一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪制造技术

一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪，涉及到一种等离子体加热设备，主要由前枪体、后座、第一电极和第四电极组成，前枪体的构造内有弧腔和冷却水套，弧腔的两端分别有入口和压缩喷口，冷却水套在弧腔的外侧，第一电极的头部设置在前枪体的弧腔之外，并接近入口；第四电极（8）的头部通过压缩喷口伸入到弧腔内的压缩喷口侧，压缩喷口处的金属构件形成第三电极，第三电极上有第二环形放电面，入口处的金属构件形成第二电极，第二电极上有第一环形放电面；或者，第四电极的头部进一步从压缩喷口伸入到弧腔之内并接近入口，入口处的金属构件形成辅助电极。本发明专利技术使水蒸汽在弧腔内被加热分解，能量集中作用在水分子上，使水分子很容易分解。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪
本专利技术涉及电加热设备，特别是涉及到一种等离子体加热设备。
技术介绍
当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧和废物处理等。近几年来，利用等离子体处理危险有害的废弃物和生活垃圾的技术发展很快，等离子体的处理方式和一般的焚烧方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上。当前，常规煤气化装置中使用的气化剂为水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气，在气化炉工作时，直接把水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气送入气化炉，使水蒸汽与炭发生造气反应生成合成气，其反应为吸热反应，需要由空气或氧气与炭发生氧化反应为其提供热量，这种气化方式的气化率仅为70%左右，这将增加煤炭资源消耗，同时，合成气中产生大量的二氧化碳废气，不仅影响到合成气的品质，而且使后级生产中排放大量的温室气体。如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内与焦炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，可以为气化炉提供原料烘干和热解所需的热量，从而使气化炉不需输入空气或氧气，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低。生活垃圾由于热值低，化学成分中的固定炭含量少，如用常规的水蒸汽、空气或氧气作气化剂来气化生活垃圾，水蒸汽与炭反应生成合成气所进行的是吸热反应，将会消耗气化炉的热量，气化炉需要输入空气或氧气，并且消耗燃料，使得合成气中废气含量高，所得到的合成气中有用成分相当低，几乎是废气。利用等离子体喷枪把气化剂水蒸汽加热，使水分子分解为氢、氧的活性化学物喷入气化炉，与垃圾炭进行化学反应，所进行的是放热反应，可以为气化炉提供原料烘干和热解所需的热量，从而使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚产品，实现无污染处理生活垃圾，同时把垃圾废物转化为人类需要的化工原料。因此，如要将生活垃圾气化的合成气成为有用之材，应优选等离子体加热分解水蒸汽作为气化剂的气化技术。等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到。虽然等离子体技术在生活垃圾处置领域、煤气化领域和制氢领域的应用前景美好，但目前的等离子体喷枪的电弧火炬是在喷嘴之外，火炬的作用区域是在枪体外，如用来加热分解水分子，存在加热效率不高、水分子分解率低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是要克服现有等离子体喷枪存在的效率不高和水分子分解率低的缺点，设计制造一种能提高水分子的加热效率及提高水分子分解率的内电弧等离子体喷枪，用于煤气化装置、垃圾生物质气化装置或热解水制氢装置，普及应用后，能克服直接使用水蒸汽作为气化剂所存在的气化率低、煤炭资源消耗量大、排放的温室气体多及生产的合成气品质不高的缺点，以降低煤炭资源消耗和减排温室气体。