专利名称：用于气态污染物预处理的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于气态污染物控制技术领域，涉及到一种用于气态污染物预处理的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器结构。
背景技术：
燃煤或燃油锅炉烟气和化工废气含有大量的气态污染物，如S02、NOx, VOCs和Hg等，以及含有这些污染物的气溶胶，严重污染大气环境，给人类生存和生态环境带来巨大的危害。随着国家加紧实施各类环境污染控制的政策和法规，国家和企业都投入巨大人力和物力用于研发各类气态污染物控制技术、安装气态污染物治理设备，使气态污染物的污染形势得到一定控制。目前常规的气态污染物控制方法主要有吸收法、吸附法和氧化/还原法等，通过添加化学试剂和吸附剂等，在化学反应或吸附效应发生的条件下，利用化学反应或吸附效应脱除气态污染物。由于这些化学反应具有单一性或吸附效应具有选择性，导致烟(废)气中同时存在多种污染物时，必须采用若干个方法构成的串联工艺进行处理，比如采用石膏法处理SO2，采用选择性催化还原法处理NOx，采用催化氧化法处理VOCs，采用盐酸喷雾法处理Hg等。由于这些方法各自独立，进而导致复合污染物处理设备系统非常庞大，建设成本高。近些年来，研究者们逐渐关注应用物理手段诱导化学反应过程发生、并实现气态污染物的处理，其中就包括气体放电气态污染物处理方法。气体放电处理气态污染物的原理是气体放电过程中，有高能电子(能量大于5eV)存在。通过高能电子与中性分子碰撞，这些中性分子主要是水分子、氧分子、氮分子等，导致中性分子电离和激发过程产生。再通过电子、离子和分子间的链式反应，生成一些化学反应活性强的活性物质，如羟基自由基、氧自由基、氮自由基、氢自由基、臭氧、原子氧和活性氧等。应用这些活性物质与烟(废)气中气态污染物分子反应，尤其是应用这些活性物质与常规方法处理过程中不能被净化的污染物分子反应，均具有较高反应效率，一方面将气体污染物直接转化为无毒性物质，另一方面可将传统方法不能处理物质转化为可处理的物质，为传统方法处理提供反应条件。而且，气体放电气态污染物处理方法无选择性，可同时处理多种污染物，减少复合污染物处理工艺组成，降低设备成本。公开号为CN102160961的中国发明专利申请公开说明书介绍一种介质阻挡放电反应器、烟气脱硫脱硝系统及脱硫脱硝工艺。即燃烧后的烟气进入介质阻挡放电反应器，采用7-15kHz的交流高压电源供电，反应器产生高活性的氧化性粒子，氧化烟气中的NO、SO2的方法。经介质阻挡放电反应器处理后的烟气进入硝酸吸收塔，其中的氮氧化物、硫氧化物被硝酸进一步氧化吸收，达到同时脱硫脱硝的目的，其介质阻挡放电反应器实际是烟气预处理器。但是，该方法是一种体放电型的介质阻挡放电反应器，这类介质阻挡放电反应器的放电间隙不能大，一般不能大于5mm，如果放电间隙大，必须增加电源输出电压才能保证放电发生，且放电是不均匀的丝状放电，单位能量产生活性物质效率低；而且体放电型的介质阻挡放电反应器静态电容大，高频电源供电时，反应器上承担电压低，出现放电不能发生的问题，尤其是在反应器放大时高频供电问题将更加显现。公开号为CN101716451的中国发明专利和授权公告号为CN201578978的中国实用新型专利，介绍了放电等离子体烟气脱硫、脱硝和脱汞方法，在放电反应器中完成放电活性物质产生和活性物质与污染物分子反应的两个功能。但电晕放电活性物质生成量少，如果处理烟气量大，必 须增加放电反应器的体积，以保证烟气在反应器的停留时间，达到规定的污染物脱除效率。由此导致产生放电反应器制造成本增加、及该反应器供电电源等配套设备成本增加的问题。公告号为CN102160961的中国发明专利介绍组合式放电等离子体反应器放电电极及其结构调整方法。该放电电极有放电片、定位管和串杆构成，放电片为带有尖端的薄片，放电片通过定位管固定在串杆上，通过调整串杆的长度调整放电片间距，放电片尖端数目可调(如2个、4个和6个)。放电电极可用于构成线筒形和线板形放电等离子体反应器，应用于放电等离子体净化气态污染物和气溶胶态污染物。该方法没有说明对于圆筒接地电极结构情况下放电片上两个尖端距离调整方法，以及放电反应器结构放大方法。
发明内容
本发明提供了一种用于气态污染物预处理的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器。该反应器采用窄间隙电极结构获得强流光放电，产生高浓度活性物质(臭氧、活性氧分子、羟基自由基、电子和离子等)与污染分子反应；采用阵列式子反应器并联配置结构实现放电反应器放大；将放电反应器通过法兰盘连接，放置于废气管道处或者烟道处实现气态污染物的预处理，经过放电反应器预处理后的废气或烟气进入常规方法的反应器再处理。该阵列式窄间隙同轴流光放电反应器解决了电晕放电活性物质生成量少、处理大烟气量时需要的反应器体积大、体电极介质阻挡放电反应器的电源供电技术要求高等问题，控制燃煤锅炉烟气、化工废气中的气态污染物。本发明的技术方案如下阵列式窄间隙同轴流光放电反应器是长方体，其截面为正方形，内部由多组窄间隙流光放电子反应器平行并联配置，子反应器呈阵列排布；每组窄间隙流光放电子反应器是由高压放电电极和低压电极构成，低压电极是直径5-80mm范围内的金属圆筒或金属管，高压放电电极为金属杆上均匀分布尖端的电极，高压放电电极安装在低压电极的金属圆筒或管中轴上，高压放电电极的尖端与低压电极内壁间距(即电极间距)小，电极间距在1-20_范围内；所有子反应器电路采用并联连接方式，即通过高压导线将所有子反应器的高压放电电极连接后再与高压电源的高压端连接，通过导线将所有子反应器的低压电极连接后再与高压电源低压端连接，然后再接地；阵列式窄间隙同轴流光放电反应器可采用直流高压电源、交流高压电源、脉冲高压电源供电。