一种用于含汞废气处理的低温等离子体装置及处理系统

1.本发明涉及含汞污染物处理技术领域，特别是涉及一种用于含汞废气处理的低温等离子体装置及处理系统。


背景技术：

2.低温等离子体技术现已被应用于处理多种污染物，如汞、二噁英等。其技术核心在于使用特定电源在反应器内产生低温等离子体，污染物通过并发生等离子体电化学反应，从而达到处理污染物的效果。对于含汞废气来说，原理即是通过高能量的低温等离子体对汞进行氧化，使得原本难以吸收分离的汞单质转变为易于液体吸收的氧化汞，从而在后续吸收装置中较容易地达到分离去除的效果。对于二噁英等voc来说，则是通过高能量的低温等离子体对污染物分子断键分解，从而降解污染物。
3.其中，等离子体反应器是这项技术的重要部件。反应器的选取，根据处理污染物对象不同，实际工况的改变，皆会产生不同的变化。目前广泛采用的一种反应器结构是筒式反应器，主要以圆柱或几何筒体与电极组成。电极有金属丝式，棒式，板式，网格式，栅格式，点式等。而电极与筒体的空间排列分布也各有不同，如轴对称式，中心对称式，阵列式，螺旋式等。不同的筒体、电极类型与不同的分布结构，皆会对实际处理污染物效果造成影响。
4.尽管目前反应器种类繁多，但往往有着一项弊端，即反应器与电极一旦加工制造完成，便难以对其进行拆解改造。当反应器局部遭到破坏，难以对局部进行修复，只能对整个反应器废弃处理。
5.此外，当需要对反应器内壁进行表面修饰、改造时，传统的筒状反应器由于其内壁封闭闭合，较难对内壁表面进行镀膜、镀层、喷涂等改造，导致了传统反应器的局限性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于含汞废气处理的低温等离子体装置及处理系统，以解决上述现有技术存在的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于含汞废气处理的低温等离子体装置，包括：
8.场致电子发射电极；所述场致电子发射电极由阴极和阳极组成；所述阴极为筒状金属壳体，所述筒状金属壳体内壁设有具有场致电子发射效应的碳纳米功能材料的镀膜；所述筒状金属壳体包括若干个拼接板，相邻两所述拼接板可拆卸连接；所述阳极为棒式金属电极，所述阳极设置于所述筒状金属壳体的轴线上；
9.气路接口；所述筒状金属壳体两端均可拆卸连接有法兰，两所述法兰上分别连通有进气接口、出气接口；
10.电源；所述电源为高频窄脉冲可调电源。
11.优选的，所述阳极的截面为中心对称的多针尖星形结构，所述阳极的针尖数量与所述拼接板的数量一致，且所述阳极的针尖与所述拼接板对应设置。
12.优选的，所述拼接板为拱形结构，所述拼接板包括顶部平板和固定连接在所述顶部平板两端的立板；相邻两所述拼接板的立板通过螺栓固定，若干所述拼接板的顶部平板相互围绕形成截面为正多边形的中空筒状结构。
13.优选的，所述电源的输出参数为：电压10-20kv，电流10-100a，脉冲频率100-900hz，上升沿30-90ns。
14.优选的，所述镀膜的碳纳米功能材料选用碳纳米管或石墨烯或类金刚石颗粒。
15.一种基于低温等离子体装置的处理系统，包括：
16.低温等离子体装置；所述低温等离子体装置用于对含汞废气进行处理；
17.进气系统；所述进气系统与所述低温等离子体装置的进气端连通，所述进气系统用于将含汞废气送入所述低温等离子体装置；
18.尾气处理系统；所述尾气处理系统与所述低温等离子体装置的出气端连通，所述尾气处理系统用于吸收所述低温等离子体装置处理后的废气中残余的污染物成分，并对尾气进行收集；
19.和自动控制系统；所述自动控制系统用于控制装置整体的运行。
20.优选的，所述自动控制系统包括自动控制系统中心、光谱分析系统、电源控制系统和阀控系统，所述光谱分析系统、所述电源控制系统和所述阀控系统均与所述自动控制系统中心电性连接；所述自动控制系统中心基于pc控制系统，智能、自动地控制装置整体的运行；所述光谱分析系统基于iccd的瞬时光谱成像技术，用于分析所述低温等离子体装置内各基团的变化；所述电源控制系统用于控制所述电源的输出参数；所述阀控系统用于控制各个气路阀门的通断。
