一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法，所述方法綜合考慮了濕度對(duì)污染物脫除的影響，是一種智能化的技術(shù)方法。所述方法首先基于納秒級(jí)脈沖電源激勵(lì)的介質(zhì)阻擋流光放電，采用線筒結(jié)構(gòu)，激發(fā)出多種活性粒子作用于煙氣污染物；然后通過(guò)濕度傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)管內(nèi)濕度，通過(guò)煙氣分析儀記錄主要污染物濃度，結(jié)合同一時(shí)刻濕度得到濕度?污染物脫除率曲線；得出基本控制趨勢(shì)，利用自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的空氣濕度，使污染物的脫除率自動(dòng)達(dá)到最優(yōu)值。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單高效、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，所述方法使用了帶有預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法，克服了污染物濃度變化所導(dǎo)致脫除率效率的降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)廢氣污染物處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)煙氣中的多種污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響日益嚴(yán)重。對(duì)比目前的煙氣治理系統(tǒng)，濕式等離子體煙氣處理技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、可同時(shí)去除多種污染物、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。以往的濕式等離子體技術(shù)，利用水霧噴頭增加水汽含量，激發(fā)大量羥基自由基，進(jìn)而提高煙氣污染物的脫除率。然而，隨著濕度的增大，部分污染物的脫除率先升高后降低，且濕度和脫除率之間呈非線性關(guān)系。因此，單純地依靠水霧噴頭提高反應(yīng)濕度，無(wú)法使脫除率達(dá)到最大化，并會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，本發(fā)明提供了一種用于工業(yè)廢氣處理的煙氣污染物脫除方法，
[0004]所述方法利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電，激發(fā)出多種活性粒子作用于煙氣污染物上，使其中的物質(zhì)被深度氧化便于脫除；
[0005]所述方法利用反應(yīng)管中的水霧噴頭提高反應(yīng)管中環(huán)境濕度，進(jìn)而提高煙霧污染物的脫除率；
[0006]所述方法利用自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的空氣濕度，使污染物的脫除率達(dá)到較優(yōu)值。
[0007]本發(fā)明所述的方法考慮了濕度對(duì)污染物脫除的影響，是一種智能化的技術(shù)方法；具有簡(jiǎn)單高效、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，所述方法使用了帶有預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法，克服了污染物濃度變化所導(dǎo)致脫除率效率的降低。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中反應(yīng)管內(nèi)濕度與污染物脫除率關(guān)系圖；
[0010]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的同相氧化反應(yīng)典型方程式；
[0011]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的異相氧化反應(yīng)典型方程式；
[0012]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的擾動(dòng)觀測(cè)法流程圖；
[0013]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字PID對(duì)濕度實(shí)際值調(diào)控的原理圖；
[0014]圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的完整的控制過(guò)程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法，
[0016]所述方法利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電，激發(fā)出多種活性粒子作用于煙氣污染物上，使其中的物質(zhì)被深度氧化便于脫除；
[0017]所述方法利用反應(yīng)管中的水霧噴頭提高反應(yīng)管中環(huán)境濕度，進(jìn)而提高煙霧污染物的脫除率；
[0018]所述方法利用自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的空氣濕度，使污染物的脫除率達(dá)到較優(yōu)值。
[0019]在本實(shí)施例中，如圖1所示，提供了一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法。所述方法一方面利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電，激發(fā)出多種活性粒子作用于煙氣污染物；
[0020]另一方面通過(guò)濕度傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)管內(nèi)濕度；
[0021]通過(guò)煙氣分析儀記錄主要污染物濃度，結(jié)合同一時(shí)刻濕度得到濕度-污染物脫除率曲線，如圖2所示；
[0022]所述方法在進(jìn)行廢氣處理時(shí)，通過(guò)單片機(jī)采集傳感器測(cè)得的濕度，結(jié)合濕度-污染物脫除率曲線，控制反應(yīng)管內(nèi)噴頭的水霧發(fā)生量。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的高能電子激發(fā)出活性粒子與煙氣污染物中的HgO、S02、NOx進(jìn)行反應(yīng)。