对比宽间隙的线筒或线板反应器结构设计参数(一般为100-500mm范围内)，不包括介质阻挡放电反应器结构设计参数，每组子反应器由于放电间隙小，当在高压放电电极和低压电极之间施加高电压时，在尖端和金属圆筒(或管)内壁之间放电间隙处产生强度高的流光放电，故称为窄间隙流光放电。利用流光放电产生的活性物质对气态污染物进行预处理。高压放电电极是金属杆上安装均匀分布的尖端，呈齿轮、螺纹和芒刺状，其齿尖距、螺距与芒刺尖距为电极间距的O. 6 - I. 2倍的范围内。阵列式窄间隙同轴流光放电反应器用于气态污染物预处理的工艺，是将阵列式窄间隙同轴流光放电反应器放置于常规湿式吸收法、雾化吸收法、干式或半干吸附法、化学法等烟废气处理反应器之前，作为废气管道或者烟道的一部分，被处理烟气或废气首先进入阵列式窄间隙流光放电反应器，均匀地从每组子反应器中的高压放电电极与低压电极之间的空隙通过，再进入常规方法的烟气或废气处理反应器，故称阵列式窄间隙同轴流光放电反应器为气态污染物的预处理反应器。
阵列式窄间隙同轴流光放电反应器兼做热烟气或废气处理工艺的换热器设备。阵列式窄间隙同轴流光放电反应器内部的子反应器之间存在空间，此种阵列式窄间隙流光放电反应器结构是一种多管换热器结构，即在子反应器之间空间处通入循环冷却水，对处理热废气进行冷却降温，从而省去另外安装冷却装置，节省设备成本。
图I为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器轴向剖面示意图。图2为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器轴向截面示意图。图3为螺纹形窄间隙流光放电子反应器电极结构示意图。图4为齿轮形窄间隙流光放电子反应器电极结构的截面示意图。图5为芒刺形窄间隙流光放电子反应器电极结构的截面示意图。图6为阵列式窄间隙流光放电反应器用于气态污染物预处理工艺示意图。图中1高压放电电极；2低压电极；3阵列式窄间隙同轴流光放电反应器；4子反应器；5废气管路(烟道)；6常规烟废气处理反应器；7尖端(齿轮、螺纹和芒刺状)。
具体实施例方式如图I所示，阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3由多组配装有高压放电电极I和低压电极2的子反应器4构成，所有子反应器4之间的关系是并联关系；如图6所示阵列式窄间隙同轴流光放电反应器用于气态污染物预处理工艺，阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3作为废气管道或者烟道5的一部分，废气经过阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3之后进入其他常规烟废气处理反应器6。下面结合实施例，介绍阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3的结构。实施例I如图I所示为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向剖面示意图，如图2所示为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向截面示意图。子反应器4以阵列形式安装在阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3内部。阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3用厚度3mm的不锈钢板做成长宽高为600mm*270mm*270_的箱体，9个子反应器4均匀布置在阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3内部，在前后两块正方形270_*270_的不锈钢板制作9个直径为56_的孔，安装子反应器4的低压电极2金属管，安装时让低压电极2的金属管与不锈钢板密封，避免烟气或废气从子反应器4外侧流出。如图3所示为螺纹形窄间隙流光放电子反应器4的电极结构示意图。低压电极2是内径53_、长度600_的不锈钢管，低压电极2间距为45mm，高压放电电极I是直径30mm、长度为650mm螺纹杆，螺纹杆上螺纹是尖形的，螺距为10mm，螺纹垂直深度为8mm，螺纹杆两端分别制成直径10mm、长度80mm的标准螺纹，用于与绝缘子连接并固定螺纹杆；绝缘子用聚四氟乙烯棒加工而成，在绝缘子中轴处加工成直径IOmm孔，用于固定高压放电电极1，绝缘子外径为50mm，长度60mm，将绝缘子两端固定在均流板上；均流板是300mm*300mm的聚乙烯板,厚度为5mm,均流板开成9个直径50mm的孔，用于固定绝缘子，9孔以外其它面处均匀开成直径16mm的孔用于气体均流。图6为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3用于气态污染物预处理工艺示意图，被处理废气首先经过废气管路或烟道5进入阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3，均匀的从每组子反应器4中的高压放电电极I与低压电极2之间的空隙通过，再经过废气管路或烟道5进入常规烟废气处理反应器6。