21.优选的，所述进气系统包括进气装置、配气装置和静态混合器，所述进气装置与所述配气装置均与所述静态混合器连通，所述静态混合器与所述低温等离子体装置的进气端连通，所述进气装置与所述配气装置并联设置，所述进气装置与所述静态混合器之间、所述配气装置与所述静态混合器之间均安装有气体流量计。
22.优选的，所述尾气处理系统包括依次设置在所述低温等离子体装置出气端的尾气吸收装置和尾气收集装置；所述尾气吸收装置用于吸收所述低温等离子体装置处理后的废气中残余的污染物成分；所述尾气收集装置用于收集经所述尾气吸收装置处理后排放的气体；所述尾气吸收装置与所述低温等离子体装置之间安装有催化剂吸附管，所述催化剂吸附管内盛装有针对汞靶向吸附的汞离子印记环保功能材料。
23.优选的，所述尾气吸收装置出口端设置有气体采样袋和气相色谱仪，所述气体采样袋用于采集所述尾气吸收装置末端出口的气体样品，供所述气相色谱仪分析；所述气相色谱仪用于分析所述尾气吸收装置末端出口气体内的成分，分析对于汞的去除能力。
24.本发明公开了以下技术效果：本发明将碳纳米功能材料与低温等离子体装置进行结合，将碳纳米功能材料镀在反应器内壁表面，不但保护了电极表面受烧蚀的破坏，延长了反应器寿命，同时利用碳纳米材料在高电压下的场致电子发射效应，促进了低温等离子的形成，强化了反应器内的能量密度，提高了反应器处理污染物的效率，节约了能源成本。在相应汞污染处理工艺下，对汞的去除效果可以达到单级反应器99％的汞深度净化。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明低温等离子体装置的结构示意图；
27.图2为本发明低温等离子体装置中阳极的结构示意图；
28.图3为本发明低温等离子体装置中阴极的结构示意图；
29.图4为本发明基于低温等离子体装置的处理系统的结构示意图；
30.其中，阀控系统-1、进气装置-2、配气装置-3、气体流量计-4、静态混合器-5、低温等离子体装置-6、催化剂吸附管-7、尾气吸收装置-8、气体采样袋-9、气相色谱仪-10、尾气收集装置-11、自动控制系统中心-12、光谱分析系统-13、电源控制系统-14。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.本发明提供一种用于含汞废气处理的低温等离子体装置，包括：
34.场致电子发射电极；场致电子发射电极由阴极和阳极组成；阴极为筒状金属壳体，筒状金属壳体内壁设有具有场致电子发射效应的碳纳米功能材料的镀膜；筒状金属壳体包括若干个拼接板，相邻两拼接板可拆卸连接；阳极为棒式金属电极，阳极设置于筒状金属壳体的轴线上；
35.气路接口；筒状金属壳体两端均可拆卸连接有法兰，两法兰上分别连通有进气接口、出气接口；
36.电源；电源为高频窄脉冲可调电源。
37.进一步的，阳极的截面为中心对称的多针尖星形结构，阳极的针尖数量与拼接板的数量一致，且阳极的针尖与拼接板对应设置。
38.进一步的，拼接板为拱形结构，拼接板包括顶部平板和固定连接在顶部平板两端的立板；相邻两拼接板的立板通过螺栓固定，若干拼接板的顶部平板相互围绕形成截面为正多边形的中空筒状结构。
39.进一步的，电源的输出参数为：电压10-20kv，电流10-100a，脉冲频率100-900hz，上升沿30-90ns。
40.进一步的，镀膜的碳纳米功能材料选用碳纳米管或石墨烯或类金刚石颗粒。
41.本发明低温等离子体放电过程中，阴极表面的碳纳米功能材料由于尖端效应会在周围形成不均匀电场，不均匀电场更有助于电离形成等离子体，从而导致了场致电子发射，发射的大量电子能够充满装置内部，强化了低温等离子体放电的能量密度，降低了低温等
900hz，上升沿30-90ns。反应过程中，采用光谱分析系统13对反应过程进行分析，通过研究放电的光谱变化，从而研究对汞的氧化机理。反应后的废气送入催化剂吸附管7，实现废气中氧化后的二价汞的有效吸附，再送入尾气吸收装置8，吸收废气中残余的其他污染物。使用气体采样袋9采集尾气吸收装置8出口的尾气，并送入气相色谱仪10进行分析，实现汞氧化效率的分析。整体装置末端的排气最终送入尾气收集装置11。整个对含汞废气进行处理的处理系统由自动控制系统中心12实现统一调整，统一控制。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。