等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣體污染物的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化石燃料燃燒、垃圾焚燒、各種窯爐煙氣及工業(yè)廢氣中多種氣態(tài)污染物聯(lián)合干法脫除的應用領域，涉及一種等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣態(tài)污染物的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]化石燃料燃燒排放的硫氧化物、氮氧化物、有機化合物、汞和重金屬等有害物質(zhì)造成嚴重的大氣污染，對人類及生存環(huán)境造成嚴重危害。目前大氣污染控制設備主要有:靜電除塵器、布袋除塵器、濕法脫硫和催化脫硝等，但現(xiàn)有煙氣凈化裝置多為單一污染物脫除裝置，占地面積大，流程復雜，隨著環(huán)保標準不斷提高，現(xiàn)有環(huán)保設施需要不斷改造，投資大、運行成本高。因此開發(fā)一種經(jīng)濟、可行、有效的多種氣體污染物聯(lián)合脫除的裝置和方法具有重要工業(yè)應用價值。
[0003]等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，是一種聚集態(tài)物質(zhì)，其擁有的高能電子同氣體分子碰撞時會發(fā)生一系列基元化反應，并在反應過程中產(chǎn)生多種活性自由基、高能電子和生態(tài)氧等。這些高能電子、自由基等活性粒子與氣體中的各種污染物作用，能夠在極短時間內(nèi)將其分解或氧化。氣體中S02、N0和重金屬等有害物質(zhì)被氧化成易于轉(zhuǎn)化脫除的S03、NOjP重金屬氧化物，借助固體吸附劑(鈣基或其它堿性固體化合物)的吸收、吸附和化學反應等過程將氣態(tài)污染物進行有效脫除或轉(zhuǎn)換為無害的物質(zhì)。該裝置技術由于發(fā)生了離子、原子、分子反應而具有較高的化學反應速率，較低的固體吸附劑消耗，脫除效率較高等優(yōu)點。
[0004]傳統(tǒng)重力場條件下，實現(xiàn)氣-固體系反應過程的典型設備是各種重力流化床。由于受重力場限制，傳統(tǒng)流化床存在諸多缺陷，如:大顆粒的騰涌、小顆粒的夾帶、粘結(jié)、大氣泡存在造成的氣體短路導致氣固分布不均大大降低了系統(tǒng)內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱和化學反應速率等。在超重力環(huán)境下，固體顆粒有效重力增加，氣-固兩相之間的相互作用(相對速度)大大增強，表現(xiàn)出很高的傳質(zhì)傳熱效率。因此，相對于傳統(tǒng)重力場，超重力強化氣-固相反應具有物料停留時間短、流化質(zhì)量好、高傳質(zhì)和傳熱等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明將等離子-超重力技術相互耦合，利用等離子氧化、分解氣體污染物，借助超重力強化氣-固相間相對速度和相互接觸，增加氣體分子與自由基和高能電子碰撞頻率，延長活性自由基存活時間，避免自由基相互間結(jié)合失去活性，提高等離子體能量利用效率，從而實現(xiàn)煙氣中多種氣態(tài)污染物的聯(lián)合高效脫除。因此，該發(fā)明的等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣體多種污染物的裝置和方法具有重要的環(huán)保、經(jīng)濟和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術問題:本發(fā)明提供一種借助固體吸附劑旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力，提高低溫等離子體高壓放電產(chǎn)生的高能電子和自由基與多種氣體污染物的碰撞頻率、混合強度和化學反應速率，實現(xiàn)多種氣體污染物聯(lián)合脫除目的的等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣體污染物的裝置。
[0007]技術方案:本發(fā)明的等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣體污染物的裝置，包括反應器外殼、設置在所述反應器外殼中的煙氣管道、高壓放電極、石英介質(zhì)層、非金屬框和接地極，所述煙氣管道一端穿過反應器外殼，高壓放電極、石英介質(zhì)層和非金屬框圍繞煙氣管道設置并依次排列，所述接地極設置在非金屬框正下方，所述非金屬框內(nèi)裝有固體吸附劑，兩者能繞煙氣管道的軸向旋轉(zhuǎn)，煙氣管道位于非金屬框中的部分設置有多孔壁，反應器外殼中部一側(cè)設置煙氣出口。
