一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置及方法与流程

1.本发明涉及六氟化硫降解技术领域，尤其涉及一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置及方法。


背景技术：

2.sf6最早由法国科学家在实验室通过硫和氟的燃烧制备所得，作为一种无色、无味、无毒且不可燃的人工合成气体，sf6能够抑制体系中电流的形成，因而表现出良好的绝缘性能，基于此，sf6被广泛应用于现今的电气行业中作为绝缘材料，除此之外sf6也被应用于半导体等领域。由于sf6的广泛被应用，其本身又具有很强的温室效应，其gwp值为co2的23500倍，远超其他温室气体，同时，由于其本身稳定的化学性质，能够在大气层中稳定存在，近年来，由于sf6所导致的环境问题愈发严重其化学性质十分稳定，因而，针对sf6的降解在当今社会具有重要的环境意义。
3.对于现有的sf6降解装置，都不能够彻底的解决sf6的排放问题，在已知的专利中，主要的处理方式大都是通过对sf6进行回收和储存。
4.就目前而言，已知的降解处理sf6的方式都或多或少的存在缺陷，不能够同时实现高降解率、高降解能耗以及产物选择性，都只能做到部分。例如，武汉大学张晓星等人在《中国电机工程学报》发表的介质阻挡放电等离子体降解sf6的实验与仿真研究，采用dbd处理技术在石英管反应器中对sf6进行降解处理，通过sf6的稀释及加入载气，最终得到90％以上的降解结果，但是，该方法虽有好的降解效果，但是对于产物的处理却具有局限性，无法保证无毒化排放。低温等离子体降解技术作为时下热门的降解技术，虽然能够保证低能耗以及高降解率，但是对于产物的选择性较差，其他方法如热降解又存在能耗较高的现实问题，光降解虽然能最大程度上保证最终产物的无毒无害，但是其本身的降解效率又太过低，不足以解决现今sf6的大量排放问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题就是提供一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置，解决现有的技术不能够同时实现高降解率、高降解能耗以及产物不处理的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置，包括依次连接的配气装置、滑动弧放电反应器、碱液洗气装置和载气室，所述载气室的出气端设有两个出气支路，所述第一支路通过第一开关阀、真空泵后与大气连通，所述第二支路通过循环管道与配气装置连接，所述循环管道上设有第二开关阀；所述滑动弧放电反应器包括螺旋电极喷枪，所述螺旋电极喷枪的一端连接有高压线、接地线和进气管，所述高压线连接主电源，所述螺旋电极喷枪的另一端连接碱液洗气装置。
8.作为优选，所述螺旋电极喷枪连接主电源，所述主电源上设有功率调节模块。
9.作为优选，所述螺旋电极喷枪包括石英管，所述石英管的两端分别通过真空法兰
连接进气口接头和出气口接头，所述石英管内设有旋流器、圆管电极和锥形电极，所述圆管电极连接主电源的输出端，所述锥形电极接地，所述圆管电极与锥形电极之间产生放电区域，气体通过旋流器进入放电区域。
10.作为优选，所述石英管内设有催化剂。
11.作为优选，所述配气装置包括ar气瓶和sf6气瓶，所述ar气瓶和sf6气瓶的出气口通过气管连接储气罐的进气口，所述储气罐的出气口通过气管依次连接减压阀和流量计，所述流量计通过气管连接滑动弧放电反应器进气口。
12.作为优选，所述碱液洗气装置与载气室之间还连接设有干燥剂。
13.作为优选，所述干燥剂的出气端设有两个出气支管，所述第一支管通过开关阀连接大气，所述第二支管连接载气室的进气端。
14.作为优选，所述载气室上设有压力表。
15.综上所述，本发明的优点：
16.1.配气装置将比例配好的气体从顶部进入储气罐内，从罐体的下端通入减压阀，再通过流量计，使气体以恒定流量进入滑动弧放电反应器，经螺旋电极喷枪处理后的sf6分解产物通过碱液洗气装置以及干燥剂处理进入载气室暂存等待下一步处理，通过载气室安装的压力表对气压进行实时监控，最终载气通过循环管道进行循环利用，储气罐与载气室作为气体循环的始末端，可实现对sf6的无害化循环处理，螺旋电极喷枪应用滑动弧放电原理对sf6进行降解，比传统方法降解效率更高，除可用于降解sf6气体外，可以灵活应用于其他降解领域；
