緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置的制作方法

本發明涉及一種緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置，屬于廢氣處理技術領域。

背景技術：

隨著我國工業化水平的不斷提高，工業廢氣排放加劇，空氣污染嚴重，環境質量惡化成為日益突出的問題。其中工業廢氣風量大、組分復雜、復合污染給人們的生活、健康帶來嚴重影響，《“十二五”節能減排綜合性工作方案》中也明確了廢氣處理相關要求，廢氣處理成為改善環境的緊迫任務。傳統的廢氣處理方法有物理吸附法、化學洗滌法、光催化分解法、生物處理法等，然而這些傳統的廢氣處理方法均存在運轉費用高、設備及運行管理要求高、占地面積大、凈化效率不高、極易產生二次污染、易受污染物濃度及溫度影響等缺點。氣體放電低溫等離子體空間中富含的電子、離子、激發態粒子和自由基都是極為活潑的化學反應物，與有害氣體分碰撞、激發、解離使其降解、無二次污染，大氣壓非平衡等離子體技術作為一種新型廢氣處理方法引起了廣泛關注。如何從結構上設計一種等離子體產生效率高、裝置結構簡單、經濟低成本的等離子體廢氣處理發生裝置顯得尤為重要。

目前用于廢氣處理的反應器主要有三種結構形式。第一種為電暈放電結構，通過電暈放電對廢氣進行預處理。正如專利cn201815229u中所述，由六邊形蜂巢狀反應室，電暈線，外殼，支架、和電暈線卡組成的電暈放電結構對廢氣中的大顆粒物質、液滴進行吸附脫除以實現預氧化。電暈放電反應器能夠處理大流速的廢氣并吸附其中的較大懸浮顆粒物質，但是處理后的廢氣中依然殘留有分子量級的廢氣。為了進一步除去廢氣中廢氣分子達到深度凈化廢氣的目的，研究人員和工程師采用了介質阻擋結構的廢氣處理裝置，正如專利cn203971712u中所述，通過將相鄰放電電極組件交錯排布實現管外等離子體介質阻擋放電，使等離子體與廢氣充分接觸進行氧化分解從而實現深度處理。為了更大提高廢氣處理效率又設計了多級串聯的分段式結構，通過多級組合對廢氣進行預處理與深度處理，獲得更好的凈化效果。正如專利cn204247045u中所述通過電暈與介質阻擋放電兩級串聯實現對廢氣的預氧化與深度處理極大提高了廢氣處理效率，但多級廢氣處理裝置存在占地面積大、結構復雜、更換成本高、需要多個電源同時驅動多級反應器的問題。實現一種處理高效、裝置結構緊湊、單電源驅動和低運行成本的廢氣處理裝置具有實際意義。

技術實現要素：

本發明提出的是一種緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置，其目的在于解決現有技術中廢氣處理裝置凈化程度低、結構復雜占地面積大、更換成本高等問題，提供一種結構緊湊，處理高效，運行成本低的廢氣處理裝置，能夠有效地應用于工業廢氣處理環節中。

本發明的技術解決方案：一種緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置，其結構包括金屬線1、金屬圓筒2、內氣隙3、開口4、外氣隙5、絕緣介質層6、金屬網7、開孔密封塞8、密封塞9、進氣口10、出氣口11、脈沖電源12；其中金屬線1設于金屬圓筒2內部并與金屬圓筒2和絕緣介質層6同軸，金屬線1連接脈沖電源12低壓端；金屬圓筒2設于絕緣介質層6內部并連接脈沖電源12高壓端；金屬圓筒2與金屬線1之間設有內氣隙3，金屬圓筒2與絕緣介質層6之間設有外氣隙5；金屬圓筒2的右上端設有開口4；金屬網7緊貼絕緣介質層6外部設置并與脈沖電源12低壓端相連；開孔密封塞8、密封塞9分別嵌入金屬圓筒2與絕緣介質層6的兩端；進氣口10、出氣口11分別接于開孔密封塞8上的進氣孔8-4和出氣孔8-5；

其處理方法，包括如下步驟：

（1）預處理：待處理廢氣經進氣口10進入內氣隙3，在脈沖電源的驅動下，內氣隙3產生負極性電暈放電，放電過程中曲率半徑小的金屬線1表面聚集電暈層，產生大量高能電子，并與處理廢氣相互作用產生所需活性物質對廢氣中的粉塵顆粒、液滴等物質進行脫除實現廢氣預處理，通過金屬線1、金屬圓筒2、內氣隙3組成的線筒式電暈放電預氧化去除廢氣中的液滴、大顆粒物質，后經金屬圓筒2的開口4噴入外氣隙5；

