一种高温废气处理单元及处理方法与流程

1.本发明属于工业废气处理技术领域，更具体地说，涉及一种高温废气处理单元。


背景技术：

2.工业废气指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。其中，包含二硫化碳、硫化氢、氮氧化物、氯、氯花氢、一氧化碳以及生产性粉尘的工业废气排入大气中，不仅会污染环境，对城市周边气候和天气产生不好的影响例如热岛效应、酸雨等，还会威胁到动植物的生存，破坏动植物的生理机能，另外，这些废气中的污染物质会在人体中反应、蓄积，对人体的健康会产生直接的负面影响。
3.当下环境中，大气污染的问题一直存在，工业废气不能直接排入大气中。现有技术中，大多数多废气的处理不够全面，处理效果不好，没有对废气进行完全净化，没有达到环保的效果；并且工业废气中大多含有大量的热量，不加以利用会造成能源上的浪费。现有技术中，大多数废气处理装置中用来过滤废气中颗粒物质的过滤板都不方便清洗，长时间使用后会有大量大颗粒物质沉积在过滤板上，导致过滤能力降低。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于提供一种高温废气处理单元，它可以实现对高温废气的余热进行回收利用的同时，对废气进行除尘、净化处理，减少了工业废气带来的环境污染，另外本发明设计有对过滤板的清洗装置，不仅能够除去废气中的大颗粒物质，还能对过滤板进行全方位的清洗，防止大量大颗粒物质沉积在过滤板上，导致过滤能力降低。
5.本发明的一种高温废气处理单元，包括除尘箱；除尘箱内部开设有过滤室；过滤室内设置有过滤网、水幕发生器和水箱；过滤室的右端开设有废气入口；过滤网固定设置于过滤室内并覆盖了过滤室中废气的通过面；水箱固定设置在过滤室的下端并与过滤室连通；水箱内壁由绝缘材料构成或表面覆盖有绝缘涂层；水箱内固定设置有导流板和负极板；导流板由导电材料制成，导流板与水箱底部密封连接构成腔室；负极板置于所述腔室内，负极板通电后使导流板附带电荷；水箱一侧内壁上开设有一个废水出口；水幕发生器固定设置于过滤腔室上端，水幕发生器用以喷射水流以形成水幕，所述水流的喷射方向具有转动的能力以使水流与过滤网接触；所述水流的喷出口与负离子水发生器接触，以使水幕附带负电荷；在过滤废气时，所述水幕朝向导流板喷射；导流板对带有负离子的清水的排斥力影响小于清水下降的重力影响，以使水流减速下降形成不断流的水幕；过滤室内设有干燥带，干燥带靠近废气出口且位于水幕之后，以吸收经过水幕后的废气中的水分。
6.作为本发明的进一步改进，导流板由两块倾斜的刚性板密封连接而成，导流板与
水箱下底面密封连接，以使导流板与水箱下底面之间搭建出一个密封的三角形腔室。
7.作为本发明的进一步改进，废水出口固定连接有虹吸管，虹吸管为倒置的u形管；虹吸管伸入水箱的一端靠近水箱底部，虹吸管最高端的位置高于水箱底面；排水时保证水箱内的水位高于外侧废水的水位。
8.作为本发明的进一步改进，水幕发生器包括电机、喷头、旋转杆和负离子水发生器；其中电机外设于过滤腔室上端，旋转杆由刚性材料制成，旋转杆连接电机与喷头，且旋转杆与电机为转动连接，与喷头为固定连接，电机控制旋转杆转动以间接控制喷头往各个方位转动；喷头连接有通水管道；负离子水发生器固定连接于过滤腔室上端，与外界电压连接，且负离子水发生器连接有水泵，负离子水发生器内提供高频电压以使进入的水带有负离子；负离子水发生器与喷头通过通水管道连接。
