关键词：无线传感器  智能监测保护  低温等离子  废气处理

Abstract: In the design, wireless sensor network is responsible for data collection and transmission .The intelligent monitoring and protection system controls the inlet duct velocity of the low temperature plasma exhaust gas treatment device by a unidirectional electric / manual solenoid valve ,and the power supply of the plasma discharge body is adjusted according to the wind speed variance to control the working state of the low temperature plasma exhaust gas treatment device to reduce the influence of the by-product precipitation on the discharge body, and realize the intelligent remote supervision of the working state of the exhaust gas treatment device. The design of the technology is used to improve the adaptability, reliability and long-term performance of low temperature plasma exhaust treatment device, save a lot of maintenance costs for the enterprise, indirectly improve the enterprise effective profit.

Key words: Wireless sensor  Intelligent monitoring  Low-temperature plasma  Exhaust gas treatment            

【中图分类号】TK411+.5【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）05-0000-00

1 引言

随着造船业迅猛发展，在船舶建造与修理过程中影响职工健康的危害因素逐渐显现。涂装是造船工艺最基本最主要的工种，在涂装作业中，涂装前处理的工业有害物有粉尘、有机溶剂、酸洗腐蚀等，而在采用溶剂涂料进行涂装作业时，污染大气环境的工业有害物有漆雾粒子、有机溶剂（甲苯、二甲苯、甲乙酮等）、臭味、挥发物、热分解和反应的生成物等，这些有害物的量过大会对职工、周围居民、大气环境产生很大影响^[1]。因此，船厂的废气治理是迫在眉睫的问题^[1-4]。

镇江市某造船厂涂装车间的治理主要采用全面通风来改善作业环境，但带来了严重的污染问题，本文以镇江某造船厂涂装车间为研究对象，对低温等离子废气处理技术进行了探讨，并结合创新性的智能保护控制方法，实现了废气处理系统的自适应处理能力调节，提高了低温等离子废气处理系统的可靠性，降低了企业用电成本。

低温等离子体通过高低压电板/电极之间的近距离放电，达到产生等离子体的目的^[5-7]。放电状态与放电体结构、材质、电源、废气气流等因素具有直接关系。副产物的沉淀改变了放电体结构、气流流向流速，从而导致放电状态被动发生了改变，影响了废气处理效果和装置寿命，因此我们需要主动调整低温等离子体电源的参数以适应放电体的变化。本文提供了一种低温等离子废气处理装置智能监测保护系统，可以根据风速、电压、电流等电参数感知放电体的变化，并可根据自适应策略实时调整低温等离子体的放电状态。

2 监控系统设计

2.1 工艺结构原理

智能监测保护装置通过无线通讯方式实时采集低温等离子废气处理装置的风速、功率、VOC等数据；根据VOC数据计算放电体所需的期望状态，同时根据放电体出/进气端的风速均方差和功率判定放电体的当前状态。

图1 低温等离子废气处理装置系统结构图

低温等离子废气处理智能保护装置系统结构图如图1所示，图中1为进气口，2为单向电/手动电磁阀，3为除尘器，4为低温等离子放电体，7为电压传感器和电流传感器，6为臭氧抑制网，5为风速传感器，8为出气口，9为VOC在线监测传感器。其中风速传感器为HY-AN80型全铝风速传感模块，VOC在线监测传感器为湖南日科P801-VOC型传感模块，电压传感器型号为CHV-25P 闭环霍尔电压传感器，电流传感器型号为HBC-LSP厚施电流传感器。

2.2 工艺流程监控

根据等离子体放电结构，在智能监测保护装置中预设放电等级，以备装置根据放电功率对放电体状态进行划分。每个放电体状态或放电等级应保证1000m/h的废气对应的低温等离子放电体功率为0.5KW～2KW。针板式放电体的放电等级为5000V、8000V、12000V、介质阻挡放电体的放电等级为8000V、12000V、16000V、20000V。智能监测保护装置通过无线通讯方式实时采集低温等离子废气处理装置的风速、功率、VOC等数据；根据VOC数据计算放电体所需的期望状态，同时根据放电体出/进气端的风速均方差和功率判定放电体的当前状态。放电体的放电状态（等级）、风速均方差、功率之间的关系，可在VOC监测数据中非甲烷总烃满足排放标准的条件下（<60），通过经验建立。

