CN108298506A - 基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置及处理方法,它包括介质阻挡放电反应器(2),高频交流电压源(1)与介质阻挡放电反应器的外电极和内电极通过导线连接;介质阻挡放电反应器一端连接进气口;另一端与碱液吸收池(4)连接;所述介质阻挡放电反应器(2)放置在封闭油箱(3)内,封闭油箱(3)内充满有变压器油;解决了现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存,并没有实现六氟化硫的分解与安全排放等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于六氟化硫降解技术,尤其涉及一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置及处理方法。
背景技术
六氟化硫(SF6)由于具有良好的电气性能和优异的灭弧性能,作为绝缘介质材料被广泛应用于各种高压电气设备中。此外,由于SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃且无腐蚀性的惰性气体,它还被广泛应用于金属冶炼、半导体制造、医疗、化工、大气示踪和航空航天等行业。但研究表明SF6的温室效应潜在值(Global Warming Potential, GWP)是CO2的23900倍,而且SF6在大气中的降解速度非常缓慢,大约需要3200年,所以在1997年签订的《京都议定书》中已将SF6气体列为六种限制性排放的温室气体之一。
据统计资料表明,在SF6应用领域中,电力工业的SF6排放是全球最大的SF6排放源类别。从1990年以来,我国电力工业的SF6排放量占总排放量的70%(其中包括气体泄漏、设备维修和退役),紧接着是镁金属冶炼工业、半导体制造工业和SF6气体生产行业,各约占10%。
现有的关于SF6废气回收处理的装置,例如2016年5月18日公布号为104482400B的“一种便携式SF6气体回收装置”,包括低压回收模块及高压回收模块,低压回收模块包括过滤器、真空压缩机、气路控制设备等部分。该装置的主要缺点有:
1.该装置主要针对SF6的废气进行回收,单位时间内回收效率较低,SF6的回收率难以得到保证;
2.该装置对SF6气体中可能含有的分解气体如SO2、SO2F2等酸性气体除过滤器外没有设置针对性的处理设备,缺乏对可能存在的有毒气体的应对处理措施;
3.该装置在收集SF6之后,缺乏高效的储存方式,可能影响设备的工作效率。并未从根本上解决SF6的废气排放问题。
目前针对SF6的降解处理方法,主要有复旦大学沈燕等人于2007年在《环境化学》上发表的“介质阻挡放电处理SF6的研究”,该研究使用了玻璃管反应器,在介质阻挡放电条件下,对58ml体积下的SF6进行了降解,在10分钟时间可以降解80%的SF6气体。该方法基于介质阻挡放电,但是对SF6的处理量非常低,同时装置在放电反应过程中,内部气流不流通,没有相应的尾气回收装置,仍有许多需要改进的地方;而且在介质放电过程中,反应器温度会升高,导致降解效率降低;不能有效对SF6气体进行降解;而且不能有效对反应器进行降温会存在安全隐患,影响设备安全等技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置及处理方法,以解决现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存,并没有实现六氟化硫的分解与安全排放等技术问题,并且针对降解过程中,在介质放电过程中,反应器温度会升高,导致降解效率降低;不能有效对SF6气体进行降解;而且不能有效对反应器进行降温会存在安全隐患,影响设备安全等技术问题。
本发明的技术方案是:
一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,它包括介质阻挡放电反应器,高频交流电压源与介质阻挡放电反应器的外电极和内电极通过导线连接;介质阻挡放电反应器一端的进气口与进气管道连接;另一端的出气口与碱液吸收池连接;所述介质阻挡放电反应器放置在封闭油箱内,封闭油箱内充满有变压器油。
高压电压源为交流电压源,为介质阻挡放电反应器提供正负幅值13kV,频率8.7kHz的高频电压。
所述介质阻挡放电反应器为双层介质同轴圆柱体反应器。
封闭油箱内安装有温度传感器;温度传感器固定在封闭油箱的内侧,位于介质阻挡放电反应器下方10mm处。
它还包括载气瓶,载气瓶出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与介质阻挡放电反应器的进气口连接;载气瓶出气口管道上依次安装有第一减压阀、第一电磁流量计和第一电磁阀;六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀、第二电磁流量计和第二电磁阀。
载气瓶内存放有Ar气;介质阻挡放电反应器的进气口处六氟化硫浓度为5%,气体流量为0.5~5L/min。
碱液吸收池出气口设置有二个出气支路,第一出气支路通过第三电磁阀与大气连通;第二出气支路通过第四电磁阀、空气压缩机后与存储气瓶连接。