9.作为本发明的进一步改进，除尘箱包括静电除尘室，静电除尘室固定设置于干燥带远离过滤室一侧，静电除尘室包括集尘箱和电场发生器，电场发生器固定设置于静电除尘室上端，工作时提供高压静电场以使小颗粒尘粒带上负电；集尘箱可拆卸连接于静电除尘室下端，集尘箱下底面上固定设置有集尘板，集尘板通电为阳极板以吸附带有负电的粒子。
10.作为本发明的进一步改进，除尘箱包括静电除尘室，静电除尘室固定设置于干燥带远离过滤室一侧，静电除尘室包括集尘箱和电场发生器，电场发生器竖直设置于静电除尘室内壁并覆盖了废气的通过面，工作时提供高压静电场以使小颗粒尘粒带上负电；集尘箱可拆卸连接于静电除尘室下端，集尘箱下底面上固定设置有集尘板，集尘板通电为阳极板以吸附带有负电的粒子。
11.作为本发明的进一步改进，所述高温工业废气处理单元包括热处理箱；热处理箱包括通气管、冷水进口和热水出口;热处理箱内部为密闭空间，热处理箱上端面上开设有进气口以通入高温废气，下端面上开设有出气口以排出冷却的废气；热处理箱的上端面开设有热水出口，底面上开设有冷水进口；进气口与出气口之间固定设置有通气管，通气管具有导热性；通气管的数量为多根，多根通气管组成多排多列，呈阵列式均匀排布在热处理箱内。
12.作为本发明的进一步改进，出气口内设置有阀门，阀门包括收缩气囊和形变膜，收缩气囊固定设置于通气管与出气口连通的内壁上，收缩气囊由柔性材料制成，以使收缩气囊工作时受热朝出气口一侧膨胀；形变膜为出气口的管壁组成成分，形变膜抵接于收缩气囊靠近出气口的一端，形变膜由弹性材料制成，受到膨胀的收缩气囊的控制时朝出气口一侧凸出；形变膜在自由状态下与通气管和出气口的连接口无重叠交叉，即形变膜在无外力作用下呈现与出气口管壁平整的趋势。
13.作为本发明的进一步改进，所述高温工业废气处理单元包括低温等离子体反应箱，低温等离子体反应箱的废气入口与除尘箱的废气出口连接，低温等离子体反应箱内部设置有高压电场以激活废气为活性粒子，所属活性粒子易发生氧化还原反应形成无害物质。
14.本发明的一种高温废气处理单元的处理方法，包括以下步骤：s1.工作时，往上述高温废气处理单元通入废气，废气首先进入热处理箱的通气管，废气通过通气管向热处理箱中的冷水进行热传递，冷却后的废气接触阀门，阀门内的收
缩气囊遇冷收缩控制形变膜恢复自由状态，阀门开启，废气通过阀门进入除尘箱；s201.工作时，废气进入除尘箱，首先通过过滤室中的过滤网后被滤去部分大颗粒物质；s202.废气经过过滤网后进入过滤室内部腔室，水幕发生器朝导流板喷射水流，开启负离子水发生器和负极板2产生水幕，水幕对废气进行清洗再次滤去废气中大部分大颗粒物质；s203.废气经过过滤网和水幕后进入干燥带除去废气经过水幕后带来的水分；s204.废气离开后,水幕发生器的水流的喷射方向发生转动，以使水流过滤网全方位进行清洗；s205.过程中产生的带有大颗粒物质的污水聚积在水箱底部通过虹吸管排出装置外；s3.废气离开静电除尘室进入低温等离子体反应箱，废气在低温等离子体反应箱内高压电场的作用下放电产生低温等离子体后被氧化成h2o、co2等不会产生空气污染的物质；反应完全后废气排出所述高温工业废气处理单元外。
15.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：热处理箱对高温废气中的废热进行了回收利用，同时产生的热水也可以应用到生产生活中；除尘箱除去了废气中的大颗粒物质和小颗粒粉尘，防止废气排入大气中对气候等产生的有害影响；低温等离子体反应箱通过反应除去了废气中的有害、有毒气体，避免这些有害、有毒气体排入大气中危害到生物的生存；热处理箱上端面上开设有进气口，下端面上开设有出气口，使高温废气进入热处理箱的运动方向为从上往下运动；热处理箱的上端面