CN1304090C - 直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器。它具有长方形壳体，壳体两端设有进气口和出气口，长方形壳体内设有多个电晕放电单元，每个电晕放电单元具有两极板，两极板间平行设有多个放电喷嘴电极，并分别与集气管相接。本发明采用放电喷嘴电极，仅对少量射入烟道的添加气采用电晕放电活化，而不是对所有烟道气进行高能化处理，不会激活烟气中的背景成分，能有效降低自由基生成的能耗。采用多个放电喷嘴电极平行布置于每个电晕放电单元，在极板间形成多个稳定的放电通道，使电晕区域大大增加，并且在烟气流动过程中实现了污染物的多级脱除。采用多个电晕放电单元平行放置方式，通过增减电晕放电单元能够满足不同烟气量处理的要求。

Description

直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器

技术领域

本发明涉及一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器。

背景技术

等离子体烟气治理技术是一种有效的烟气治理技术，它包括电子束法、脉冲电晕法和直流电晕法等。但是，电子束法产生的高能电子对于烟气中主要气体分子均可破坏其化学键，因而烟气中含量较高的N₂和CO₂等气体分子也将被分解和电离，浪费了能量，造成工艺的能耗过大；并且存在所采用的电子枪及靶窗的寿命短，设备结构复杂，占地面积大，X射线的屏蔽与防护等问题。脉冲电晕法能耗虽然只有电子束法的50％，但仍能对烟气中N₂和CO₂等气体分子起分解和电离作用，浪费能量。另外，该技术还存在制造大功率脉冲电源技术复杂，成本很高，火花开关寿命短，需定期更换等不足之处。

直流电晕放电是在直流高压作用下，利用电极间电场分布不均匀性而产生的一种放电形式。采用常规的反应器结构，比如线筒式结构和线板式结构，烟气直流电晕放电的电晕区较小，仅限于电晕电极附近，放电电流也比较微弱，因而污染物脱除的效率较低。并且若提高操作电压容易形成火花击穿。为提高直流电晕电流以提高烟气中污染物的脱除效率，Fuji等人采用了所谓的多针—板式放电结构。这种电极结构的特点是由多个针电极取代以往单个的线电极，这样在气隙间形成多个放电通道，可增大放电电流。而且，针电极和板电极间用水层隔开，形成类似于介质阻挡放电的放电形式。研究结果表明，这种多针—板式的电晕放电反应器的对烟气中污染物的脱除可以达到相当高的水平。但是，其不足之处在于能耗较大。

20世纪90年代中期，Ohkaho和Chang等人根据喷嘴电晕矩的流动稳定性原理，提出了直流电晕自由基簇射的脱硫脱硝过程。所谓喷嘴电晕矩，就是管状的放电电极。两根管状电极对称布置于反应器的两端，当分别接上正负高压时电极之间就形成强烈的电晕放电区域。研究发现，如果喷嘴电晕矩中通入常温气体，气体的流动可使直流电晕放电变得非常稳定，而且若气量调节适当，可产生跨越整个放电气隙的稳定流光电晕，这对烟气中污染物的脱除是相当有帮助的。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器。

它具有长方形壳体，长方形壳体两端设有进气口和出气口，长方形壳体内设有多个电晕放电单元，每电晕放电单元具有两极板，极板间距为100mm，两极板间平行设有多个放电喷嘴电极，并分别与集气管相接。添加气从集气管进入放电喷嘴电极，从喷嘴喷出。极板和放电喷嘴电极都采用不锈钢材料。

本发明采用放电喷嘴电极，这种电极设计使喷嘴内气流速度比反应器内烟气速度快很多，喷嘴口的射流使烟气较难进入喷嘴附近的电晕区，所以仅对少量射入烟道的添加气采用电晕放电活化生成活性物质，而不是对所有烟道气进行高能化处理，不会激活烟气中的背景成分，能有效降低自由基生成的能耗。电晕放电过程中，添加气在喷嘴附近分解产生多种活性物质，能有效脱除烟气中的多种污染物，具有较高的脱除效率和能量利用率。对于不同的污染物，可以选择不同成分的添加气。本发明采用多个喷嘴电极平行布置于每个电晕放电单元，在极板间形成多个稳定的放电通道，使电晕区域大大增加，并且在烟气流动过程中实现了污染物的多级脱除，这大大提高了污染物的脱出效率。本发明采用多个电晕放电单元平行放置方式，通过增减电晕放电单元能够满足不同烟气量处理的要求。

