纳秒窄脉冲放电等离子体除臭技术

Original 投稿文章 VOCs减排工作站 2022-07-15

等离子体技术作为一种新技术，经过几十年的发展，大致经历了三代产品的发展：第一代采用直流供电电晕放电技术；第二代采用交流供电介质阻挡DBD放电技术；第三代采用纳秒窄脉冲放电技术。该技术入选2021 年《国家先进污染防治技术目录（大气污染防治、噪声与振动控制领域）》第19条《窄脉冲放电除臭技术》示范工程技术，下面来详细介绍分享：

1、几类等离子技术介绍

1）直流放电等离子技术:只是静电除尘技术的简单嫁接和模仿，远没有达到产生等离子体的电压能量等级，利用静电吸附原理应用在除尘、除油烟、电捕焦等方面，对除臭和除VOCs基本无效。因直流供电技术具有很好的静电吸附作用，因此设备运行一段时间后极板极线会有大量集尘包裹，需要及时进行清洗和除垢。

2）介质阻挡放电（DBD）等离子体技术:相对于直流普通放电，其能量密度大幅提高，能够产生较高的等离子体。但一般介质阻挡DBD放电，其放电间距在2-3mm，放电空间狭小，怕粉尘、怕水汽凝结，对气体来源要求严格，因此需要对气体进行预处理，去尘、去湿后才能保证设备长期可靠运行。此外，因放电空间狭小，该技术会存在局部气体浓度过高及爆燃风险。

3）纳秒窄脉冲放电等离子体技术:纳秒级脉冲放电采用间歇性窄脉冲供电方式，可在提高放电电压的情况下不产生空气击穿，软件控制在无火花运行。即使工况恶劣偶尔出现火花也能迅速灭弧，自动保护，增加浓度检测仪、风机、喷淋等各种联锁保护控制功能，反应器采用宽极距，放电极距是DBD放电的10倍以上，电子密度稍低，安全性能高；在这种大极距、大通量结构下，高湿度气体和积灰对放电几乎无影响；本体自带增湿和清洗功能，不积炭、不起燃。高湿环境下放电产生大量-OH自由基，可有效抑制助燃物-O自由基和O3的生成。

2、纳秒窄脉冲放电等离子技术

纳秒窄脉冲放电等离子体技术是第三代等离子发生技术。在大功率纳秒电晕放电情况下产生高浓度等离子体，其等离子体内部富含高能高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。这些高能高化学活性的粒子可以在低温条件下将废气中的污染物质分解并氧化为CO2和H2O等终端无害物质,部分含氧小分子物质，再经由喷淋吸收处理，从而达到净化废气污染物的目的。反应器采用大管径放电具有阻力小，通量大，不怕尘、不怕水汽等特点。该工艺能够在常温条件下实施污染物分解处理，设备占地面积小、运行维护费用低、运行稳定和净化效果好等优势，适合于处理大风量低浓度的有机废气和恶臭气体治理，正常运行情况下脱除效率可高达90%，具有广谱性多种污染物一体化脱除的特点。

3、净化原理

整个过程发生的主要化学反应有：

1）活性氧[O]生成：

2）有机物HC的氧化反应

3）有机物的分解

4）硫化物的分解

5）NH3的分解

6）碱洗：

4、与同类技术比较竞争优势

等离子体技术作为一种新技术，其核心是如何提高电场强度和注入能量使之产生足够多高能电子，因此供电方式和反应器的结构形式至关重要，市场上掌握其核心技术的公司少之又少。相比于直流放电等离子技术和DBD介质阻档放电等离子技术，纳秒窄脉冲放电等离子体技术是第三代等离子技术，其主要优点：

1）等离子体产生采用大功率纳秒级窄脉冲高压脉冲电源，能量高，瞬时功率达百兆瓦级，能量注入时间短，放电效果明显，对污染物的处理能力强、效率高、范围广。传统直流式高压电源放电能级不够，只是静电除尘技术简单嫁接，产生不了等离子体。其放电效果对比如下图所示。

2）采用线筒式电晕放电，放电间隙大，且处于相对湿式的工作环境，装置内部设有自动清洗系统，可对电场内部的水蒸气凝结和气溶胶颗粒聚集现象得到很好的控制，因此本装置具有不怕尘、不怕水和阻力小等特点。传统DBD介质阻档放电间隙小、阻力大，怕尘、怕水需预处理，长期运行有结焦积碳起燃风险。

3）能耗低，在配合有喷淋吸附装置情况下，根据不同成分污染物和浓度差异，单位能耗1-3W/Nm³气体。

4）智能化程度高，可远程控制，操控简便，不受时间限制，即开即用，即关即停，后期人工运维简单、易操作；

5）运行稳定，保护功能全面。具有火花自动跟踪方式，自动熄弧，不怕短路，确保净化装置安全有效运行。

5 与其它产品技术的比较竞争优势

在除臭领域面临竞争工艺主要有生物滤池法和光催化法。其中生物滤池法是市政污水除臭治理的主流工艺，工业污水也有应用，但因工业污水来源成份复杂，恶臭浓度较高，生物法需进行菌种驯化才长期稳定运行。光催化处理效率较低，必须要有较长的反应时间且受催化剂、湿度、灰尘颗粒物的影响较大，市场低质劣质产品充斥将面临淘汰风险。因此在工业除臭领域，窄脉冲放电等离子除臭具有广普性，高效性。

采用“纳秒窄脉冲放电等离子体复合喷淋吸收”的组合工艺，其中窄脉冲放电等离子体在运行过程中几乎无二次污染物产生，整个工艺流程中只有喷淋吸收环节会产生少量的废液，其主要污染成分为盐类物质及COD值较低的有机化合物，条件性周期排放，预设排污为PH为9，其排污周期一般为7—10天，每个排污周期废液产生量少，产生的二次污染无需外运处理。而光催化等工艺的填料更换以及紫外灯管（危废）、催化剂等均需外运或委托有资质单位处理。

因此，综合以上因素，该技术净化系统无论是在技术合理性、先进性，还是经济可行性方面都有优势。建设费用及运行费用相对合理，采用的技术原理是合理、可行的，项目的实施是安全可靠的。

6 典型工程案例图

来源：杭州卓天科技有限公司。VOCs减排工作站再编辑。

免责声明：所载内容、图片来源互联网，微信公众号及单位/个人投稿等公开渠道，我们对文中观点保持中立，仅供参考，交流之目的。转载的稿件版权归原作者和机构所有，如有侵权，请联系我们删除。

长按自动扫码，加入VOCs减排工作站微信群聊大家庭

好文推荐（滑动查看更多）

VOCs治理技术|行业（一）：焦化行业全工段VOCs末端治理解决方案

VOCs治理技术|行业（二）：煤化工行业甲醇储罐冷凝回收及蒸汽平衡系统解决方案

VOCs治理技术|行业（三）：医药行业活性炭纤维吸附-蒸汽脱附回收甲苯工程实例

VOCs治理技术|行业（四）：焦化行业VOCs治理市场分布解析

VOCs治理技术|行业（五）：活性炭纤维吸脱附回收某化工企业车间废气中甲苯工程实例

VOCs治理技术|行业（六）：国内制药工业VOCs治理标准及排放限值对比汇总