等离子体蒸发器及利用它的废气清除系统的制作方法

本发明涉及一种等离子体蒸发器。更具体地，本发明涉及一种用于使待蒸发液体(例如，尿素水或氨水)蒸发的等离子体蒸发器及利用它的废气清除系统。

背景技术：

对于利用燃气轮机的联合火力发电，从燃气轮机排出的废气中所包含的氮氧化物(nox)可以用选择性催化还原(scr)催化剂清除。在正常运行时，从燃气轮机排出的废气温度为200℃以上，因此对scr催化剂的工作不会有什么阻碍。然而，初始启动时燃气轮机的负载(load)逐渐提高，因此废气温度不会高到足以使scr催化剂工作。

这样低的温度导致scr催化剂无法达到工作温度，因此以nox未被还原的状态排出废气。另外，温度条件低导致no2的产生量增多，会产生黄色或浅褐色的黄烟。例如，在250℃以下的20～40分钟左右的启动初始阶段可能会产生黄烟。

如此，在燃气轮机的启动初始阶段较低温度下，虽然nox不会被还原，但氨供应充足就会以铵盐形式粘附在催化剂上，因此废气中不会包含nox。随后，燃气轮机处于正常运行状态时，在高温下催化剂上的铵盐分解而转变成nox形式，从而可在scr催化剂上被还原、清除。氨在保管及移动上存在危险，因此以尿素(urea)水或氨水形式供应。

为了在启动初始阶段快速供应大量的氨，初始启动时在较低背景温度下需要使尿素水或氨水快速蒸发。然而，如果利用电热器或高温蒸气，则装置的启动时间变长，而且装置的结构变得复杂。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的是提供一种短时间内使待蒸发液体(例如，尿素水或氨水)蒸发的等离子体蒸发器。本发明的另一目的是提供一种利用所述等离子体蒸发器的废气清除系统。

技术方案

本发明一实施例的等离子体蒸发器包括：电弧产生单元，所述电弧产生单元用于产生等离子体电弧；高热密度单元，所述高热密度单元连接成所述电弧产生单元中变窄的第一通道，用于使产生的电弧集中以提高电弧密度；蒸发空间单元，所述蒸发空间单元形成从所述高热密度单元扩展的蒸发空间；喷嘴，所述喷嘴设置在所述蒸发空间单元上，用于向在所述蒸发空间扩展的电弧喷射待蒸发液体；以及蒸气排出单元，所述蒸气排出单元连接在所述蒸发空间单元上成为变窄的第二通道，用于排出在所述蒸发空间单元蒸发的待蒸发液体的蒸气。

所述电弧产生单元可包括：第一壳体，所述第一壳体供应放电气体且电性接地；第二壳体，所述第二壳体连接在所述第一壳体上成为变窄的第一斜面并形成所述第一通道；以及驱动电极，所述驱动电极内置于所述第一壳体，所述驱动电极与所述第一斜面之间形成放电间隙，所述驱动电极被施加驱动电压。

所述第二壳体可进一步具有向所述第一斜面的相反侧扩展的第二斜面，所述高热密度单元设置成所述第一通道。

所述蒸发空间单元可由所述第二斜面、连接于所述第二斜面的扩展端部并形成蒸发空间的第三壳体、及连接在所述第三壳体上的所述蒸气排出单元的第四壳体的变窄的第三斜面组成。

所述第二壳体可进一步包括换热壳体，所述换热壳体配置在所述第二壳体的外周，所述换热壳体与所述第二壳体之间形成用于换热的换热腔室。

本发明一实施例的等离子体蒸发器可进一步包括：供应口，所述供应口连接在与所述喷嘴连通的所述换热腔室上，用于供应低温待蒸发液体；排出口，所述排出口连接在所述换热腔室上，用于排出高温待蒸发液体；以及安全阀，所述安全阀用于防止所述换热腔室内生成气相空间或气泡并保持待蒸发液体的压力。

本发明一实施例的等离子体蒸发器可进一步包括：电热板，所述电热板配备在所述第二斜面上，用于使未蒸发液滴蒸发。

另外，所述待蒸发液体可为尿素水或氨水。

本发明一实施例的废气清除系统可包括：废气管道，所述废气管道连接在燃气轮机上；scr(selectivecatalyticreduction)催化剂，所述scr催化剂设置在所述废气管道上；以及等离子体蒸发器，所述等离子体蒸发器在所述燃气轮机和所述scr催化剂之间设置在所述废气管道上，用于使尿素水或氨水蒸发并供应到所述废气管道。