本发明有益效果:
本发明的高频交流电压源通过导线与介质阻挡放电反应器相连接,在介质反应器两端施加高频电压,使得反应器内部两层介质管之间发生介质阻挡放电,放电区域内产生密集等离子体;将SF6气体及相关气体通入介质阻挡放电反应器内,介质反应器沉浸在封闭油箱中,以实现散热;SF6气体在放电等离子体区域内会发生碰撞电离导致分解;SF6的分解气体随气流导出并顺导管流入所述的碱液吸收池中,在所述的碱液吸收池内,SF6有毒酸性分解气体会与NaOH溶液发生反应;经过碱液吸收池后的气体导出并储存或检测,完成SF6降解。
本发明实现以下效果:
1.本发明通过介质放电产生等离子体放电区域,可以对SF6气体实现有效的破坏与降解;
2.本发明通过NaOH溶液有效过滤SF6分解气体中的酸性有害气体,方便降解气体的回收与排放;
本发明将介质阻挡放电反应器放置于封闭油箱中,能够有效为反应器实现散热,使介质阻挡放电反应器内部放电区域更加安全有效,提高SF6的降解处理效果,保证设备和人身安全;通过对比得出本发明采用将介质阻挡放电反应器放置于封闭油箱中,具有以下优点:1、 在油浸式条件下介质阻挡放电反应器放电功率比非油浸式提高8%以上;
2 、油浸式条件下介质阻挡放电反应器能量效率提高50%左右;
3 、油浸式条件下介质阻挡放电反应器的降解效率比空气式提高20%左右;
4 、油浸式条件下介质阻挡放电反应器相对于空气式具有更好的散热效果,油浸式可以通过散热有效保护反应设备,减缓介质阻挡放电反应器老化和破损的过程,增长反应器寿命;降低使用成本。
本发明可以广泛应用于电力工业气体绝缘设备中SF6废气的降解处理中,操作简单,降解效果良好。
本发明解决了现有技术仅针对六氟化硫气体进行收集、提纯和储存,并没有实现六氟化硫的分解与安全排放等技术问题,并且针对降解过程中,在介质放电过程中,反应器温度会升高,导致降解效率降低;不能有效对SF6气体进行降解;而且不能有效对反应器进行降温会存在安全隐患,影响设备安全等技术问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,它包括介质阻挡放电反应器2,高频交流电压源1与介质阻挡放电反应器的外电极和内电极通过导线连接;介质阻挡放电反应器2一端的进气口与进气管道连接;另一端的出气口与碱液吸收池4连接;所述介质阻挡放电反应器2放置在封闭油箱3内,封闭油箱3内充满有变压器油。
在降解进行过程中,介质阻挡放电反应器中因施加高压,在放电石英管内会产生密集的等离子体区域,放电过程会导致管壁温度升高,最高可能达到300~600摄氏度的高温,可能导致管壁破裂、气体泄漏等问题,对设备的稳定运行以及操作人员的人身安全造成威胁。因此通过将反应器沉浸在变压器油中,一方面可以有效的是反应器在放电过程中散热,同时可以通过温度传感器实时监测附近油温,以防止安全事故的发生。相比于现有技术,反应器直接暴露在空气中并且没有设置温度监测,本发明可以对反应器的温度进行有效的控制,将反应器的工作温度控制在安全范围之内,有效的避免温度过热与反应器损坏等事故的发生。
高压电压源11为交流电压源,为介质阻挡放电反应器2提供正负幅值13kV,频率8.7kHz的高频电压。在该电压和频率条件下,高频交流电压源对介质阻挡反应器具有最高的输入功率,可以将最多的电源功率用于产生等离子体放电,相比于现有技术,该电源与放电反应器配合能够获得更高的能量效率。
所述介质阻挡放电反应器2为双层介质同轴圆柱体反应器。
封闭油箱3内安装有温度传感器5;温度传感器5固定在封闭油箱3的内侧,位于介质阻挡放电反应器2下方10mm处。
封闭油箱为400*300*300mm尺寸的防弹玻璃材质,两侧设置出气口与导线走线口,空隙部分通过厌氧胶固定封死。
所述介质阻挡放电反应器2为双层介质同轴圆柱体反应器。
所述的介质阻挡放电反应器2主要由内外电极和两层同轴的介质管组成;内电极为棒电极,直径1.5mm,固定在内层介质管的内部,与介质管同轴;外层电极为网状结构,缠绕在外层介质管的外侧;介质管均为石英玻璃材质,内管厚2mm,内直径4mm,外直径8mm;外管厚2.5mm,内直径20mm,外直径25mm;两管之间间隙为6mm;管长350mm,放电区域长度200mm,放电区域空间体积约60cm3;
所述的介质阻挡放电反应器2被放置在封闭油箱3中,封闭油箱3中充满变压器油,保证变压器油完全浸没所述的介质阻挡放电反应器2;
所述的介质阻挡放电反应器2出气口通过导管与所述的碱液吸收池4连接,碱液吸收池4主体为洗气瓶结构,内部装有饱和NaOH溶液;
所述的温度传感器5被固定在封闭油箱3的内侧,位于介质阻挡放电反应器2下方10mm处,温度传感器5的温度信息通过数据线导出至封闭油箱3的外部;
它还包括载气瓶6,载气瓶6出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与介质阻挡放电反应器2的进气口连接;载气瓶6出气口管道上依次安装有第一减压阀7、第一电磁流量计和第一电磁阀9;六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀10、第二电磁流量计11和第二电磁阀12。
