低溫等離子原理與應(yīng)用

1、1 / 7低溫等離子體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油、 制藥、油漆、印刷 和涂料等行業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣也日漸增多，這 些廢氣不僅會在大氣中停留較長的時間，還會擴(kuò)散和漂移到較遠(yuǎn)的地 方，給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，這些廢氣吸入* ，直接對*的健康產(chǎn) 生極大的危害；另外工業(yè)煙氣的無控制 排放使 全球性的大氣 環(huán)境日益惡 化，酸雨( (主要來源于工業(yè)排放的硫氧化物和氮氧化物) )的危害引起了 各國的重視。由于 大氣受污染而酸化，導(dǎo) 致了生態(tài)環(huán)境的破壞，重大災(zāi) 難頻繁發(fā)生，給人 類造成了巨大損失。因此選擇一種經(jīng)濟(jì)、可行性強(qiáng)的 處理方法勢在必行。降解揮發(fā)性

2、有機(jī)污染物(VOCs)(VOCs)傳統(tǒng)的處理方法如吸收、吸附、冷凝 和燃燒等，對于低濃 度的 VOCsVOCs 很難實(shí)現(xiàn)，而光催化降解 VOCsVOCs 又存在 催化劑容易失活的問題，利用低溫等離子體處理 VOCsVOCs 可以不受上述條 件的限制，具有潛在的優(yōu)勢。但由于等離子體是一門包含放電物理學(xué)、 放電化學(xué)、化學(xué) 反應(yīng)工程學(xué)及真空技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科之上的交叉學(xué)科。因 此，目前能成熟的掌握該技術(shù)的單位非常的少。大部分宣傳采用低溫等 離子技術(shù)處理廢氣的宣傳都不是真正意義上的低溫等離子廢氣處理技 術(shù)。是否是低溫等離子體處理技術(shù)的簡單判斷方法：現(xiàn)在，各傳媒上宣傳低溫等離子廢氣處理的產(chǎn)品和技術(shù)很多，可這

3、 些產(chǎn)品的宣傳大部分都是在炒低溫等離子體概念。如何判斷是否是真正 意義上的低溫等離子體技術(shù)？可以用下面兩個簡單的規(guī)則來判斷，即使 你不懂低溫等離子體技術(shù)也能判斷出是真是假。(1)(1)在廢氣處理的通道上必須充滿了低溫等離子體。這條規(guī)則判斷 很簡單，只要用眼睛觀察一下處理通道是否充滿紫藍(lán)色的放電就可以直 觀的了解是否是低溫等離子體了(需要注意的是不要將各種顏色的燈光 當(dāng)作電離子體放電)。如果 在廢氣處理的通道上只零星的分布若干的放 電點(diǎn)或線，則處理的效果是非常有限的，因?yàn)?，大部分?VOCs)(VOCs)氣體 沒有進(jìn)過低溫等離子體處理區(qū)域。(2)(2)低溫等離子體處理系統(tǒng)必須要有一定的放電處理功

4、率。通常需 要在 2 25 5 瓦時/ /米 3 3。即 10001000 米 3/3/時的風(fēng)量需要處理的電功率為 2KW2KW5KW5KW。如果號稱 10001000 米 3/3/時的風(fēng)量只需要幾十或幾百瓦的電 功率，則最 多也就是靜電（除塵）處理或局部處理而已。要想 分解 VOCsVOCs 沒有一定的能量是不可能的。等離子體技術(shù)目前采用的有四類技術(shù)，介質(zhì)阻擋放電（雙介質(zhì)、單介質(zhì)）、 尖端放電（金屬、纖 維）、板 式放電、微 波放電，實(shí) 際應(yīng)用也有采用組 合模式。一：介質(zhì)阻擋放電2 / 7將絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電。介質(zhì)可以覆蓋在電極上，也 可以懸掛在放電空間里，當(dāng)在放電電極間施加

5、一定頻率（5050 MHzMHz 至幾 K K 赫茲）的-Kv-Kv 的交流電壓時，電極間的氣體就會被擊穿產(chǎn)生碳阻擋氣 體放電。 在大氣壓或高于大氣壓條件下，間隙內(nèi)的氣體放電由許多在時 間上和空間上隨機(jī)分布的微放電構(gòu)成, ,這些微放電的持續(xù)時間很短，一般 為納秒量級2020。由實(shí)驗(yàn)觀察, ,微放電通常呈現(xiàn)一些相當(dāng)均勻的圓柱 型微通道，每一個微通道就是一個強(qiáng)烈的流光放電擊穿過程, ,帶電粒子的 輸運(yùn)過程及等離子體化學(xué)反應(yīng)就發(fā)生在這些微放電通道內(nèi). .因此一些研 究者將微放電作為碳等離子體的主要特性, ,并通過研究微放電的性質(zhì)來 研究碳等離子體的整體特性。從碳的物理過程來看，電源電壓通過電介 質(zhì)電