所述废气管道可进一步具有设置所述等离子体蒸发器的蒸发器腔室，所述废气管道连接成将废气供应到所述蒸发器腔室的下方并从上方排出，所述等离子体蒸发器可配置成在所述蒸发器腔室的下方向废气的进入方向喷射蒸气。

有益效果

如上所述，一实施例的等离子体蒸发器将产生自电弧产生单元的等离子体电弧集中到高热密度单元，并在蒸发空间单元使电弧扩展，在此状态下通过喷嘴喷射待蒸发液体(例如，尿素水或氨水)，从而可通过蒸气排出单元迅速地排出被蒸发的高温待蒸发液体(尿素水或氨水)蒸气。

此外，一实施例的废气清除系统，在scr催化剂下废气温度没有高到足以清除nox的状态下(例如，燃气轮机的启动初始阶段)，通过在等离子体蒸发器中用等离子体电弧使待蒸发液体(尿素水或氨水)蒸发并将待蒸发液体(尿素水或氨水)的蒸气供应到废气，可以将包含在废气中的nox以铵盐形式清除。

附图说明

图1是本发明第一实施例的等离子体蒸发器的剖视图。

图2是沿图1的ⅱ-ⅱ线的剖视图。

图3是本发明第二实施例的等离子体蒸发器的剖视图。

图4是在燃气轮机的废气管道上设置第一实施例的等离子体蒸发器的本发明一实施例的废气清除系统的结构图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例，以使所属领域的技术人员容易实施本发明。本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于本文所述的实施例。附图中省略了与说明无关的部分，以便清楚地说明本发明，通篇说明书中采用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

图1是本发明第一实施例的等离子体蒸发器的剖视图，图2是沿图1的ⅱ-ⅱ线的剖视图。请参见图1及图2，第一实施例的等离子体蒸发器1包括用于产生等离子体电弧的电弧产生单元10、高热密度单元20、蒸发空间单元30、喷嘴40及蒸气排出单元50。

电弧产生单元10包括第一壳体11、第二壳体12及驱动电极13，以由供应的放电气体产生等离子体电弧。在一个例子中，第一壳体11形成为圆筒且电性接地，通过配备在一侧上的气口111将放电气体供应到第一壳体11的内部。

气口111以等角度间隔设置在第一壳体11的圆周方向上，以使放电气体进入驱动电极13的周围均匀分布，而且气口111沿切线方向形成在第一壳体11的内面上，以使放电气体沿切线方向进入，从而可引导放电气体旋转流动。

第二壳体12具有变窄的第一斜面121并连接于第一壳体11，而且变窄的第一斜面121的中心上具有第一通道123。即，第一斜面121通过最大直径部连接于第一壳体11，而由最小直径部形成第一通道123，从而将放电气体及等离子体电弧引向第一通道123。电弧在第一通道123内形成高密度且稳定。

驱动电极13内置于第一壳体11，驱动电极13与第一壳体11的内面之间形成放电气体流路，并且驱动电极13与第二壳体12的第一斜面121之间形成放电间隙g。第一斜面121的结构对应于驱动电极13的端部，从而形成逐渐变窄的空间，以容纳驱动电极13的端部。

在向放电间隙g供应放电气体的状态下，当第一壳体11接地且驱动电极13被施加驱动电压hv时，在放电间隙g以放电气体为媒介产生等离子体电弧。等离子体电弧被第一斜面121引导，从而密度变高并进入第一通道123。

高热密度单元20设置成第一通道123。即，高热密度单元20连接在电弧产生单元10中变窄的第一斜面121上成为第一通道123，从而将放电间隙g中产生的等离子体电弧集中到第一通道123的内部，以提高等离子体电弧的密度。

蒸发空间单元30形成从高热密度单元20扩展的蒸发空间s。为此，第二壳体12进一步具有在第一斜面121的相反侧扩展的第二斜面122。即，第二壳体12在第一通道123的前后方具有第一斜面121、第二斜面122。第二斜面122在蒸发空间单元30的一侧形成逐渐变宽的空间。

蒸发空间单元30由第二斜面122和第三壳体33及第四壳体14的第三斜面141组成。第三壳体33连接于第二斜面122的扩展端部上并界定蒸发空间s的圆周方向边界。第四壳体14连接于第三壳体33并具有面向蒸发空间单元30的第三斜面141。

第三斜面141设置在蒸发空间s的第二斜面122相反侧且沿着远离蒸发空间s方向变窄而形成第四壳体14的一侧。第三斜面141组成蒸发空间s，且相对于第二斜面122缓慢地变窄。