开设有热水出口，底面上开设有冷水进口，使冷水从下往上填满热处理箱，此时冷水与高温废气的运动方向相反，接触更加充分，热能的转移效率会更高；多根通气管呈阵列式均匀排布在热处理箱内，使冷水与通气管的接触面积增大，使冷水受热均匀，提高了热传递的效率，加快了通气管对冷水的加热速度和均匀度；负极板产生的负离子对喷头喷出的带有负离子的水有排斥作用，该排斥力能够防止水珠因为下落时加速度过大导致越靠近腔室下端间隙越大而无法产生水幕，而水幕的设置可以有效地洗去废气中的大颗粒物质，使过滤室对大颗粒物质的除去更加彻底；通过旋转杆控制喷头的转动，使喷头喷出来的清水能够全方位地喷洒在两侧过滤网上，有效地洗去了过滤网上附着的大颗粒物质，防止因过滤网使用过多导致堵塞，延长了设备的使用寿命；导流板的设置使水箱内的废水收集更加便利，清洗后的废水可以通过斜面聚集在水箱内，同时也更容易制造更高的水位，有利于通过虹吸管排出水箱外；虹吸管的设置使水箱内的废水排出更加彻底，如果没有虹吸管，使用现有技术中常规的在水箱侧壁下端开设排水口，也能将水和尘埃排出；但是由于排水口是直接将水排出的，在水幕形成初始，导流板上仅有较少的水，而导流板带负电，水中的尘埃落在导流板上后，被带上负电，会有部分尘埃因电性异性相斥消除了水对其的粘滞而飞离导流板，粘连在水箱侧壁甚至过滤腔室的内壁上；而使用虹吸管，使得在作业开始时，导流板上水会开始积累，直至液面超过虹吸管，此时水中的尘埃受到水的阻力较大，相比排水口的开设方式，
难以脱离导流板范围，使得尘埃被很好的排出；又因为导流板上液面超过虹吸管后，水带着尘埃会进入虹吸管排出水箱；因水是流体具有粘滞力，水在内虹吸时，会拉扯尘埃一起运动，在导流板上水量较少时，也能起到加大对尘埃飞离的限制作用；过滤室与静电除尘室之间固定设置有干燥带，除去了废气因清洗带来的大量水汽；集尘箱为可拆卸连接，当装置完成对废气的过滤之后，可以将集尘箱拆下，便于清理被吸附于集尘板上的微小粒子，以防止堆积尘粒过多影响阳极对带负电尘粒的吸附作用；电场发生器可以是竖直设置的，先经过电场发生器后，废气中尘埃带负电，向下侧的集尘板运动；还能升电场发生器对废气中尘埃的作用范围。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构剖面结构示意图；图2为本发明的除尘箱剖面结构示意图；图3为本发明的过滤室剖面结构示意图；图4为本发明的虹吸过程中大颗粒物质被抽走的过程示意图；图5为本发明中废气冷却完全时出气口内阀门的结构示意图；图6为本发明中废气未完全冷却时出气口内阀门的结构示意图。
具体实施方式
17.具体实施例一：请参阅图1-6的一种高温废气处理单元，包括热处理箱1和除尘箱2。
18.热处理箱1包括通气管11、冷水进口12和热水出口13。
19.热处理箱1内部为密闭空间，热处理箱1上端面上开设有进气口，下端面上开设有出气口，工作时通过进气口控制高温的工业废气的进入，再通过出气口排出经过热处理之后的工业废气；热处理箱1的上端面开设有热水出口13，底面上开设有冷水进口12，在这种情况下，当高温废气通过进气口从上往下运动至出气口时，冷水将从冷水进口12从下往上填满热处理箱1，此时冷水与高温废气的运动方向相反，接触更加充分，热能的转移效率会更高；进气口与出气口之间固定设置有通气管11，通气管11为铝合金等具有良好导热性的材料，通气管11的数量为多根，多根通气管11组成多排多列，呈阵列式均匀排布在热处理箱1内；这样的设置使得冷水在填满热处理箱1时，能够受到多根通气管11多方位对其进行加热，接触面积增大，加热速度变快，同时冷水受热均匀，提