6、容耦合到放電間隙形成電場, ,空間電子在這一電場作用下獲得能量， 與周圍氣體發(fā)生非彈性碰撞, ,電子從外加電場取得能量轉(zhuǎn)移給氣體分 子，氣體被激勵后，發(fā)生電子雪崩，出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的空間電荷。它們聚 集在雪崩頭部，形成本征電，再與外加電場疊加起來形成很高的局部電場, , 在新形成的局部電場作用下, ,雪崩中的電子得到進(jìn)一步加速, ,使放電間隙 的電子形成空間電荷的速度比電子遷移速度更快, ,形成了往返兩個電場 波, ,電場波向陰極方向返回時更強(qiáng)，這樣一個導(dǎo)電通道能非常快地通過放 電間隙形成大量微細(xì)絲狀的脈沖流光微放電它們很均勻、 漫散和穩(wěn)定，彼此孤立地隨機(jī)發(fā)生在不同地點(diǎn)，當(dāng)微放電通道形成以后,

7、,空間電荷就 在通道內(nèi)輸送累積在電介質(zhì)表面產(chǎn)生反向電場而使放電熄滅，形成微放 電脈沖。在一定范圍內(nèi), ,微放電的數(shù)量隨供電電壓及頻率的增加而增 加. .可見碳介質(zhì)的分布電容對于微放電的形成起著十分重要的鎮(zhèn)流作 用. .一方面，由于電介質(zhì)的存在, ,有效地限制了帶電粒子的運(yùn)動, ,防止了 放電電流的無限制增長, ,從而避免了在放電間隙內(nèi)形成火花放電或弧光 放電；另一方面, ,電介質(zhì)的存在可以使微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個放 電空間內(nèi)。二：組合模式本工藝在電催化總的設(shè)計概念下，分三個即獨(dú)立又混成的激發(fā)系統(tǒng)：微 波激發(fā)區(qū)、等離子激發(fā)區(qū)、極板激發(fā)去。每個激發(fā)區(qū)有它特定的功能, 但在原理上有它相似的地方。

8、1 1:微波激發(fā)區(qū)本工藝有 3 3 至 9 9 個微波激發(fā)單位，根據(jù)被處理風(fēng)量的不同數(shù)量不同，微 波由于它的頻率相對比較高，在納秒的時間內(nèi)有效作用于被處理空間（區(qū)域），由于微波的功率相對較小，因此在激發(fā)能力上也就是說電子 的獲能躍遷能力上有限，本設(shè)計只是把微波作為初頻激發(fā)源，在處 理過 程中作為一種預(yù)激發(fā)能。由于微波的預(yù)激功能，極大的提高等離子體區(qū)， 極板區(qū)的激發(fā)能力和處理效果，由于 微波技術(shù)的運(yùn)用，本工藝在同類設(shè) 備的比較中顯得設(shè)備精煉而效果優(yōu)越。3 / 72 2 :低溫等離子體激發(fā)本工藝有 4040 支至 240240 支充有特 殊氣體的無極管組成的低溫等離子體激 發(fā)區(qū)，低溫 等離子體區(qū)是

9、工藝的核心技術(shù)，國外諸多科研機(jī)構(gòu)室稱在常 壓下實(shí)現(xiàn)低溫等離子體。從大量的試驗(yàn)分析，常壓低溫等離子體要在工 業(yè)中應(yīng)用存在的困難仍舊很大，本工藝借助低氣壓的無極燈作為低溫等 離子體的激發(fā)體，最大限度地在無極管區(qū)實(shí)現(xiàn)低溫等離子體區(qū)，由于低 溫等離子體在能量躍遷過程中具有極強(qiáng)的能量平衡性，在粒子撞擊中失 能極少，所以低溫等離子體作為原子激發(fā)是最理想的一種能。在實(shí) 踐應(yīng) 用中，最大的科題在于低氣壓究竟是多少帕？管內(nèi)充什么樣的氣體最有 經(jīng)濟(jì)價值？這沒有理論模型可言，只有通過實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)、分析。3:3:極板區(qū)根據(jù) 被處理氣 體的流量，極板 間的電壓 分 12KV12KV、16KV16KV 至 42KV42KV