初始条件下，放电体的放电状态（等级）、风速均方差、功率之间近似为线性关系。若VOC在线监测装置中的非甲烷总烃超过阈值，智能监测保护装置则提升放电体激发电压（即放电等级），并通过无线模块发送控制信号给单向电/手电磁阀，使其自动调低低温等离子废气处理装置入口的风速，使放电体的当前状态接近或达到期望状态。若VOC在线监测装置中的非甲烷总烃超过阈值小于阈值，智能监测保护装置则根据风速均方差和功率稳定放电体的当前状态；若非甲烷总烃数据小于阈值的1/3，智能监测保护装置则降低放电体的激发电压（即放电等级），同时自动调高低温等离子废气处理装置入口的风速。

本设计中，风速最小值为3米/秒，同时激发电压不得低于最低放电等级。当低温等离子废气处理装置达到稳定运行状态即放电体达到所需的放电等级，智能监测保护装置通过实时采集低温等离子废气处理装置的风速、功率、VOC等数据，实时判别各种参数的波动，通过控制激发电压、单向电/手电磁阀开口程度保持放电状态的稳定。单向电/手电磁阀的控制原则为电动阀门自动调节低温等离子废气处理装置管道的风速的原则为关闭管道口径的1/3。即每次需要调节时，缩小电磁阀使其口径缩小为之前的一半，从而自动调节低温等离子废气处理装置管道的风速。图2为低温等离子废气处理智能监测保护装置控制方法流程图。

图2 低温等离子废气处理智能监测保护装置控制方法流程

3 技术应用案例

主要成份：聚偏氟乙烯、氟碳漆、苯、甲苯、二甲苯、甲基异丁基（甲）酮等。

处理气量：1800 m³/h、4500 m³/h；（进口VOCs：298 mg/m³，出口排气 VOCs：12 mg/m³）

处理标准：达到GB16297—1996、GB14554—1993、GB3095—2012 的一级排放标准。

涂装废气低温等离子废气处理系统流程图如图3所示。

图3 废气处理工艺流程

涂装系统（流平、烘干、固化）喷漆 VOCs → 漆雾捕集器 →除尘器 →低温等离子净化室 →反应塔 → 净化气体排放。

废气收集后进入漆雾捕捉器进行前期预处理，处理后进入“低温等离子体”反应器单元，在该区域由于高能粒子的作用，使废气分子受激发发生分子键断裂，同时在高能电子轰击下也会产生·OH、活性氧·O、臭氧等强氧化性物质。随后在反应塔中填置泡沫浮球，促使废气分子与臭氧增强反应，从而达到消除废气中有害物质的目的。智能保护装置根据出入口的风速以及VOCS排放数据自适应的调整等离子放电功率，保证系统稳定性和废气处理长效性。各种参数的波动范围是正负10%。若智能监测保护装置发现电压无法提升、电流过大、风速均方差过小以及VOC数据过快过高超过阈值，则迅速切断低温等离子放电体的电源，并向手持终端、LCD显示屏等相关设备发送报警检修信号。电流报警阈值为额定电流的110%。风速均方差的阈值为0.5。VOC监测数据为非甲烷总烃，其阈值为相关的国家标准。废气处理前后的典型污染物处理结果参见附表所示。           

附表 典型废气处理结果比较

4 结束语

船厂涂装车间是一个重要的污染源，其废气处理是一项刻不容缓的任务。低温等离子体技术是一项很复杂的化学、物理反映的过程，其中放电体处理效果的稳定性是影响低温等离子体技术的重要因素。低温等离子体技术的工业化需要从稳定性、可靠性、能效、自适应废气处理等多个方面出发，保障电源能量、改进反应器的内部结构和全工况参数。由此可见，低温等离子技术涉及多个研究领域，需要科研和实践人员进行大量的科学实践研究才能获得更好的发展。

参考文献

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作者简介

殷帆 本科在读  研究方向：低温等离子废气处理技术领域