性液体内碱性物质浓度过低，或碱性液体品质因循环使用而下降，可通过加药系统进行增补碱性液体，并排除等量的废液，以保持系统循环平衡。
废气从废气净化设备的进气喇叭口进入，在经过气流均布板调整气流分布后，以截面上相对均匀的流速进入系统反应区和吸收区。高压等离子电源将负载加载于由高压极和接地极组成的反应区和吸收区上，形成含有多种激发态粒子(O2-、H1+等)的低温等离子场。当废气流经该低温等离子场，烟气中的粉尘、NOx、SO2、重金属单质、挥发性有机物等物质经一系列复杂反应后被净化处理或无害化转化并转移，净烟气从设备出口喇叭口排出。在等离子场中，由碱性液体制备系统供给液体喷淋装置对等离子场进行持续喷淋清洗，吸收反应产物。当循环使用的碱性液体内吸收剂浓度过低，或吸收液品质因循环使用而下降，加药系统进行增补吸收剂，并排出的等量废液，以保持系统循环平衡。
本发明提供的废气净化设备通过高压极与接地极形成低温等离子场，使废气在场内激发态高活性粒子作用下发生价态变化(主要是氧化)，形成宏观上的化学反应，将废气内存在的有机物、NOx、SOx、重金属单质等污染物因价态的变化发生无害化转化，或转变成易吸收、易转移的高价态状态，从而使废气得到净化，同时等离子场与液相吸收场在空间上重合，可将转化后的污染物吸收转移；并且等离子场内含有大量带极性的荷电粒子，极性荷电粒子与无机性粉尘等固态颗粒物碰撞结合，使其荷电，在电极上并收集。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种废气净化设备进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
实施例1
采用图3所示的废气净化设备；其中接地极板的宽度为600mm，接地极板的个数为4件；两个接地极板间高压极线的个数为3个；高压极线与接地极板的距离为250mm。
某工业燃煤锅炉，产生废气量20000m3/h，烟气温度50℃，在设备进口实测烟气中NOx浓度≤100mg/m3，SO2浓度≤150mg/m3，粉尘≤30mg/m3；选择设计烟气流速1.01m/s，脉冲等离子电源视在功率60kVA，为基压叠加型脉冲电源，基压50kV，脉冲电压80kV；脉冲频率1000Hz，单脉冲宽度300ns。碱性液体喷淋装置中的碱性液体采用32％NaOH溶液混工艺水稀释。经低温等离子废气净化设备处理后，烟气中NOx浓度≤50mg/m3，SO2浓度≤30mg/m3，粉尘≤5mg/m3。
实施例2
某工业燃煤锅炉，产生废气量15000m3/h，烟气温度40～60℃，在设备进口实测烟气中SO2浓度≤300mg/m3，粉尘≤20mg/m3；选择设计烟气流速1.1m/s，脉冲等离子电源视在功率60kVA，为基压叠加型脉冲电源，基压50kV，脉冲电压80kV；脉冲频率800Hz，单脉冲宽度400ns。其中接地极板的宽度为600mm，接地极板的个数为5件；两个接地极板间高压极线的个数为2个；高压极线与接地极板的距离为300mm。碱性液体喷淋装置中的碱性液体采用32％NaOH溶液混工艺水稀释。经低温等离子废气净化设备处理后，烟气中SO2浓度≤30mg/m3(具体为17.5mg/m3)，粉尘≤5mg/m3(具体为2.23mg/m3)。

Claims (10)

1.一种废气净化设备，其特征在于，包括依次设置的进气口、反应区与出气口；所述反应区设置有高压极、接地极与碱性液体喷淋装置；所述高压极与接地极沿与气体流向垂直的方向相间排列；所述高压极与接地极与等离子电源相连接。
2.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，所述高压极与接地极之间的距离为200～300mm。
3.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，所述高压极为高压极线；所述接地极为接地极板。
4.根据权利要求3所述的废气净化设备，其特征在于，两个接地极板之间高压极线的个数为1～3。
5.根据权利要求3所述的废气净化设备，其特征在于，所述接地极板的宽度小于等于600mm。
6.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，还包括气体均流板；所述气体均流板设置在所述进气口与反应区之间。
7.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，还包括碱性液体制备系统；所述碱性液体制备系统与所述碱性液体喷淋装置相连通。
8.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，还包括循环水系统；所述反应区设置有液体出口；所述液体出口与碱性液体喷淋装置通过循环系统相连通。
9.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，所述碱性液体喷淋装置为实心锥形高压喷嘴。
10.根据权利要求1所述的废气净化设备，其特征在于，所述进气口为进气喇叭口；所述进气喇叭口靠近反应区的一侧直径大；所述出气口为出气喇叭口；所述出气喇叭口靠近反应区的一侧直径大。
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