[0008]進一步的，高壓放電極連接有升壓調(diào)壓器。
[0009]進一步的，非金屬框和固體吸附劑旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重場，高壓放電極和接地極之間形成等離子體放電區(qū)，所述非金屬框內(nèi)形成等離子與超重力耦合的氣-固相反應區(qū)域。
[0010]進一步的，非金屬框連接有調(diào)速電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸。
[0011]本發(fā)明的等離子-超重力耦合協(xié)同脫除氣體污染物的方法，基于上述裝置，包括以下步驟:
[0012]I)含多種污染物的煙氣由煙氣管道沿軸向經(jīng)煙氣管道下部的多孔壁沿徑向進入裝有固體吸附劑的非金屬框區(qū)域；
[0013]2)高壓放電極通電后，與接地極之間形成等離子放電區(qū)，部分煙氣在所述等離子體放電區(qū)被電離，產(chǎn)生活性自由基和高能電子；
[0014]3)固體吸附劑與非金屬框高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重場，在非金屬框內(nèi)形成等離子和超重力耦合區(qū)域，固體、氣體、自由基和高能電子在所述超重力耦合區(qū)域內(nèi)相互碰撞發(fā)生化學反應；
[0015]4)反應凈化后氣體在超重力作用下由非金屬框側(cè)面網(wǎng)眼流出，經(jīng)煙氣出口排出反應器。
[0016]本發(fā)明將等離子體與超重力技術有效結(jié)合，借助超重力強化氣-固相間傳質(zhì)提高等離子體對多種氣體污染物聯(lián)合脫除效率，簡化煙氣凈化流程和降低污染物脫除成本。該發(fā)明裝置和方法適用于燃煤電站、垃圾焚燒電站、工業(yè)鍋爐以及各種工業(yè)窯爐等工業(yè)廢氣污染物的干法聯(lián)合脫除。
[0017]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0018]現(xiàn)有低溫等離子脫除污染物的原理是利用低溫等離子體放電產(chǎn)生的高能電子和活性自由基等將氣體污染物分解、氧化或還原，由于高能電子和活性自由基壽命極短，易于相互碰撞結(jié)合和消失，導致低溫等離子體放電功率的無端消耗和污染物脫除效率降低，本發(fā)明裝置中兩放電極間放置固體吸附劑，氣體污染物低溫等離子體反應在固體區(qū)域內(nèi)進行，固體吸附劑充當阻擋氣體放電的介質(zhì)，降低兩放電極之間的微放電電流，降低能耗，同時固體吸附劑高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力強化氣-固相間傳質(zhì)速率，增加高能電子、活性自由基、氣體污染物分子和固體吸附劑表面碰撞幾率，延長活性自由基的壽命，提高污染物脫除效率。相比與傳統(tǒng)的等離子技術，本發(fā)明裝置具有低溫等離子體能量利用率和氣體污染物脫除效率高的優(yōu)點，實現(xiàn)煙氣多組分污染物干法聯(lián)合脫除目的。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構示意圖。
[0020]圖中有:1煙氣管道，2高壓放電極，3石英介質(zhì)層，4接地極，5旋轉(zhuǎn)軸，6調(diào)速電機，7非金屬框，8固體吸附劑，9反應器外殼，10煙氣出口，11升壓調(diào)壓器，12電源。
[0021]圖2是氣-固相反應區(qū)示意圖。
[0022]固體吸附劑顆粒緊密填充在非金屬框內(nèi)，隨旋轉(zhuǎn)軸一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重場，固體顆粒之間處于相對靜止；氣體首先沿徑向經(jīng)進氣管下端多孔壁進入反應區(qū)，非金屬框內(nèi)氣體與高速旋轉(zhuǎn)固體吸附劑頻繁碰撞，運動方向不斷改變，最后經(jīng)非金屬框側(cè)壁網(wǎng)眼流出反應區(qū)。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。
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