[发明专利]处理废气的装置及方法和其中应用的脉冲发生器

说明书

本发明总的涉及使用电子流放电等离子体(streamer discharge plasma)处理有毒或有害物质、诸如包含在热(电)发电厂、垃圾燃烧设施(即垃圾焚烧设备)、有毒物质处理设备及汽车的废气或烟气中的NO_x及SO_x或类似物的装置和方法。更具体地，本发明涉及电子流放电等离子体处理装置及方法，用于对包含在热电厂等的废气或烟气中的氮氧化物(以下写为NO_x)及硫氧化物(以下写为SO_x)进行分解及去毒。此外，本发明应用于在化工厂或类似工厂中产生的VOC(即挥发性有机化合物)气体进行分解及去毒。另外，本发明涉及在上述废气处理装置及方法中使用的脉冲发生器，更具体地，涉及在这样情况下作为电源使用的脉冲发生器，即电极被放置在例如由热电厂或类似设施排放的气体中，然后通过对这些电极提供脉冲功率(或能量)(即，通过在电极上施加脉冲电压)产生出(电子流放电)等离子，及通过电作用对有毒物质进行处理。

迄今，例如已采用了所谓氨催化还原法来分解NO_x。此外，已采用了所谓石灰-石膏法来分解SO_x。因此，所谓的化学处置或处理方法(工艺)已经成为从废气或烟气中除去其中的NO_x及SO_x的主要技术。

同时，近年来，一种电子流放电等离子体废气处理方法已被应用作为这种技术。在使用电子流放电等离子体处理废气中所含有毒物质的装置中，在(等离子体)反应室中产生出电子流放电等离子体。例如，在图15及16中分别表示出传统线对圆柱形反应室A及另一传统线对平板形反应室B的构造。在反应室A和B中分别通过在图15的线电极01及圆柱形电极02之间及在图16的线电极06及平板电极08之间分别地施加(相同的)高电压V₀产生出电子流放电等离子体。

从电子流放电等离子体中产生(或得到)的电子受到电场的加速，使得这些电子变成高能电子。包含在电子流放电等离子体中的高能电子通过与有毒物质碰撞使有毒物质如NO_x及SO_x分解和去毒。例如，在分解NO的情况下，这种高能电子与NO及N₂相碰撞，由此引起以下反应：，于是NO被分解。

有助于NO分解的游离基浓度(radical density)是由投入或施加给电子流等离子体的能量确定的。此外，反应系统中反应成份的反应速率也被确定(顺便提及，当游离基浓度确定时就自然确定了NO的处理率)。

在传统的方法及系统中，使用了高容量的高压电源及高容量的反应室，以便产生出电子流放电等离子体。顺便提及，在图15及16中，标号04,05,010和011表示电流导入线。

但是，在如图15或16所示具有一个高压电源及一个反应室的反应器的情况下，恒定的能量被投入到整个反应室中，而不管有毒物质的浓度如何。因此，会引起反应室出口中有毒物质浓度低的区域上能量的过大浪费。结果增加了处理所需的能量。即，当有毒物质的浓度降低到反应室中的目标值时，在其浓度低的区域中将消耗不小于所需能量值的能量值。

此外，与传统的化学处置或处理方法相比较，传统的电子流放电等离子体废气处理方法具有很大优点，即其设备价廉且装设该设备所需的空间小。传统的电子流放电等离子体废气处理方法具有的大缺点是：产生电子流放电等离子体所需的能耗约为10Wh/Nm³，故略小于传统化学处置或处理方法情况下所需能耗(即约6Wh/Nm³)的两倍。

同时，用于产生高电压脉冲的脉冲发生器已被用作在实施电子流放电等离体废气处理方法的装置中所用的电源。

图17概要地表示使用同轴电缆的分布常数(或参数)类型的传统脉冲发生器的结构图。在该图中，标号1_-1及1_-2表示分布常数(或参数)线(即传输线)；3表示高压侧导线(或电线)；4表示低压侧导线；V₀表示直流充电器；S₁表示短路开关；V_1-1及V_1-2分别表示与分布常数线1_-1及1_-2相应的箭头方向上产生的电压；Z表示负载；及V_P表示施加于负载Z的电压。