另外，第二壳体12进一步包括换热壳体21，所述换热壳体21配置在第二壳体12的外周，所述换热壳体21与第二壳体12之间形成换热腔室15，所述换热壳体21与喷嘴40连通。供应口151配备在换热腔室15一侧的换热壳体21上，以将低温待蒸发液体(例如，尿素水或氨水)供应到换热腔室15。排出口152配备在换热腔室15一侧的换热壳体21上，以排出高温待蒸发液体。

安全阀153配备在形成换热腔室15的换热壳体21上，以防止在换热腔室15内形成气相空间或气泡，并将待蒸发液体的压力保持在设定值。

喷嘴40设置在蒸发空间单元30上，以向蒸发空间s中扩展的等离子体电弧喷射尿素水或氨水。喷嘴40可在蒸发空间单元30的上下配置一对或者可在圆周方向以等间距配置多个(例如为三个)，并沿着与第二斜面122的倾斜度对齐的方向设置喷射方向。

因此，从喷嘴40喷射的尿素水或氨水向设置在第二斜面122内部的蒸发空间s的中心喷射。尿素水或氨水喷向蒸发空间s中扩展的高温等离子体电弧而变成包含氨或尿素的蒸气。

蒸气排出单元50连接在蒸发空间单元30成为中心变窄的第二通道143，以排出在蒸发空间单元30蒸发的氨蒸气。因此，蒸气排出单元50设置成第四壳体14中配备在第三斜面141中心的第二通道143。第二通道143可从高温高压的蒸发空间s喷出高温氨蒸气。

下面，对本发明第二实施例进行说明。与第一实施例进行比较省略相同结构，而对不同结构进行说明。

图3是本发明第二实施例的等离子体蒸发器的剖视图。请参见图3，第二实施例的等离子体蒸发器2在第二斜面122上进一步具有电热板61。

电热板61使经过第一通道123后在蒸发空间s未蒸发的尿素水或氨水的未蒸发液滴进一步蒸发。因此，电热板61通过清除堆积到第二斜面122上的未蒸发液滴，可使被喷射的尿素水或氨水的蒸气在蒸发空间s进一步增加并由蒸气排出单元50排出。电热板61不用消耗大量的电力，就可以使堆积在蒸发空间s的未蒸发液滴有效地蒸发。

图4是在燃气轮机的废气管道上设置第一实施例的等离子体蒸发器的本发明一实施例的废气清除系统的结构图。

请参见图4，一实施例的废气清除系统包括连接于燃气轮机71的废气管道72、设置于废气管道72的scr催化剂73、及等离子体蒸发器1。为了方便起见，适用第一实施例的等离子体蒸发器1。

废气管道72连接燃气轮机71和scr催化剂73，以排出燃气轮机71的废气。等离子体蒸发器1设置在废气管道72上，用于使尿素水或氨水蒸发并供应到废气管道72。

在一个例子中，废气管道72进一步具有蒸发器腔室74，废气供应到蒸发器腔室74的下方并从上方排出。等离子体蒸发器1设置在蒸发器腔室74上。

等离子体蒸发器1配置成在蒸发器腔室74的下方向废气的进入方向喷射氨蒸气。因此，从等离子体蒸发器1喷射的氨水的蒸气会喷射到蒸发器腔室74内的废气。

氨蒸气与燃气轮机71的启动初始阶段包含在废气中的nox进行反应而生成铵盐。铵盐会粘附在scr催化剂73上。因此，在燃气轮机71低温驱动的启动初始阶段，也不会通过废气管道72排出nox。

燃气轮机71正常运行后，因高温条件scr催化剂73上的铵盐分解而转变成nox形式，从而可在scr催化剂73上被还原、清除。

另外，虽然没有图示，等离子体蒸发器可使起到催化剂作用的包含金属成分的金属溶液(metalsolution)蒸发并通过蒸气排出单元排出。此时，从金属溶液蒸发的金属蒸气可喷射到成为催化剂涂覆对象的粉末(powder)上，此时可在粉末表面上涂覆金属成分。

以上对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不局限于此，在权利要求书和说明书及附图范围内能够以各种方式变形实施，这些理所当然也属于本发明的范围。

符号说明

1、2：等离子体蒸发器10：电弧产生单元

11：第一壳体12：第二壳体

13：驱动电极14：第四壳体

15：换热腔室20：高热密度单元

21：换热壳体30：蒸发空间单元

33：第三壳体40：喷嘴

50：蒸气排出单元61：电热板

71：燃气轮机72：废气管道

73：scr催化剂74：蒸发器腔室

111：气口121：第一斜面

122：第二斜面123：第一通道

141：第三斜面143：第二通道

151：供应口152：排出口

153：安全阀g：放电间隙

hv：驱动电压s：蒸发空间