（2）深度處理：處理后的氣體通過金屬圓筒2、外氣隙5、絕緣介質層6、金屬網7組成的介質阻擋放電區；圓筒2做高壓電極，在脈沖電源12的驅動下，外氣隙5產生介質阻擋放電，放電過程中產生的等離子體含豐富的活性粒子，如oh自由基、o3、處于激發態的n2，此外還含有大量高能電子，通過這些高能電子撞擊廢氣污染物分子的化學鍵使其徹底斷裂而形成原子或小碎片基團，原子或小碎片基團極易被自由基、o3、激發態分子氧化還原使得廢氣中有害成分大幅下降；深度處理后的氣體經出氣口11排出。

本發明的優點：

（1）通過緊湊型結構在實現分段式電暈-介質阻擋放電處理效果的前提下，縮小裝置尺寸，減小占地面積，降低成本，在固定反應器長度情況下實現2倍原有長度的處理路徑，提高空間利用率；

（2）共用一個金屬圓筒高壓電極，利用該結構實現一臺電源驅動電暈放電與介質阻擋放電，兩種放電有效協同，加強了電場強度提高電能利用率；

（3）方便拆裝的密封塞配合該緊湊結構提高了運行過程中的安全系數，也方便在運行間隙對裝置進行檢查維修。

附圖說明

圖1是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置結構示意圖。

圖2是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置a-a剖面圖。

圖3是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置電暈放電部分結構示意圖。

圖4是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置介質阻擋放電部分結構示意圖。

圖5是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置開孔密封塞8結構示意圖。

圖6是緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置密封塞9結構示意圖。

其中1是金屬線、2是金屬圓筒、3是氣隙、4是開口、5是氣隙、6是絕緣介質層、7是金屬網、8是開孔密封塞、9是密封塞、10是進氣口、11是出氣口、12是脈沖電源；8-1是開孔密封塞外實心圓柱、8-2是開孔密封塞內實心圓柱、8-3是開孔密封塞空心圓孔、8-4是進氣孔、8-5是出氣孔；9-1是密封塞外實心圓柱、9-2是密封塞內實心圓柱、是密9-3封塞空心圓孔。

具體實施方式

如附圖1-2所示，一種緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置，其結構包括金屬線1、金屬圓筒2、內氣隙3、開口4、外氣隙5、絕緣介質層6、金屬網7、開孔密封塞8、密封塞9、進氣口10、出氣口11、脈沖電源12；其中金屬線1設于金屬圓筒2內部并與金屬圓筒2和絕緣介質層6同軸，金屬線1連接脈沖電源12低壓端；金屬圓筒2設于絕緣介質層6內部并連接脈沖電源12高壓端；金屬圓筒2與金屬線1之間設有內氣隙3，金屬圓筒2與絕緣介質層6之間設有外氣隙5；金屬圓筒2的右上端設有開口4；金屬網7緊貼絕緣介質層6外部設置并與脈沖電源12低壓端相連；開孔密封塞8、密封塞9分別嵌入金屬圓筒2與絕緣介質層6的兩端；進氣口10、出氣口11分別接于開孔密封塞8上的進氣孔8-4和出氣孔8-5。

本申請涉及的緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置，可分為電暈放電部分、介質阻擋放電部分和密封部分三個組成模塊。

如附圖3所示，金屬線1、金屬圓筒2共同組成廢氣處理裝置的電暈放電部分，其中所述的金屬線1材質為不銹鋼，長度390-430mm，直徑2mm，做地電極。金屬圓筒2材質為不銹鋼，長度360-400mm，內徑22mm，壁厚1.5-2mm，做高壓電極。金屬圓筒2與金屬線1同軸并通過開孔密封塞8和密封塞9固定；在距金屬圓筒末端20mm處的右上方開一直徑10mm的圓筒開口4，用于排氣；在脈沖電源的驅動下，內氣隙3產生負極性電暈放電，放電過程中曲率半徑小的金屬線1表面聚集電暈層，產生大量高能電子，并與處理廢氣相互作用產生所需活性物質對廢氣中的粉塵顆粒、液滴等物質進行脫除實現廢氣預處理，處理過程中能耗低。

