一种基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置

摘要

本发明公开了一种基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置，包括废气处理腔体，该废气处理腔体的一端设置有进气口(5)，另一端设置有出气口(6)，该废气处理腔体内自进气口(5)至出气口(6)依次设置有滤网(7)、光催化处理段(8)、等离子体处理段(9)、催化剂处理段(10)和活性炭处理段(11)，其中，等离子体处理段(9)设置有若干个单电极阵列单元。本发明能够减小背压，增大处理面积，高效处理废气。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置。

背景技术

由于低温等离子体中含有大量高能活性粒子，所以近年来在工业生产中得到越来越广泛的应用，特别是在废气处理方面的应用受到越来越大的重视。

随着我国经济的发展，工业生产中产生的废气污染问题日益严峻。工业废气主要包括挥发性有机物(VOCs)、硫化物、氮氧化物等。传统废气处理方法包括燃烧法、吸附法、生物法、膜分离法、光催化法等。燃烧法处理有机污染物需要很高的温度，既造成能源的浪费，同时会带来严重的二次污染和腐蚀问题。吸附等方法在处理容量、气阻、低效率、普适性差等问题。生物法对温度、湿度变化敏感。

国内外的研究表明，放电等离子体中富含活性粒子，如OH自由基、O₃、激发态O原子、N₂和等，此外还有大量的高能粒子，如电子、以及伴随放电的紫外线。它们可以与环境中的有害成分发生复杂的物理、化学反应，将大分子降解为小分子，并使有害成份无毒化或毒性大幅下降，达到良好的降解效果。现有基于放电等离子体处理废气多利用介质阻挡放电结构，如：龚联克等(CN203971712U)将圆管电极与金属颗粒电极结合，表面覆盖阻挡介质，间隔排列高压电极与地电极，对气体进行处理。该结构难以对大流量气体处理达到工业降解要求；万京林等(CN104437019A)采用单一电源驱动多组同轴式DBD电极，旨在大流量废气处理，但处理效率较低；也有人提出一种百叶窗式的废气处理装置(CN203075826U)，有望实现大面积处理废气，但是工艺较复杂，工业上规模化推广难度大。综上可知，目前利用介质阻挡放电等离子体进行工业废气处理仍存在效率低、结构复杂、处理废气流量低、规模化难度大等问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置，该装置结构简单、能够减小背压、实现大流量废气的高效降解、容易规模化。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置，包括废气处理腔体，该废气处理腔体的一端设置有进气口，另一端设置有出气口，该废气处理腔体内自进气口至出气口依次设置有滤网、光催化处理段、等离子体处理段、催化剂处理段和活性炭处理段，其中，等离子体处理段设置有若干个单电极阵列单元。

本发明进一步的改进在于，每个单电极阵列单元均包括绝缘底座、设置在绝缘底座上的两个绝缘柱以及用于固定两个绝缘柱顶部的绝缘杆，每个绝缘杆的内部中空，在其中嵌入导电金属管，两个绝缘柱之间自下而上均匀设置若干个与导电金属管连接的单电极，工作时，单电极与高频电源连接。

本发明进一步的改进在于，绝缘底座呈长方体状，其厚度为10～30mm，长为300～1000mm，宽为100～400mm；在绝缘底座距两宽边中线10～30mm处，设置有两个长50～100mm的M8螺杆，用于连接绝缘底座与绝缘柱。

本发明进一步的改进在于，绝缘柱为直径20～50mm，长300～600mm的圆柱体；圆柱体内部中心空心，嵌入有长度200～500mm，外径10～40mm，内径8～38mm的导电金属管。

本发明进一步的改进在于，在绝缘柱表面开设有长200～500mm、宽6～15mm开口，用于将导电金属管露出，连接高压电极。

本发明进一步的改进在于，绝缘杆的长度为300～1000mm，直径为10～15mm。

本发明进一步的改进在于，每个单电极均为半径0.5～2mm的导电金属丝，一端固定一长20～40mm、宽6～12mm、厚度为3～10mm的导电方块，用于将导电金属丝卡入左绝缘柱开口并固定；另一端为弹簧结构，固定在绝缘柱开口处与导电金属连接。

本发明进一步的改进在于，单电极阵列单元采用高频电源驱动。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置，协同现有技术处理，达到相关标准。利用滤网、光催化、若干单电极阵列单元多段处理废气，保证废气高效处理，减小次级污染。