高了升温的效率；出气口内设置有阀门，阀门包括收缩气囊和形变膜，收缩气囊固定设置于通气管11与出气口连通的内壁上，收缩气囊为柔性材料制成，以使收缩气囊工作时受热朝出气口一侧膨胀；形变膜为出气口的管壁组成成分，形变膜抵接于收缩气囊靠近出气口的一端，形变膜由弹性材料制成，工作时会受到膨胀的收缩气囊的控制朝出气口一侧凸出，形变膜在自由状态下与通气管11和出气口的连接口无重叠交叉，即形变膜在无外力作用下呈现与出气口管壁平整的趋势；根据上述设计，当高温废气的热量尚未完全传递到冷水中时，收缩气
囊受热膨胀，控制形变膜向出气口一侧凸出，此时出气口内径变小或者关闭，高温废气流出量减小或者无法流通，能够持续向冷水进行热传递；当高温废气中的大部分热量均传递到冷水中后，废气温度变低，此时收缩气囊恢复最初状态，形变膜失去收缩气囊的支撑作用恢复自由状态，出气口开启，此时完成热量转移的废气从出气口流出进入除尘箱2；阀门用于控制废气排出的流量，避免废气未冷却就排出进入除尘箱2内伤害除尘箱2内的装置，从而影响使用寿命，提高了成本。
20.除尘箱2包括过滤室21、静电除尘室22和干燥带23，用以除去高温废气中的大颗粒物质和小颗粒粉尘等能够被吸附的物质。废气从热处理箱1的出气口排出后，依次通过过滤室21、干燥带23、静电除尘室22，再排出除尘箱2。
21.其中，过滤室21内设置过滤网211、水幕发生器212和水箱213；过滤室21的右端与热处理箱1的出气口连通，过滤网211数量为两片，固定设置于过滤室21的两侧并覆盖了过滤室中废气的通过面，使得废气必须通过过滤网211，过滤网211用于多次过滤，使得高温废气中的大颗粒物质能够比较彻底地被吸附除去；两片过滤网211内部构成过滤腔室，水箱213固定设置在过滤腔室的下端，水幕发生器212固定设置在腔室的上端；水箱213内固定设置有导流板216和负极板214，导流板216由两块刚性板密封连接而成，导流板216与水箱213下底面密封连接，以使导流板216与水箱213下底面之间搭建出一个密封的三角形腔室，工作时废水无法流入，负极板214固定设置在该三角形腔室内，导流板216由导电材料制成，负极板214的上端与导流板216抵接，负极板214通电时持续提供负离子，使得导流板216的上端始终带有负电；另外水箱213一侧内壁上开设有一个废水出口，废水出口固定连接有虹吸管215，用于排出带有大颗粒污染物的废水，排水时需要保证水箱213内的水位高于外侧废水的水位；水箱213和过滤室21的室壁均由绝缘材料构成或表面覆盖有绝缘涂层；水幕发生器212包括电机、喷头2121、旋转杆2123和负离子水发生器2122;其中电机外设于过滤腔室上端，旋转杆2123为刚性材料，旋转杆2123连接电机与喷头2121，且旋转杆2123与电机为转动连接，与喷头2121为固定连接，工作时电机控制旋转杆2123转动以间接控制喷头2121转动；喷头2121连接有通水管道，工作时，喷头2121开始喷水，旋转杆2123带动喷头2121进行转动，使喷头2121喷出来的清水能够全方位地喷洒在两侧过滤网211上，达到清洗效果，以防止过滤网211吸附过多大颗粒物质造成堵塞；负离子水发生器2122固定连接于过滤腔室上端，与外界电压连接，且负离子水发生器2122连接有水泵，外界清水在水泵的控制下进入负离子水发生器2122，且在负离子水发生器2122内发生电解产生氢氧根离子和氢离子，负离子水发生器2122设置有高压电场，氢离子在高压电场的作用下发生还原反应，氢氧根离子存在于清水中通过通水管道进入喷头2121喷出，此时喷头2121喷出的水为带负离子的水；带有大量负离子