10、，極 板間加以足夠高的電壓，在引風(fēng)的作用下，極區(qū)由于負(fù)壓的作用，按照 法拉第暗區(qū)理論、光致電離理論、自由 離理論，在常壓或接近常壓的條 件下有相當(dāng)概率的粒子可能實(shí)現(xiàn)低溫等離子體。根據(jù)三類的功能區(qū)，集中 的目的是實(shí)現(xiàn)低溫等離子體，由于理論和實(shí)際 使用條件上的區(qū)別，單一的方法獲得低溫等離子體，從功率上，外部條 件上都存在差距。本工藝集三種技術(shù)與一體，經(jīng)山 東、江蘇、浙江三地 多家醫(yī)藥、化工企業(yè)的實(shí)地測試，原廢 氣的去除率非常理想，根據(jù) 尼普 公司的測試，高濃度廢氣去除率可達(dá) 84%84%以上。電催化氧化工藝集低溫等離子體、微波 放電、極板 放電與一體，在實(shí)際 使用中實(shí)現(xiàn)廢氣的有效處理是極為復(fù)雜的過

11、程，整個過程在不到 1 1 秒的 時間內(nèi)完成。從理論到模型都能探究到相關(guān)的機(jī)理，通過 三種方式的集 中放電，廢氣分子從低能的 E,E,在千分之一秒的時間內(nèi)躍遷到足以使其電 離的 EmEm 級，廢氣分子鍵充分?jǐn)嗔?，在?崩式的撞擊中斷裂后的粒子由 于質(zhì)量更小,被進(jìn)一步躍遷，與反應(yīng)堆內(nèi)的氧離子氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)， 生成無害無味的 C02C02、H20H20 以及其它高價化合物。同時由于反應(yīng)堆內(nèi) 臭氧以及紫外線的作用，徹底去除不同范疇的廢氣化合物，實(shí)地較為廣 譜的去除空間。三：尖端毛細(xì)放電尖端放電和板式放電從物理上講是一類基礎(chǔ)放電技術(shù)，是介質(zhì)阻擋放電 去介質(zhì)的簡單模式，電壓 比較低，極板 的間距相對

12、長一些，從實(shí)際處理 效率上講已經(jīng)屬于靜電模式，任何物質(zhì)都是由原子組合而成，而原 子的 基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子?？茖W(xué)家們將質(zhì)子定義為正電，中子 不帶 電，電子帶負(fù)電。在正常狀況下，一個原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同， 正負(fù)電平衡，所以對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是由于外界作用如4 / 7摩擦 或以各種能量如動能、位能、熱能、化學(xué)能等的形式作用會使原子的正 負(fù)電不平衡。在日常生活中所說的摩擦實(shí)質(zhì)上就是一種不斷接觸與分離 的過程。有些 情況下不摩擦也能產(chǎn)生靜電，如感應(yīng)靜電起電，熱電和壓 電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再 分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的普遍方法，就是摩擦生

13、電。材料的 絕緣性越好，越容 易產(chǎn)生靜電。因?yàn)榭諝庖彩怯稍咏M合而成，所以可 以這么說，在人們生活的任何時間、任何地點(diǎn)都有可能產(chǎn)生靜電。要完 全消除靜電幾乎不可能，但可以采取一些措施控制靜電使其不產(chǎn)生危 害。通過摩擦引起電荷的重新分布而形成的，也有由于電荷的相互吸引引起 電荷的重新分布形成，具體說就是因?yàn)槲镔|(zhì)都由原子組成，原子中有帶 負(fù)電的電子和帶正電荷的原子核。一般情況下原子核的正電荷與電子的 負(fù)電賀相等，正負(fù)平衡，所以不顯電性。但是如果電子受外力而脫離 軌道，造成 不平衡電子分布，比如實(shí)質(zhì)上摩擦起電就是一種造成正負(fù)電 荷不平衡的過程。 當(dāng)兩個不同的物體相互接觸并且相互摩擦?xí)r， 一個物 體的

14、電子轉(zhuǎn)移到另一個物體，就因?yàn)槿鄙匐娮佣鴰д?，而?一個 體得 到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電，物體帶上了靜電。公司生產(chǎn)的等離子體廢氣凈化設(shè)備包括： NBL-FHNBL-FH 組合型等離子除臭 設(shè)備 （微波+ +高壓） ；NBL-ZJNBL-ZJ 電暈放電等離子除臭設(shè)備；NBL-JDNBL-JD 尖 端放電等離子除臭設(shè)備；NBL-JBNBL-JB 板式靜電油煙凈化器四類。設(shè)備適合 中低濃度廢氣凈化，尤其適合降解非甲烷總烴，配合預(yù)處理，設(shè)備使用 廣泛。ZLDL系列等離子體廢氣凈化器設(shè)備等離子有機(jī)廢氣凈化器跟吸附脫附催化燃燒有機(jī)廢氣處理設(shè)備相比具 有明顯的運(yùn)行成本優(yōu)勢和價格優(yōu)勢，等離子有機(jī)廢氣凈化器