[0024]在本實(shí)施例中，在氣相氛圍下，通過(guò)高能電子激發(fā)活性粒子與Hg0、S02、N0x的反應(yīng)為:02的電離，.0與03活性基團(tuán)的生成，活性基團(tuán)對(duì)Hg0、S02、N0x的氧化。典型反應(yīng)方程式如圖3所示。但氣相氧化能耗較高，污染物氣體分子脫除率較低。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法將反應(yīng)管分為前段和后段，通過(guò)控制前段和后段的濕度值，使不同的煙氣污染物通過(guò)反應(yīng)管后，煙氣污染物中的不同成分均得到較高的脫除率。
[0026]在本實(shí)施例中，采用在反應(yīng)管內(nèi)增設(shè)水霧噴頭的方式增加煙氣中H20濃度，改變等離子體反應(yīng)器中活性基團(tuán)的種類(lèi)和含量:放電激發(fā)出更多的.0H，.0和03的含量會(huì)隨之降低。.0H提供的異相氧化途徑是低溫等離子體脫硫的主要方式，大大提高了脫硫率，也在一定程度上改善了 Hg0、N0x的脫除率。增加H20后的主要補(bǔ)充反應(yīng)如圖4所示。
[0027]進(jìn)一步地，煙氣中H20濃度的增加，等離子體放電激發(fā)出更多的.0H，異相氧化是低溫等離子體脫硫的主要途徑，也在一定程度上改善了 Hg0、N0x的脫除率。
[0028]進(jìn)一步地，隨著水汽濃度的繼續(xù)增大，N0x、V0Cs的脫除率先升高后降低。這是由于生成的HNO開(kāi)始與自由基.0H、.0、.H結(jié)合參與反應(yīng)，增加了NO的濃度，抑制了脫除率。同時(shí)濕度增加使更多的水分子吸附電子形成負(fù)離子，減弱放電電流，影響大分子有機(jī)物降解。
[0029]進(jìn)一步地，在濕度-污染物脫除率曲線中，N0x、V0Cs的脫除率變化規(guī)律相似，在達(dá)到最高脫除率或降解率時(shí)所需要的濕度值近似，而Hg0、S02的脫除率曲線相似，因此考慮將反應(yīng)管內(nèi)濕度分為兩級(jí)。第一階段控制濕度保持在較高的數(shù)值，使得Hg0、S02充分反應(yīng)，但這一階段N0x、V0Cs的脫除效率低下所以含量仍較高。在第二階段將濕度降低至適當(dāng)值，使得N0x、V0Cs充分脫除。經(jīng)過(guò)兩級(jí)濕度不同的反應(yīng)管區(qū)域后能夠使得煙氣中的各種污染物都保持較高脫除率。同時(shí)前級(jí)濕度高于后級(jí)濕度符合反應(yīng)過(guò)程中濕度不斷下降的規(guī)律，可以使得水霧達(dá)到較高利用率，更加節(jié)能。
[0030]進(jìn)一步的，將反應(yīng)管分為前后兩級(jí)，在內(nèi)壁分別加裝一個(gè)濕度傳感器，并在管前端、尾部、以及一二級(jí)區(qū)域連接處安裝煙氣分析儀。在實(shí)測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)視煙氣污染物濃度以及管內(nèi)變化，傳至單片機(jī)進(jìn)行分析，得出當(dāng)前的各污染物脫出率以及濕度條件。由于污染物有最佳降解率時(shí)的濕度隨污染物濃度發(fā)生變化，且分析復(fù)雜，本例利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)最佳降解率時(shí)的濕度。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法利用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的濕度，使不同濃度的煙霧污染物在通過(guò)反應(yīng)管后達(dá)到最大脫除率。
[0032]進(jìn)一步的，所述自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制利用傳感器測(cè)量反應(yīng)管中的實(shí)時(shí)濕度，并傳送至單片機(jī)，根據(jù)之前設(shè)定的設(shè)定值與實(shí)時(shí)測(cè)量的測(cè)量值得到誤差，應(yīng)用數(shù)字PID控制輸出信號(hào)調(diào)整水霧噴頭產(chǎn)生的水霧量，使反應(yīng)管中的濕度穩(wěn)定在設(shè)定值。進(jìn)而使不同濃度的煙霧污染物在通過(guò)反應(yīng)管后達(dá)到最大脫除率。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法利用擾動(dòng)觀測(cè)法測(cè)量不同煙霧污染物濃度下的較佳濕度值。
[0034]在本實(shí)施例中，采用擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)不同污染物濃度下的濕度值實(shí)現(xiàn)最佳脫除率，其基本思想為:利用單片機(jī)控制擾動(dòng)噴頭的水霧發(fā)生量，進(jìn)而調(diào)節(jié)管內(nèi)的濕度，然后觀測(cè)污染物脫除率的變化，根據(jù)脫除率的變化趨勢(shì)連續(xù)改變擾動(dòng)水霧發(fā)生量方向，使得反應(yīng)管最終工作與最大脫除率濕度環(huán)境。
[0035]優(yōu)選的，為了簡(jiǎn)化模型，假定入端污染物濃度在此過(guò)程中保持不變，設(shè)△RH為每次調(diào)整的濕度步長(zhǎng)。當(dāng)濃度RH增大時(shí)，若脫除率RE(k)>RE(k_l)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保持增大設(shè)定濃度的擾動(dòng)方式，即冊(cè)代€ =冊(cè)代€+八冊(cè)。當(dāng)濃度冊(cè)增大時(shí)，若脫除率1?(10<1^(1^-1)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)采用減小設(shè)定濃度的擾動(dòng)方式，即RHref = RHref- Δ RH。當(dāng)濃度RH減小時(shí)，若脫除率RE(k)>RE(k-l)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保持減小濃度的擾動(dòng)方式，即RHref = RHref-A RH。當(dāng)濃度RH增大時(shí)，若脫除率RE(k)>RE(k-l)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)采用增大設(shè)定濃度的擾動(dòng)方式，S卩RHref =RHref+Δ RH，如圖5所示。
[0036]進(jìn)一步地，管內(nèi)濕度實(shí)際值受污染物濃度，氣體流速，霧化頭噴霧量影響，同時(shí)隨反應(yīng)的進(jìn)行濕度不斷降低。因此利用數(shù)字PID對(duì)濕度實(shí)際值進(jìn)行調(diào)控，如圖6所示。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法利用預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法糾正由于實(shí)際生產(chǎn)中煙霧污染物濃度隨機(jī)變化所帶來(lái)的觀測(cè)方向誤判。