的清水在下落过程中会受到来自同样带有负电的导流板216上端的排斥力，该排斥力能够防止水珠因为下落时因重力加速度的影响速度过大导致越靠近腔室下端间隙越大而无法产生水幕；工作时，旋转杆2123驱使喷头2121保持垂直向下喷水，负离子水发生器2122与导流板216配合产生了不间断的水幕，水幕将两片过滤网211之间的空间隔断，废气在经过过滤室21时必定会穿过水幕发生器212制造的水幕，此时废气中的部分大颗粒物质可以被冲刷洗去；需要说明的是，本实施例中，导流板216上端对带有负离子的清水的排斥力影响小
于清水下降的重力影响，使得带有负电的水珠可以减速下降，这一目的可以通过控制负极板214的功率和喷头2121的流量来实现；另外，水箱213的侧壁上开设有出水口，出水口连接有虹吸管215，虹吸管215为倒u形管；虹吸管215伸入水箱213的一端靠近水箱213底部，虹吸管215最高端的位置高于水箱213底面，以使水箱213在初始状态能够暂存部分水；虹吸管215用于将过滤室21内产生的废水通过虹吸排至装置外，工作时虹吸管215外侧水位低于水箱213内侧水位。如果没有虹吸管215，使用现有技术中常规的在水箱213侧壁下端开设排水口，也能将水和尘埃排出；但是由于排水口是直接将水排出的，在水幕形成初始，导流板216上仅有较少的水，而导流板216带负电，水中的尘埃落在导流板216上后，被带上负电，会有部分尘埃因电性异性相斥消除了水对其的粘滞而飞离导流板216，粘连在水箱213侧壁甚至过滤腔室的内壁上；而使用虹吸管，使得在作业开始前，负离子水发生器2122先不工作，待导流板216上水开始积累后，负离子水发生器2122工作，直至液面超过虹吸管215，废气开始通入过滤室21；此时水中的尘埃受到水的阻力较大，相比排水口的开设方式，难以脱离导流板216范围，使得尘埃被很好的排出；又因为导流板216上液面超过虹吸管215后，水带着尘埃会进入虹吸管215排出水箱213；因水是流体具有粘滞力，水在内虹吸时，会拉扯尘埃一起运动，在导流板216上水量较少时，也能起到加大对尘埃飞离的限制作用。
22.干燥带23固定设置于过滤室21与静电除尘室22之间，用于除去废气从过滤室21中带来的水分，废气通过干燥带23后进入静电除尘室22；干燥带23内充满吸水介质，吸水介质的材料及干燥带23的具体结构均属于本领域技术人员的常用手段，在此不赘述。
23.静电除尘室22包括集尘箱221和电场发生器223，电场发生器223固定设置于静电除尘室22上端，废气进入静电除尘室22时，电场发生器223开始工作会产生一个高压静电场，此时废气经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合后带上负电，会趋向阳极表面放电而沉积；集尘箱221设置于静电除尘室22下端，集尘箱221下底面上固定设置有集尘板222，集尘板222通电为阳极板，可以吸附带有负电的微小粒子；集尘箱221与静电除尘室22为可拆卸连接，当装置完成对废气的过滤之后，可以将集尘箱221拆下，便于清理被吸附于集尘板222上的微小粒子，以防止堆积尘粒过多影响阳极对带负电尘粒的吸附作用。为缩短图幅，在说明书附图1、图2中将静电除尘室22与过滤室21表示得较近，在实际应用中，静电除尘室22与过滤室21相隔较远，以避免电场发生器223对过滤室21中水幕流动的干扰。