15、的技術(shù)特點(diǎn) 如下：等離子廢氣凈化設(shè)備在對付有機(jī)廢氣處理上具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：經(jīng) 氣味測定法測試，該技術(shù)可以達(dá)到 80%80%以上的惡臭消除率；該技術(shù)的 資本投入低于傳統(tǒng)的制冷式生物過濾器；動力消耗比其他技術(shù)更低（25,00025,000 立方米/ /小時的裝置的動力消耗為 5-255-25 千瓦）；由于不需要 任何的預(yù)熱時間，所以該裝置可以即時開啟與關(guān)閉；它所 占空間比現(xiàn)有 的其他技術(shù)更小;它可以不經(jīng)過過濾就可運(yùn)作，所以 不產(chǎn)生任何液體排 泄;它是模塊式結(jié)構(gòu)，所以更簡易地進(jìn)行易地搬遷；它可以在最高達(dá) 7070 C 的溫度下運(yùn)作，所以在典型的 濕”環(huán)境中運(yùn)用而不需要制冷；由于 具有類似靜電沉淀的功

16、能，所以 它同時具有除塵作用；只需最低限度的 維護(hù)。等離子體有機(jī)廢氣凈化設(shè)備集國家專利技術(shù)和專有保密技術(shù)于一 體，設(shè)備和技術(shù)5 / 7性能穩(wěn)定可靠。研究表明采用等離子體空氣凈化設(shè)備， 不僅可以減少等離子體電耗，而且可控制有害副產(chǎn)物的形成，提高性 能價格比。異、臭 的有害氣體分子被低溫放電技術(shù)產(chǎn)生的高能離子形成 的低溫等離子體所激活、電離、裂解，從而氧化分解成無臭、無害 的物 質(zhì)，空氣中的霉菌、病菌等也同時被殺滅，滅菌率 9595 %以上，異味去 除率82.582.5 %以上。從而 將潔凈、新鮮的空氣還給人們。與傳統(tǒng)的有機(jī)廢氣處理方法相比，等離子有機(jī)廢氣凈化器的突出的 優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)生活中，惡臭的物

17、質(zhì)很多，來源亦廣，主要是由有機(jī)物的加 熱或燃燒，有機(jī)溶劑揮發(fā)，肉類加工的廢液、廢渣 處理等產(chǎn)生的。皮革 廠、噴漆廠、化工廠、制漿造紙廠、屠宰廠，污水站、垃圾站等都是惡 臭的污染源。低溫等離子體空氣凈化設(shè)備的性能特點(diǎn)： 1 1、 低溫等離子體”設(shè)備屬 高新科技產(chǎn)品，自動化程度高，工藝簡潔, ,操作簡單，方便. .無需專人看管， 遇故障自動停機(jī)報警。2 2、節(jié)能：運(yùn)行費(fèi)用低廉是 低溫等離子體”專利 核心技術(shù)之一,處理 5000M3/h5000M3/h 臭氣，耗電 量僅 1000-5000W1000-5000W。 3、適應(yīng)范圍廣：在 高溫 7070 C , ,低溫-20-20 C 的環(huán)境內(nèi),凈化區(qū)均可 運(yùn)轉(zhuǎn), ,特別 是 在潮濕, ,甚至空氣濕度飽和的環(huán)境下仍可正常運(yùn)行。4 4、設(shè)備使用壽命長： 本設(shè)備由不銹鋼材料組成，抗氧化性強(qiáng)，在酸性氣體中耐腐蝕。使用壽 命長達(dá) 1010 年以上。5 5、低溫等離子體”設(shè)備內(nèi)使用電壓在 17Kv17Kv 以下, 安全可靠，對人體不構(gòu)成任何傷害。6 6、低溫等離子體”設(shè)備組合性強(qiáng)： 可以竄并聯(lián)混合應(yīng)用，在處理高濃度異味氣體時能發(fā)揮明顯優(yōu)勢。等離子有機(jī)廢氣凈化器的優(yōu)勢等離子有機(jī)廢氣凈化器是一種新型、 高效的干法處理有機(jī)廢氣的凈