载气瓶6内存放有Ar气;介质阻挡放电反应器2的进气口处六氟化硫浓度为5%,气体流量为0.5~5L/min。
第一减压阀7与第二减压阀10可以通过单片机或PLC控制,将气体压力减小至1~1.3Mpa;电磁流量计可以通过单片机或PLC控制,将气体流量控制在0.5~5L/min;电磁阀为高压电磁阀,通过单片机控制,可以耐受3~5Mpa的高压。
根据GIS等气体绝缘设备中SF6气体的浓度,对SF6通过第二电磁流量计11控制流量,并使用Ar载气进行稀释,将SF6浓度稀释至5%,过高的浓度在介质阻挡反应器中不易发生放电分解,SF6经过分解产生的低氟硫化物SFx和F离子可能发生复合反应重新生成SF6,导致SF6的降解被阻碍,因此将SF6通过Ar进行稀释。Ar气体的第一电离能较低,在放电区域内容易发生彭宁电离从而生成活性粒子,使得放电区域内的活性粒子密度增加,为SF6的碰撞分解提供较好的环境。因此对SF6的稀释有助于提高SF6的降解效率。
此外,通过第一电磁流量计8和第二电磁流量计11控制流速,可以有效的控制SF6的降解率,已知放电反应区域的体积一定,不同的SF6气体流速对应了不同的反应时间,过高的流速可能会导致SF6来不及在放电区域内充分被分解,因此通过流量控制可以根据降解率的大小调整,选择流量使得SF6降解率可以达到90~100%之间的设定值。
介质阻挡放电反应器2在加压状态下,会发生介质阻挡放电现象,在两侧石英玻璃介质管之间产生等离子体放电区域;SF6及相关气体通过导管进入所述的介质阻挡放电反应器2,并在等离子体放电区域内发生放电分解,产生降解产物,并随气流流出所述的介质阻挡放电反应器2;SF6及降解气体产物通过气管从介质阻挡放电反应器2流入所述的碱液吸收池4中,在所述的碱液吸收池4中部分酸性降解气体与饱和NaOH溶液发生反应,剩余气流流出所述的碱液吸收池4。
尾气处理装置导出的气体分成两路,一路通过电磁阀13控制,导入采气袋中采集分析,或直接排入大气;另一路通过电磁阀14控制,导入空气压缩机15中,空气压缩机15将气体压缩到0.1~10Mpa范围内的指定压力导入储存气瓶16中。
相对于现有的介质阻挡放电,基于没有降解尾气的处理。本发明通过气路设计,可以对降解碱液吸收后的尾气进行有针对性的收集。其一,可以通过空气压缩机15将尾气压缩收集至钢瓶16中,方便环保部门统一管理,或者对尾气中可再利用的部分气体进行收集提纯。其二,可以通过采气袋收集尾气,再使用相关设备如色谱仪、红外傅里叶分析仪等对其进行定性定量分析,或者直接将合乎环境安全规定的尾气直接排放至大气。
所述的温度传感器5位于所述的介质阻挡放电反应器2下方10mm处,实时监测所述的介质阻挡放电反应器2附近温度情况,确保温度不高于150°,当温度超过150°时,将采取人为措施停止反应器工作,使设备自然冷却,确保设备安全。
Claims (6)
1.一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,它包括介质阻挡放电反应器(2),其特征在于:高频交流电压源(1)与介质阻挡放电反应器的外电极和内电极通过导线连接;介质阻挡放电反应器(2)一端的进气口与进气管道连接;另一端的出气口与碱液吸收池(4)连接;所述介质阻挡放电反应器(2)放置在封闭油箱(3)内,封闭油箱(3)内充满有变压器油;封闭油箱(3)内安装有温度传感器(5);温度传感器(5)固定在封闭油箱(3)的内侧,位于介质阻挡放电反应器(2)下方10mm处。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,其特征在于: 高压电压源(11)为交流电压源,为介质阻挡放电反应器(2)提供正负幅值13kV,频率8.7kHz的高频电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,其特征在于:所述介质阻挡放电反应器(2)为双层介质同轴圆柱体反应器。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,其特征在于:它还包括载气瓶(6),载气瓶(6)出气口管道与六氟化硫进气口管道合流后与介质阻挡放电反应器(2)的进气口连接;载气瓶(6)出气口管道上依次安装有第一减压阀(7)、第一电磁流量计(8)和第一电磁阀(9);六氟化硫进气口管道上依次安装有第二减压阀(10)、第二电磁流量计(11)和第二电磁阀(12)。
5.根据权利要求5所述的一种基于介质放电的油浸式六氟化硫降解处理装置,其特征在于:载气瓶(6)内存放有Ar气;介质阻挡放电反应器(2)的进气口处六氟化硫浓度为5%,气体流量为0.5~5L/min。
6.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的六氟化硫降解处理装置,其特征在于:碱液吸收池(4)出气口设置有二个出气支路,第一出气支路通过第三电磁阀(13)与大气连通;第二出气支路通过第四电磁阀(14)、空气压缩机(15)后与存储气瓶(16)连接。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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