24.具体实施例二：在具体实施例一的基础上，请参阅图1-6，本装置还包括低温等离子体反应箱3，低温等离子体反应箱3的废气入口与除尘箱2的废气出口连接，低温等离子体反应箱3内部设置有高压电场，废气进入之后会高压电场的作用下放电产生低温等离子体，此时废气中的大部分有害气体成分在低温等离子体中被激活为活性粒子，易与一同进入低温等离子体反应箱的氧气或者外加的催化剂发生氧化还原反应，达到除去废气中有害气体的目的；低温等离子体反应箱3侧壁上开设有气体出口31，完成处理的废气从气体出口31排出。
25.具体实施例三：与具体实施例一不同的是，电场发生器223竖直设置于静电除尘室22内壁并覆盖了废气的通过面，此时废气通过干燥带23进入静电除尘室22会先经过电场发生器223，且此时电场发生器223作用范围更大，在静电除尘室22内的竖直方向上均提供一个高频电场，使更多废气内的尘粒均带上负电，带上负电的尘粒受到吸引力的作用趋向带
有阳极的集尘板222并且在集尘板222上沉积；上述装置能够更加完全地将尘粒沉积排出，避免电场发生器223设置于上端时靠近集尘箱221一侧的电场变弱导致尘粒带电不彻底而使部分尘粒无法沉积，提升了静电除尘室22的除尘能力。
26.工作原理：工作时将需要处理的高温工业废气通过进气口进入热处理箱1，此时将冷水通过冷水进口12从下往上填满热处理箱1；高温工业废气从上往下通过多根通气管11往出气口运动，运动过程中高温废气向具有良好导热性的通气管11传递热量，使通气管11的管道外壁温度变高，从而将热处理箱1内的冷水加热，冷水受到多根通气管11的均匀加热之后变成热水，热水从热水出口13流出应用需要热水的领域。
27.当废气未完全冷却时，进气口中设置的阀门内收缩气囊受热膨胀，控制形变膜朝出气口一侧凸出，此时出气口内径变小或者关闭，高温废气流出量减小或者无法流通，能够持续向冷水进行热传递；当废气冷却后，收缩气囊恢复最初状态，形变膜失去收缩气囊的支撑作用恢复自由状态，出气口开启，此时完成热量转移的废气从出气口流出进入除尘箱。
28.废气进入除尘箱2后首先进入过滤室21，喷头2121朝导流板216喷射水流，开启负离子水发生器2122和负极板214产生水幕，废气经过降温后温度不易使水幕中的水汽化，避免影响水幕对废气中颗粒物的过滤效果。工业废气经过两层过滤网211和一层水幕清洗之后除去了吸附在气体上的大颗粒物质，大颗粒物质随着水流进入水箱213内，通过虹吸管215被排出装置外。
29.工业废气离开过滤室21后与干燥带23接触，此时关闭负离子水发生器2122，过滤室21内旋转杆2123控制喷头2121进行转动，使喷头2121喷出来的清水能够全方位地喷洒在两侧过滤网211上，有效地洗去了过滤网211上附着的大颗粒物质，清洗完成后带有大颗粒的污水流入水箱213内，最终由于压差通过虹吸管215被排出。
30.工业废气经过干燥带23除去带有的水分之后，进入静电除尘室22。
31.开启电场发生器223和集尘板222，使静电除尘室22内产生一个高压静电场，此时工业废气被电分离，工业废气中的尘粒与负离子结合带上负电，带有负电的尘粒会受到吸引力的作用趋向带有阳极的集尘板222并且在集尘板222上沉积，工作结束之后可以将集尘箱221拆下，用于清理吸附于集尘板222上的微小粒子，以防止堆积尘粒过多影响阳极对带负电尘粒的吸附作用。
32.工业废气经过过滤室21的处理之后排除了原本吸附于气体上的大颗粒物质和小颗粒尘粒，此时将处理后的工业废气通入低温等离子体反应箱3，工业废气进入之后会在低温等离子体反应箱3内高压电场的作用下放电产生低温等离子体，多数有害气体成分例如h2s、cs2等被激发为活性粒子，容易被氧化为h2o、co2等不会产生空气污染的物质，达到除去废气中有害气体的目的；此时经过处理的工业废气不含有大颗粒物质、小颗粒粉尘和有害气体，可以通过气体出口31排出。