17.2.可以通过流量计对气体流量控制实现对放电反应程度进行调节；
18.3.通过功率调节模块对放电区域的功率调节实现对放电反应程度进行调节；
19.4.在碱液洗气装置之后设置了干燥剂，相比于以往的无干燥处理，更利于气体的采集分析及利用；
20.5.在石英管内或石英管末端加入催化颗粒可以提高降解效率；
21.6.相比于以往的介质阻挡放电降解设备，本发明接线更一体化，并且为了防止装置应用过久导致降解效率受到影响，整套装置都便于拆解更换零器件，无论从空间利用率还是携带性上，都更方便。
22.本发明的另一个目的是提供一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置进行六氟化硫降解处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
23.s1、配气装置将比例配好的气体通入储气罐，再通入减压阀，减压阀将储气罐里的高压气体减压到一定的稳定值，然后通过流量计，实现不同气体流量控制，调好后以恒定流量气体通入滑动弧放电反应器；
24.s2、经过s1，恒定流量气体通入滑动弧放电反应器，此时，启动主电源开关，将螺旋电极喷枪中心的锥形电极接地，圆管电极接主电源输出端，在等离子体电源启动后，在圆管电极与锥形电极之间产生放电，随后在放电区域内产生等离子体，sf6气体与ar气体通过旋流器进入放电区域，气流通过旋流器后在中心锥形电极和接地电极间形成旋向气流，sf6在放电区域等离子体作用下被分解；
25.s3、等离子体电源启动后，电弧在两极距离最短处被击穿，旋向气流驱动电弧在电极之间旋转着向尖端出口处滑动，即滑动弧放电，当电弧运动到最远端后被气流打断，随后
在最小距离处被击穿，再次被气流驱动旋转滑动，如此循环往复；
26.s4、在经螺旋电极喷枪反应后，sf6气体得到分解，分解气体经石英管流出，在石英管中放置催化剂可防止sf6分解气体的复原，并可对分解气体进行初步处理；
27.s5、经石英管中催化剂初步处理的sf6分解产物将随气管通入到碱液洗气装置中，碱液洗气装置可对sf6分解产生的有毒酸性气体产物进行吸收，同时可设置多个碱液池进行有毒酸性气体的吸收以保证尾气不含有毒酸性气体；
28.s6、经过以上步骤得到的sf6分解产物气体通过干燥剂，一部分通过第二支管进入载气室，进行储存或者通过集气袋采集对产物进行数据分析，一部分通过第一支管连接大气；进入载气室的气体一部分通过第一支路排入大气，另一部分通过第二支路经循环管道与配气装置连接，进行重复循环利用。
29.进一步的，在s1中通过流量计对气体流量控制实现对放电反应程度进行调节；在s2中，通过功率调节模块对放电区域的功率调节实现对放电反应程度进行调节。
附图说明
30.图1为本发明的结构示意图；
31.图2为本发明的流程图；
32.图3为本发明中滑动弧放电反应器的结构示意图。
33.附图标记：
34.1、配气装置；11、ar气瓶；12、sf6气瓶；13、储气罐；14、减压阀；15、流量计；2、滑动弧放电反应器；21、螺旋电极喷枪；211、石英管；212、真空法兰；213、进气口接头；214、出气口接头；215、旋流器；216、圆管电极；217、锥形电极；22、高压线；23、接地线；24、进气管；3、碱液洗气装置；4、载气室；41、第一开关阀；42、真空泵；43、循环管道；44、第二开关阀；5、气管；6、主电源；61、功率调节模块；7、干燥剂；8、压力表；9、第三开关阀。
具体实施方式
35.为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或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。
36.实施例一
37.一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置，如图1-3所示，包括依次连接的配气装置1、滑动弧放电反应器2、碱液洗气装置3和载气室4，所述载气室4的出气端设有两个出气支路，所述第一支路通过第一开关阀41、真空泵42后与大气连通，所述第二支路通过循环管道43与配气装置1连接，所述循环管道43上设有第二开关阀44；所述滑动弧放电反应器2包括螺旋电极喷枪21，所述螺旋电极喷枪21的一端连接有高压线22、接地线23和进气管24，所述高压线22连接主电源6，所述螺旋电极喷枪21的另一端连接碱液洗气装置3。
