[发明专利]线管式低温等离子体单元反应器及其组合系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种治理工业废气的线管式低温等离子体单元反应器及其组合系统，尤其涉及一种通过反应器悬挂系统构成的反应器矩阵，和根据废气处理工程的实际需要，配用N个单元反应器以合理的串、并联方式连接形成的反应器组合系统。

背景技术

所谓低温等离子体的废气治理技术是一门集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的交叉综合性技术，是目前国内外废气污染治理中最具前景，有效的技术方法之一。该技术显著特点是对污染物兼具物理和化学处理作用。所述等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四形态。当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。而低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物目的。低温等离子体的产生途径很多，本专利低温等离子体废气处理技术采用的放电方式为电晕放电。

所述低温等离子体单元反应器组合系统，是利用高频高压电场电晕放电加速荷电粒子导致电离，其净化作用机理包含三个方面：

一是反应器组合系统在产生等离子体的过程中，高频电场产生的能量能够在瞬间打开某些有害气体分子的化学键，使之分解为单质原子或无害分子；

二是等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分废气分子碰撞结合，在电场作用下，废气分子处于激发态，当废气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时，废气分子的分子键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成的无害气体分子。同时产生大量OH、H、O₂、O等活性自由基和氧化性极强的O₃，能与有害气体分子发生化学反应，最终生成无害产物；

三是等离子体中的正负粒子使微生物表面产生的电能剪切力大于其细胞膜表面张力，致使细胞膜遭到破坏而导致微生物死亡。

因此，等离子体中存在很多电子、离子、活性基和激发态分子等有极高化学活性的粒子，使得很多需要更高活化能的化学反应能够发生。等离子体中大量活性粒子能使难降解的污染物转化。臭气分子通过单箱反应器在强电场作用下，生成离子和激发态分子，离子中和也产生激发态分子。激发态分子发生化学反应离解，生成活性粒子。大量激发态，亚稳态游离粒子和各种粒子、电子、光子等都是促进化学反应的高活性粒子。常态下不能发生的化学反应，在等离子体状态下也能够发生。

综合上述，等离子体净化技术的主要机理可概括为：在外加电场的作用下，电子获得能量后，开始加速运动，以每秒钟300万次至3000万次的速度去撞击异味气体分子，当电子的能量与异味气体分子的某一化学键键能相同或略大时，发生非弹性碰撞，电子将大部分动能转化为污染物分子的内能，从而引发使其发生电离、裂解或激发等一系列复杂的物理、化学反应，使得产生臭味的基团化学键断裂，从而达到净化有毒有害气体及除臭目的。

目前，在废气处理设备中常用的低温等离子体反应器或发生器中，其采用的是：外接支撑悬挂装置来固定安装单管电场或由其组成的电场矩阵。此结构中的放电电极一端悬挂，其电极完全依靠支撑横担固定，内外电极轴线偏离度无法控制，N个单体线管式电场组成的单元反应器，只能按垂直方向安装，才能正常工作。又由于内外电极必须保持一定的安全距离，需要在反应器身设置放电避让口，避让口的存在使反应器变成敞开式系统，当负压吸风时，大量的空气进入系统，导致反应器处理效率低下，运行成本费用加大；当正压送风时，系统有毒有害气体容易释放到空气中，达不到治理气体净化目的。

使用如上所述的支撑悬挂装置结构的缺点是：

支撑悬挂装置采用敞开式结构设计，其精度低，密封性差，其性能不稳定；由于不能适应多角度调整及安装，所以会发生单元电场在运行中产生位移现象，致使其净化处理不能达到理想效果；其支撑悬挂装置产品一致性差，结构复杂，且设备在运行中的能耗大，安全性差，甚至还存在安全隐患问题。如果设定的正极单管电场数量越多，外接负极支撑悬挂装置需要的绝缘材料也越多，使得整个悬挂装置承受的压力加大，材料消耗随之增加，提高了设备生产成本。

中国专利CN2586526Y提供了一种无介质低温等离子体工业废气净化装置，该装置采用金属丝与平板结构生成低温等离子体，气体流通方向与金属板平行。该装置安装方式单一，同时不能保证气体全部经由金属丝与平板构成的电磁场。