等離子體技術作為一種新技術,經過幾十年的發展,大致經歷了三代產品的發展:代采用直流供電電暈放電技術;第二代采用交流供電介質阻擋DBD放電技術;第三代采用納秒窄脈沖放電技術。該技術入選2021 年《先進污染防治技術目錄(大氣污染防治、噪聲與振動控制領域)》第19條《窄脈沖放電除臭技術》示范工程技術,下面來詳細介紹分享:
1、幾類等離子技術介紹
1)直流放電等離子技術:只是靜電除塵技術的簡單嫁接和模仿,遠沒有達到產生等離子體的電壓能量等級,利用靜電吸附原理應用在除塵、除油煙、電捕焦等方面,對除臭和除VOCs基本無效。因直流供電技術具有很好的靜電吸附作用,因此設備運行一段時間后極板極線會有大量集塵包裹,需要及時進行清洗和除垢。
2)介質阻擋放電(DBD)等離子體技術:相對于直流普通放電,其能量密度大幅提高,能夠產生較高的等離子體。但一般介質阻擋DBD放電,其放電間距在2-3mm,放電空間狹小,怕粉塵、怕水汽凝結,對氣體來源要求嚴格,因此需要對氣體進行預處理,去塵、去濕后才能保證設備長期可靠運行。此外,因放電空間狹小,該技術會存在局部氣體濃度過高及爆燃風險。
3)納秒窄脈沖放電等離子體技術:納秒級脈沖放電采用間歇性窄脈沖供電方式,可在提高放電電壓的情況下不產生空氣擊穿,軟件控制在無火花運行。即使工況惡劣偶爾出現火花也能迅速滅弧,自動保護,增加濃度檢測儀、風機、噴淋等各種聯鎖保護控制功能,反應器采用寬極距,放電極距是DBD放電的10倍以上,電子密度稍低,安全性能高;在這種大極距、大通量結構下,高濕度氣體和積灰對放電幾乎無影響;本體自帶增濕和清洗功能,不積炭、不起燃。高濕環境下放電產生大量-OH自由基,可有效抑制助燃物-O自由基和O3的生成。
2、納秒窄脈沖放電等離子技術
納秒窄脈沖放電等離子體技術是第三代等離子發生技術。在大功率納秒電暈放電情況下產生高濃度等離子體,其等離子體內部富含高能高化學活性的粒子,如電子、離子、自由基和激發態分子等。這些高能高化學活性的粒子可以在低溫條件下將廢氣中的污染物質分解并氧化為CO2和H2O等終端無害物質,部分含氧小分子物質,再經由噴淋吸收處理,從而達到凈化廢氣污染物的目的。反應器采用大管徑放電具有阻力小,通量大,不怕塵、不怕水汽等特點。該工藝能夠在常溫條件下實施污染物分解處理,設備占地面積小、運行維護費用低、運行穩定和凈化效果好等優勢,適合于處理大風量低濃度的有機廢氣和惡臭氣體治理,正常運行情況下脫除效率可高達90%,具有廣譜性多種污染物一體化脫除的特點。
3、凈化原理
4、與同類技術比較競爭優勢
等離子體技術作為一種新技術,其核心是如何提高電場強度和注入能量使之產生足夠多高能電子,因此供電方式和反應器的結構形式至關重要,市場上掌握其核心技術的公司少之又少。相比于直流放電等離子技術和DBD介質阻檔放電等離子技術,納秒窄脈沖放電等離子體技術是第三代等離子技術,其主要優點:
1)等離子體產生采用大功率納秒級窄脈沖高壓脈沖電源,能量高,瞬時功率達百兆瓦級,能量注入時間短,放電效果明顯,對污染物的處理能力強、效率高、范圍廣。傳統直流式高壓電源放電能級不夠,只是靜電除塵技術簡單嫁接,產生不了等離子體。其放電效果對比如下圖所示。
2)采用線筒式電暈放電,放電間隙大,且處于相對濕式的工作環境,裝置內部設有自動清洗系統,可對電場內部的水蒸氣凝結和氣溶膠顆粒聚集現象得到很好的控制,因此本裝置具有不怕塵、不怕水和阻力小等特點。傳統DBD介質阻檔放電間隙小、阻力大,怕塵、怕水需預處理,長期運行有結焦積碳起燃風險。
3)能耗低,在配合有噴淋吸附裝置情況下,根據不同成分污染物和濃度差異,單位能耗1-3W/Nm3氣體。
4)智能化程度高,可遠程控制,操控簡便,不受時間限制,即開即用,即關即停,后期人工運維簡單、易操作;
5)運行穩定,保護功能全面。具有火花自動跟蹤方式,自動熄弧,不怕短路,確保凈化裝置安全有效運行。
5 與其它產品技術的比較競爭優勢
在除臭領域面臨競爭工藝主要有生物濾池法和光催化法。其中生物濾池法是市政污水除臭治理的主流工藝,工業污水也有應用,但因工業污水來源成份復雜,惡臭濃度較高,生物法需進行菌種馴化才長期穩定運行。光催化處理效率較低,必須要有較長的反應時間且受催化劑、濕度、灰塵顆粒物的影響較大,市場低質劣質產品充斥將面臨淘汰風險。因此在工業除臭領域,窄脈沖放電等離子除臭具有廣普性,高效性。
采用“納秒窄脈沖放電等離子體復合噴淋吸收”的組合工藝,其中窄脈沖放電等離子體在運行過程中幾乎無二次污染物產生,整個工藝流程中只有噴淋吸收環節會產生少量的廢液,其主要污染成分為鹽類物質及COD值較低的有機化合物,條件性周期排放,預設排污為PH為9,其排污周期一般為7—10天,每個排污周期廢液產生量少,產生的二次污染無需外運處理。而光催化等工藝的填料更換以及紫外燈管(危廢)、催化劑等均需外運或委托有資質單位處理。
因此,綜合以上因素,該技術凈化系統無論是在技術合理性、先進性,還是經濟可行性方面都有優勢。建設費用及運行費用相對合理,采用的技術原理是合理、可行的,項目的實施是安全可靠的。