38.本发明中配气装置1将比例配好的气体通入滑动弧放电反应器2，使气体以恒定流量进入滑动弧放电反应器2，经螺旋电极喷枪21处理后的sf6分解产物通过碱液洗气装置3
处理进入载气室4暂存等待下一步处理，最终载气室4通过循环管道43进行循环利用，配气装置1与载气室4作为气体循环的始末端，可实现对sf6的无害化循环处理，螺旋电极喷枪21应用滑动弧放电原理对sf6进行降解，比传统方法降解效率更高，除可用于降解sf6气体外，可以灵活应用于其他降解领域。
39.为了实现对放电反应程度进行调节，所述螺旋电极喷枪21连接主电源6，所述主电源6上设有功率调节模块61。通过功率调节模块61对放电区域的功率调节实现对放电反应程度进行调节。
40.为了提高降解效率，所述螺旋电极喷枪21包括石英管211，所述石英管211的两端分别通过真空法兰212连接进气口接头213和出气口接头214，所述石英管211内设有旋流器215、圆管电极216和锥形电极217，所述圆管电极216连接主电源6的输出端，所述锥形电极217接地，所述圆管电极216与锥形电极217之间产生放电区域，气体通过旋流器215进入放电区域。
41.为了进一步提高降解效率，在石英管211内或石英管211末端加入催化颗粒，从而大大提高降解效率。
42.为了使气体以恒定流量进入反应，所述配气装置1包括ar气瓶11和sf6气瓶12，所述ar气瓶11和sf6气瓶12的出气口通过气管5连接储气罐13的进气口，所述储气罐13的出气口通过气管5依次连接减压阀14和流量计15，所述流量计15通过气管5连接滑动弧放电反应器2进气口。可以通过流量计15对气体流量控制实现对放电反应程度进行调节。
43.为了利于采集分析减小干扰，所述碱液洗气装置3与载气室4之间还连接设有干燥剂7。减小水气的影响，相比于以往的无干燥处理，更利于气体的采集分析及利用。
44.为了便于采气和排气，所述干燥剂7的出气端设有两个出气支管，所述第一支管通过第三开关阀9连接大气，所述第二支管连接载气室4的进气端。
45.为了实时监测载气室4的气压，通过载气室4安装的压力表8对气压进行实时监控。
46.实施例二
47.本发明的另一个目的是提供一种基于滑动弧放电降解六氟化硫的循环处理装置进行六氟化硫降解处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
48.s1、配气装置1将比例配好的气体通入储气罐13，再通入减压阀14，减压阀14将储气罐13里的高压气体减压到一定的稳定值，然后通过流量计15，实现不同气体流量控制，调好后以恒定流量气体通入滑动弧放电反应器2；
49.s2、经过s1，恒定流量气体通入滑动弧放电反应器2，此时，启动主电源6开关，将螺旋电极喷枪21中心的锥形电极217接地，圆管电极216接主电源6输出端，在等离子体电源启动后，在圆管电极216与锥形电极217之间产生放电，随后在放电区域内产生等离子体，sf6气体与ar气体通过旋流器215进入放电区域，气流通过旋流器215后在中心锥形电极217和接地电极间形成旋向气流，sf6在放电区域等离子体作用下被分解；
50.s3、等离子体电源启动后，电弧在两极距离最短处被击穿，旋向气流驱动电弧在电极之间旋转着向尖端出口处滑动，即滑动弧放电，当电弧运动到最远端后被气流打断，随后在最小距离处被击穿，再次被气流驱动旋转滑动，如此循环往复；
51.s4、在经螺旋电极喷枪21反应后，sf6气体得到分解，分解气体经石英管211流出，在石英管211中放置催化剂可防止sf6分解气体的复原，并可对分解气体进行初步处理；
52.s5、经石英管211中催化剂初步处理的sf6分解产物将随气管5通入到碱液洗气装置3中，碱液洗气装置3可对sf6分解产生的有毒酸性气体产物进行吸收，同时可设置多个碱液池进行有毒酸性气体的吸收以保证尾气不含有毒酸性气体；
53.s6、经过以上步骤得到的sf6分解产物气体通过干燥剂7，一部分通过第二支管进入载气室4，进行储存或者通过集气袋采集对产物进行数据分析，一部分通过第一支管连接大气；进入载气室4的气体一部分通过第一支路排入大气，另一部分通过第二支路经循环管道43与配气装置1连接，进行重复循环利用。
54.进一步的，在s1中通过流量计15对气体流量控制实现对放电反应程度进行调节；在s2中，通过功率调节模块61对放电区域的功率调节实现对放电反应程度进行调节。
55.除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。