实施例2如图I所示为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向剖面示意图，如图2所示 为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向截面示意图，子反应器4以阵列形式安装在阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3内部，阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3、子反应器4的低压电极及均流板的尺寸和安装方法均与实例I相同。如图4所示为齿轮形窄间隙流光放电子反应器4电极结构的截面示意图，高压放电电极I是总长650_金属杆，齿轮安装有效长度450mm,金属杆两端各制成直径10mm、长IOOmm的螺纹,用于与绝缘子连接,金属杆安装的齿轮数目是8个,齿尖7在直径30mm的包络面上,齿尖7的间距为14mm,齿轮的垂直深度为7_。图6为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3用于气态污染物预处理工艺示意图，被处理烟气或废气首先经过废气管路或烟道5进入阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3，均匀的从每组子反应器4中的高压放电电极I与低压电极2之间的空隙通过，再经过废气管路或烟道5进入常规烟废气处理反应器6。实施例3如图I所示为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向剖面示意图，如图2所示为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3轴向截面示意图，子反应器4以阵列形式安装在阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3内部，阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3、子反应器4的低压电极及均流板的尺寸和安装方法均与实例I相同。如图5所示为芒刺形窄间隙流光放电子反应器4电极结构的截面不意图，高压放电电极I是长度为650mm的金属杆,金属杆直径为16mm,用于安装芒刺电极的有效金属杆长度为450mm ;金属杆两端制作成直径10mm、长IOOmm的标准螺纹，用于固定高压放电电极1，芒刺针7均匀固定在金属杆上，芒刺针7长度为7mm，相邻芒刺针7间距为15mm。图6为阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3用于气态污染物预处理工艺示意图，被处理废气首先经过废气管路或烟道5进入阵列式窄间隙同轴流光放电反应器3，均匀的从每组子反应器4中的高压放电电极I与低压电极2之间的空隙通过，再经过废气管路或烟道5进入常规烟废气处理反应器6。
权利要求
1.一种用于气态污染物预处理的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器，其特征在于该阵列式窄间隙同轴流光放电反应器，反应器内部由多组窄间隙流光放电子反应器平行并联配置，子反应器呈阵列排布；每组窄间隙流光放电子反应器是由高压放电电极和低压电极构成，低压电极是直径5-80mm范围内的金属圆筒或金属管，高压放电电极为金属杆上均匀分布尖端的电极，高压放电电极安装在低压电极的金属圆筒或管中轴上，高压放电电极的尖端与低压电极内壁间距在l_20mm范围内；所有子反应器电路采用并联连接方式；当在高压放电电极和低压电极之间施加高电压时，在放电间隙处产生强度高的流光放电。
2.根据权利要求I所述的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器，其特征在于高压放电电极是金属杆上安装均匀分布的尖端，呈齿轮、螺纹和芒刺状，其齿尖距、螺距与芒刺尖距为电极间距的O. 6 - I. 2倍的范围内。
3.根据权利要求I所述的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器，其特征在于阵列式窄间隙同轴流光放电反应器放置于常规烟废气处理反应器之前，作为烟气或废气管道的一部分，被处理烟废气首先进入阵列式窄间隙流光放电反应器，再进入常规方法的烟气或废气处理反应器。
4.根据权利要求I所述的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器结构，其特征在于所述的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器兼做热烟气或废气处理工艺的换热器设备。
全文摘要
一种用于气态污染物预处理的阵列式窄间隙同轴流光放电反应器，反应器内部由多组窄间隙流光放电子反应器平行并联配置，子反应器呈阵列排布；每组窄间隙流光放电子反应器是由高压放电电极和低压电极构成，低压电极是直径5-80mm范围内的金属圆筒或金属管，高压放电电极为金属杆上均匀分布尖端的电极，高压放电电极安装在低压电极的金属圆筒或管中轴上，高压放电电极的尖端与低压电极内壁间距在1-20mm范围内。当在高压放电电极和低压电极之间施加高电压时，在放电间隙处产生强度高的流光放电。反应器作为废气管道或烟道的一部分，被处理烟气或废气首先进入阵列式窄间隙同轴流光放电反应器进行预处理，再进入常规烟废气处理反应器进行处理。
文档编号B01D53/72GK102935326SQ201210448599
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月10日 优先权日2012年11月10日
发明者李 杰, 商克峰, 鲁娜, 吴彦 申请人:大连理工大学