[0038]在本實(shí)施例中，由于進(jìn)入反應(yīng)管污染物濃度隨時(shí)間變化，使得擾動(dòng)觀測(cè)法出現(xiàn)誤判，而導(dǎo)致管內(nèi)濕度不能達(dá)到最優(yōu)值。這里利用改進(jìn)的預(yù)估擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)現(xiàn)控制。假設(shè)在有效控制時(shí)間內(nèi)，污染物濃度變化速率恒定。設(shè)kT時(shí)刻RHk濃度下測(cè)得的脫除率為RE(k)，此時(shí)并不對(duì)濃度加擾動(dòng)，而在kT時(shí)刻后半個(gè)采樣周期的(k+l/2)T時(shí)刻增加一次脫除率計(jì)算，設(shè)計(jì)算值為RE(k+l/2)，則可以得到基于一個(gè)采樣周期的預(yù)測(cè)脫除率RE’(k)為:
[0039]RE’(k)=2RE(k+l/2)-RE(k)
[0040]進(jìn)一步地，在(k+l/2)T時(shí)刻按擾動(dòng)觀測(cè)法增加濕度擾動(dòng)，并設(shè)采集出(k+l)T時(shí)刻在RE(k+Ι)濕度下脫除率為RE(k+Ι)，此時(shí)利用RE’(k)與RE(k+Ι)比較得出下次擾動(dòng)方向，就不再存在誤判問(wèn)題。
[0041 ]在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙霧污染物的濃度變化是否超過(guò)閾值，若沒(méi)有超過(guò)閾值，則采用擾動(dòng)觀測(cè)法得到較佳濕度值，如果超過(guò)閾值，則采用預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法得到濕度較佳值。
[0042]在本實(shí)施例中，通過(guò)反應(yīng)管前端安裝的煙氣分析儀進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)污染物濃度變化超過(guò)一定閾值時(shí)，采取預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法，而污染物濃度沒(méi)有太大變化時(shí)使用擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度最優(yōu)值得控制。完整的控制過(guò)程框圖如圖7所示。
[0043]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替代;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例的技術(shù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種濕度自調(diào)節(jié)的等離子體煙氣污染物脫除方法，其特征在于: 所述方法利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電，激發(fā)出多種活性粒子作用于煙氣污染物上，使其中的物質(zhì)被深度氧化便于脫除； 所述方法利用反應(yīng)管中的水霧噴頭提高反應(yīng)管中環(huán)境濕度，進(jìn)而提高煙霧污染物的脫除率； 所述方法利用自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的空氣濕度，使污染物的脫除率達(dá)到較優(yōu)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:優(yōu)選的，所述方法利用線筒結(jié)構(gòu)介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的高能電子激發(fā)出的活性粒子與煙氣污染物中的HgO、SO2、N0X進(jìn)行反應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述方法將反應(yīng)管分為前段和后段，通過(guò)控制前段和后段的濕度值，使不同的煙氣污染物通過(guò)反應(yīng)管后，煙氣污染物中的不同成分均得到較高的脫除率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法利用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制反應(yīng)管中的濕度，使不同濃度的煙霧污染物在通過(guò)反應(yīng)管后達(dá)到較大的脫除率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述自調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制利用傳感器測(cè)量反應(yīng)管中的實(shí)時(shí)濕度，并傳送至單片機(jī)，根據(jù)之前設(shè)定的設(shè)定值與實(shí)時(shí)測(cè)量的測(cè)量值得到誤差，應(yīng)用數(shù)字PID控制輸出信號(hào)調(diào)整水霧噴頭產(chǎn)生的水霧量，使反應(yīng)管中的濕度穩(wěn)定在設(shè)定值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述方法利用擾動(dòng)觀測(cè)法測(cè)量不同煙霧污染物濃度下的較佳濕度值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述方法利用預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法糾正由于實(shí)際生產(chǎn)中煙霧污染物濃度隨機(jī)變化所帶來(lái)的觀測(cè)方向誤判。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙霧污染物的濃度變化是否超過(guò)閾值，若沒(méi)有超過(guò)閾值，則采用擾動(dòng)觀測(cè)法得到較佳濕度值，如果超過(guò)閾值，則采用預(yù)估的擾動(dòng)觀測(cè)法得到濕度較佳值。
【文檔編號(hào)】B01D53/32GK106039945SQ201610594470
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日 公開(kāi)號(hào)201610594470.4, CN 106039945 A, CN 106039945A, CN 201610594470, CN-A-106039945, CN106039945 A, CN106039945A, CN201610594470, CN201610594470.4
【發(fā)明人】喬天杰, 趙林峰, 孫培澤, 王小華
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)