附图说明

图1是电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器结构示意图；

图2是本发明电晕放电单元结构示意图；

图3是本发放电喷嘴电极结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器，它的基本原理是：在放电喷嘴电极和极板上施加直流高压电，喷嘴末端由于曲率半径很小，其附近就产生极高的电场强度，导致电晕放电的发生。添加气从放电喷嘴电极母管一端进入，从小喷嘴喷出后在电晕区被迅速分解，从而产生大量的活性粒子，能有效脱除烟气中的多种污染物。采用的放电喷嘴电极使喷嘴内气流速度比反应器内烟气速度快很多，因此喷嘴口的添加气射流使烟气较难进入喷嘴附近的电晕区，添加气在这个区域被分解的概率大大增加，从而解决了许多放电形式分解背景气体的缺陷，达到节约能耗的目的。

对于电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器设计，不仅要注重电晕的稳定产生和污染物的高效脱除，还应该注意到适应不同的烟气量的处理。在这里，电晕放电反应器采用多个放电喷嘴电极平行布置于每个电晕放电单元的设计，在极板间形成多个稳定的放电通道，使电晕区域大大增加，并且在烟气流动过程中实现了污染物的多级脱除，这大大提高了污染物的脱出效率。电晕的产生很大程度上取决于电极之间的距离，电极间距过大电晕不易稳定且难以产生，而间距过小又使烟气处理量减小，所以我们选择了100mm的极板间距。在实际应用过程中，单个电晕单元往往无法满足大流量的烟气处理，所以本发明采用多个电晕放电单元平行放置方式，通过增减电晕放电单元能够满足不同烟气量处理的要求。电晕放电的难易也与电极的材料有关，一般来说钨、不锈钢以及铜都是较好的放电喷嘴电极材料。这里考虑到烟气中酸性气体的腐蚀，反应器采用不锈钢材料。

如图1所示，电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器具有长方形壳体5，长方形壳体两端设有进气口3和出气口4。电晕放电反应器根据烟气处理量大小可分成多个电晕放电单元，每个电晕放电单元由极板1分隔开来，极板间距采用100mm。每个电晕放电单元内并排布置一定数量的放电喷嘴电极，放电喷嘴电极垂直于极板放置。在设计过程中根据烟气处理量的大小，我们可以选择合适的电晕放电单元数和每个单元内所布置的放电喷嘴电极个数。因为在烟气条件不变的条件下，电晕放电特性只与电极间距有关，所以放电的起晕电压和击穿电压并不会随着电晕放电单元数和放电喷嘴电极个数的变化而改变，它只对放电电流的大小产生影响。

如图2所示，电晕放电单元具有两极板1，两极板间平行设有多个放电喷嘴电极2，并分别与集气管6相接。它们的材料都采用不锈钢。添加气由集气管进入，从放电喷嘴电极的喷嘴喷出。放电喷嘴电极连接正高压，极板上施加负高压。由于喷嘴末端曲率半径很小，其附近就产生极高的电场强度，这样就导致正电晕产生。添加气从喷嘴喷出后在电晕区被迅速分解，从而产生大量的活性粒子，能有效脱除烟气中的多种污染物。

如图3所示，放电喷嘴电极具有母管8，母管一端开口，母管另一端封闭，在母管上设有多个对称分布或交错分布的喷嘴7，喷嘴的长度为3-7mm。母管和喷嘴的半径以及长度可根据具体情况加以改变。由于喷嘴曲率半径很小，所以在喷嘴和极板之间容易形成很强的电场，从而发生电晕放电。添加气从放电喷嘴电极母管一端进入，再从喷嘴喷出。添加气从喷嘴喷出后在电晕区被迅速分解，从而产生大量的活性粒子，能有效脱除烟气中的各种污染物。而且进入母管的添加气在喷嘴口形成射流，其速度比烟气流速要大得多。这样一来，喷嘴内的添加气射流使烟气较难进入喷嘴附近的电晕区，添加气在这个区域被分解的概率大大增加，从而解决了许多放电形式分解背景气体的缺陷，仅对少量射入烟道的簇射气体活化生成自由基，能有效降低自由基生成的能耗。

Claims (3)

1.一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器，其特征在于它具有长方形壳体(5)，壳体两端设有进气口(3)和出气口(4)，长方形壳体内设有多个电晕放电单元，每电晕放电单元具有两极板(1)，两极板间平行设有多个放电喷嘴电极(2)，并分别与集气管相接(6)，放电喷嘴电极具有母管(8)，母管一端开口，母管另一端封闭，在母管上设有多个对称分布或交错分布的喷嘴(7)。

2.根据权利要求1的一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器，其特征在于所说的两极板间距为100mm。

3.根据权利要求2的一种直流电晕放电自由基簇射烟气治理的反应器，其特征在于所说的的喷嘴的长度为3-7mm。

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