如附圖4所示，金屬圓筒2、絕緣介質層6、金屬網7共同組成廢氣處理裝置的介質阻擋放電部分，其中所述的絕緣介質層6材料選用聚四氟乙烯或石英玻璃，長度380-420mm，內徑46mm，壁厚2mm，通過開孔密封塞8和密封塞9固定，其抑制了等離子體形成過程中電弧放電，使放電均勻穩定的分布在整個放電空間內，保護電極材料不被腐蝕。金屬網7因暴露在空氣極易與空氣中水蒸氣接觸，選用不銹鋼材料，長度320-360mm，緊密包裹在絕緣介質層6的外壁上，做地電極。圓筒2做高壓電極，在脈沖電源12的驅動下，外氣隙5產生介質阻擋放電，放電過程中產生的等離子體含豐富的活性粒子，如oh自由基、o3、處于激發態的n2等，此外還含有大量高能電子，通過這些高能電子撞擊廢氣污染物分子的化學鍵使其徹底斷裂而形成原子或小碎片基團，小碎片基團或原子極易被自由基、o3、激發態分子氧化還原使得廢氣中有害成分大幅下降，極大提高了廢氣凈化效果。

如附圖5-6所示，開孔密封塞8和密封塞9共同組成廢氣處理裝置的密封部分，開孔密封塞8和密封塞9均通過直徑46mm，高30mm的實心圓柱體銑出，圓柱體的組成材料選用硅橡膠或聚四氟乙烯；其中8-1、9-1為密封塞外實心圓柱，直徑為46mm與絕緣介質層6內徑相等，高10mm；8-2、9-2為密封塞內實心圓柱，直徑22mm與金屬圓筒2內徑相等，高20mm，內、外實心圓柱同軸；8-3、9-3為空心圓孔且與內實心圓柱同軸，用于固定金屬線1，直徑2mm，高度30mm；8-4為進氣孔，位于內實心圓柱內，直徑10mm，高30mm和空心圓孔8-3外切，并與進氣口10連接；8-5為出氣孔位于外實心圓柱8-1上，直徑10mm，高10mm與出氣口11連接；開孔密封塞8可以實現氣體只能由金屬圓筒2內部進入，經外氣隙5從出氣孔8-5流出，使得進氣跟出氣在同一端，配合緊湊型結構提高了空間利用率，加之拆裝方便，增加了裝置運行過程中的安全系數，也方便在運行間隙對裝置進行檢查維修。

緊湊型低濃度有機廢氣處理裝置的處理方法，包括如下步驟：

（1）預處理：待處理廢氣經進氣口10進入內氣隙3，在脈沖電源的驅動下，內氣隙3產生負極性電暈放電，放電過程中曲率半徑小的金屬線1表面聚集電暈層，產生大量高能電子，并與處理廢氣相互作用產生所需活性物質對廢氣中的粉塵顆粒、液滴等物質進行脫除實現廢氣預處理，通過金屬線1、金屬圓筒2、內氣隙3組成的線筒式電暈放電預氧化去除廢氣中的液滴、大顆粒物質，后經金屬圓筒2的開口4噴入外氣隙5；

（2）深度處理：處理后的氣體通過金屬圓筒2、外氣隙5、絕緣介質層6、金屬網7組成的介質阻擋放電區；圓筒2做高壓電極，在脈沖電源12的驅動下，外氣隙5產生介質阻擋放電，放電過程中產生的等離子體含豐富的活性粒子，如oh自由基、o3、處于激發態的n2，此外還含有大量高能電子，通過這些高能電子撞擊廢氣污染物分子的化學鍵使其徹底斷裂而形成原子或小碎片基團，原子或小碎片基團極易被自由基、o3、激發態分子氧化還原使得廢氣中有害成分大幅下降；深度處理后的氣體經出氣口11排出。

該裝置將金屬線1、金屬圓筒2、內氣隙3組成電暈放電區，在共用金屬圓筒2做高壓電極的情況下與外氣隙5、絕緣介質層6、金屬網7組成介質阻擋放電區，實現了緊湊結構；在緊湊結構的前提下通過開口4將內氣隙3與外氣隙5有效連接使放電區域變為原有腔室長度的2倍，延長處理路徑，提高空間利用率；利用該結構可實現電暈與介質阻擋有效協同，提高了電能利用率；密封塞配合該結構使整體裝置結構簡單，拆裝方便，增加了裝置運行過程中的安全系數，該裝置也可進行矩陣式組合，利用該結構將原有的電暈—介質阻擋兩段式反應器替換為一段式，減小占地面積，降低經濟成本。