具体来说，本发明在单电极上施加高频高电压从而产生放电等离子体，对进入通道的废气进行处理。该放电结构新颖、简单，在较低外施电压下即能产生大面积等离子体，增加废气在装置通道中的反应时间，系统背压小，能耗低，提高处理效率。

进一步，本发明在单电极上施加高频高压，即可产生同步、稳定、均匀的放电，并在装置通道中产生丰富的高活性粒子，与废气发生一系列复杂的物理化学反应，降解废气大分子为小分子，直至最终产物为CO₂和H₂O等无害成分。

此外，单电极单元在常温常压下即可正常工作，不需要成本昂贵的低压设备；能根据实际要求，增加或减少阵列单元数量，调整、控制处理量，该结构所有部件均方便拆装，维修方便。

附图说明

图1为单电极阵列单元结构示意图；

图2为本发明的绝缘底座示意图；

图3为本发明的左端绝缘柱示意图；

图4为本发明的单电极示意图；

图5为本发明的电路接线示意图；

图6为废气处理系统示意图。

图中：1为绝缘底座，2为绝缘柱，3为绝缘杆，4为单电极，5为进气口，6为出气口，7为滤网，8为光催化处理段，9为等离子体处理段，10为催化剂处理段，11为活性炭处理段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1至图6所示，本发明提供的基于单电极阵列式放电等离子体废气处理装置，包括废气处理腔体，该废气处理腔体的一端设置有进气口5，另一端设置有出气口6，该废气处理腔体内自进气口5至出气口6依次设置有滤网7、光催化处理段8、等离子体处理段9、催化剂处理段10和活性炭处理段11，其中，等离子体处理段9设置有若干个单电极阵列单元。

如图1所示，为单电极阵列单元，单电极阵列单元可以按照实际工况增减，向后排列。

单电极阵列单元下方为绝缘底座1，用于固定阵列单元。将两绝缘柱2分别固定在绝缘底座1两端。两绝缘柱2上端采用绝缘杆3连接，进一步固定阵列单元。绝缘柱2内部中空，在其中嵌入导电金属管，且绝缘柱2上有一开口处，利用一种方法将多个单电极4依次崩直固定在绝缘柱2两端。

所述阵列单元中的绝缘底座厚度为10～30mm，长为300～1000mm，宽为100～400mm的长方体。在绝缘板距两宽边中线10～30mm处，有两长50～100mm的M8螺杆，用于连接绝缘板与绝缘柱(见附图2)。

所述阵列单元中的绝缘柱(见附图3)，为直径20～50mm，长300～600mm圆柱体。圆柱体内部中心空心，嵌入长度200～500mm，外径10～40mm，内径8～38mm的导电金属管。导电金属管保证距绝缘柱底和绝缘柱顶距离相同。且在绝缘柱表面有长200～500mm、宽6～15mm开口，将金属管露出，用于接高压电极。其中左端绝缘柱，其内部导线金属管在绝缘柱对应处有200～500mm、宽4～12mm开口。右端绝缘柱，在绝缘柱开口处反向对应位置，在绝缘柱中点处，固定(但可拆卸)标准高压导线接口，与内部导电金属管连接，方便高压导线接线。

所述阵列单元中的绝缘杆，长度为300～1000mm，直径为10～15mm，固定(但可拆卸)在两绝缘柱间。

所述单电极为半径0.5～2mm导电金属丝(见附图4)，左端固定一长20～40mm，宽6～12mm，厚度为3～10mm的导电方块，能将导电金属丝卡入左绝缘柱开口并固定，且方便拆卸。右端为弹簧结构，固定在右绝缘柱开口处与导电金属连接。即可将单电极拉紧且固定在绝缘柱间。

所述阵列单元采用高频电源驱动，单电极数量可根据实际工况进行调整。

工作时，本发明提供高效处理废气的单电极阵列式等离子体装置，将该装置按照附图6安装进处理系统，接入废气气道，打开驱动电源，开始处理。下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图6，需要处理的废气经过滤网物理过滤较大尺寸的颗粒等，废气进入光催化处理段进行处理后，进入本发明设计的等离子体处理段，在下游设计催化剂和活性炭再次净化。

根据处理废气的需要，高频电源提供外施电压幅值为4.5kV-10kV(对应不同功率)，频率不低于100kHz即可实现放电，放电体积大，处理效率高。根据实际需求，可依次增加阵列单元数目，整个装置放电功率较小，符合国家节能减排的政策要求。