本专利技术的一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪，其特征是内电弧等离子体喷枪主要由前枪体6、后座1和第一电极4组成，其中：前枪体6的构造内有弧腔Ⅶ和冷却水套Ⅷ，弧腔Ⅶ的空间呈圆柱体结构，弧腔Ⅶ的两端分别有入口Ⅴ和压缩喷口Ⅸ，入口Ⅴ和压缩喷口Ⅸ各为圆形通孔，冷却水套Ⅷ在弧腔Ⅶ的外侧，前枪体6安装在后座1上，后座1的前端与前枪体6的弧腔入口端相接；第一电极4连接在后座1上，并且与弧腔入口Ⅴ同轴，第一电极4为圆棒体结构，第一电极4的头部从入口Ⅴ中穿过伸入到弧腔Ⅶ之内，弧腔Ⅶ和伸入其内的第一电极4的头部构成内电弧发生器；第一电极4外壁与入口Ⅴ内壁之间的空隙为工作气或加热介质的通道，第一电极4的头部与入口Ⅴ处的金属构件之间有放电空间，入口Ⅴ处的金属构件形成第二电极，第二电极上有第一环形放电面15；工作时，弧腔Ⅶ内生成电弧，弧根分别由第一电极4的头部和第二电极的第一环形放电面15生成，电弧从压缩喷口Ⅸ喷出，电弧经压缩后加剧升温形成等离子体火炬。上述的内电弧等离子体喷枪中，前枪体6的冷却水套Ⅷ有冷却剂通道或冷却剂接口接出；后座1可采用圆柱体、圆盘体、四方体其中的一种或几种组合的结构，本专利技术优选圆柱体结构。后座1为一体化圆柱体结构或为组合式结构，当后座1为组合式结构时，后座1由后座主件1-2和绝缘隔离件1-5组成，或后座1由后座主件1-2、后端盖1-3和绝缘隔离件1-5组成，其中，绝缘隔离件1-5为圆筒体结构，绝缘隔离件1-5为后座主件1-2和前枪体6之间的电气隔离元件；后座1上有工作气输入接口1-4和工作气通道Ⅱ，或后座1上有工作气输入接口1-4、工作气通道Ⅱ、冷却剂回流口、冷却剂环道ⅩⅨ、第十冷却剂通道ⅩⅧ和第一冷却剂通道Ⅰ。第一电极4为圆棒实体结构或圆棒空心结构，当第一电极4为圆棒空心结构时，第一电极4内有第一导流管4-3，第一导流管4-3的外壁和第一电极4的圆棒体内壁之间空间构成第一冷却剂回路，第一导流管4-3上有第一冷却剂接口4-5，第一导流管4-3内有第二冷却剂通道ⅩⅩ，第一冷却剂回路、第二冷却剂通道ⅩⅩ和第一冷却剂接口4-5相通。上述的内电弧等离子体喷枪中有第四电极8，第四电极8为圆棒体结构，第四电极8的尾端安装在服务设备的壁体上或连接在前端头11上，当第四电极8的尾端连接在前端头11上时，前端头11通过绝缘支持件9连接到前枪体的压缩喷口端；第四电极8的头部通过压缩喷口Ⅸ伸入到弧腔Ⅶ内，第四电极8的外壁与压缩喷口Ⅸ的内壁之间的空隙实现压缩电弧的功能，第四电极8的头部与压缩喷口Ⅸ之间有放电空间，压缩喷口Ⅸ处的金属构件形成第三电极，第三电极上有第二环形放电面16；工作时，弧腔Ⅶ内的入口Ⅴ侧和压缩喷口Ⅸ侧各有电弧生成，入口Ⅴ侧的电弧弧根分别在第一电极4的头部和第二电极的第一环形放电面15，压缩喷口Ⅸ侧的电弧弧根分别在第四电极8的头部和第三电极的第二环形放电面16；两股电弧合并从压缩喷口Ⅸ喷出，电弧经压缩后加剧升温形成等离子体火炬。上述的内电弧等离子体喷枪中，第四电极8为圆棒实体结构或圆棒空心结构，当第四电极8为圆棒空心结构时，第四电极8内有第二导流管8-3，第二导流管8-3的外壁和第四电极8的圆棒体内壁之间空隙构成第二冷却剂回路，第二导流管8-3上有第二冷却剂接口8-1，第二导流管8-3有第三冷却剂通道ⅩⅢ，第二冷却剂回路、第二冷却剂接口8-1和第三冷却剂通道ⅩⅢ相通；当第四电极8的尾端安装在服务设备的壁体上时，第二导流管8-3的基座同时连接在服务设备的壁体上；当第四电极8的尾端连接在前端头11上时，第二导流管8-3的基座同时连接在前端头11上；前端头11上有第六冷却剂通道Ⅺ、第七冷却剂通道ⅩⅤ、环形冷却腔Ⅻ和第三冷却剂接口11-1。上述的内电弧等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪，其特征是内电弧等离子体喷枪主要由前枪体（6）、后座（1）、第一电极（4）和第四电极（8）组成，其中：前枪体（6）的构造内有弧腔（Ⅶ）和冷却水套（Ⅷ），弧腔（Ⅶ）的空间呈圆柱体结构，弧腔（Ⅶ）的两端分别有入口（Ⅴ）和压缩喷口（Ⅸ），入口（Ⅴ）和压缩喷口（Ⅸ）各为圆形通孔，冷却水套（Ⅷ）在弧腔（Ⅶ）的外侧，前枪体（6）安装在后座（1）上，后座（1）的前端与前枪体（6）的弧腔入口端相接；第一电极（4）为圆棒体结构，第一电极（4）连接在后座（1）上，并且与弧腔入口（Ⅴ）同轴，第一电极（4）的头部设置在前枪体的弧腔（Ⅶ）之外，并接近入口（Ⅴ）；第四电极（8）为圆棒体结构，第四电极（8）以下列其中的一种方式伸入到弧腔（Ⅶ）之内：a.第四电极（8）的头部通过压缩喷口（Ⅸ）伸入到弧腔（Ⅶ）内的压缩喷口（Ⅸ）侧，第四电极（8）的头部与压缩喷口（Ⅸ）之间有放电空间，压缩喷口（Ⅸ）处的金属构件形成第三电极，第三电极上有第二环形放电面（16）；第一电极（4）的头端与入口（Ⅴ）之间有放电空间，入口（Ⅴ）处的金属构件形成第二电极，第二电极上有第一环形放电面（15）；工作时，第一电极（4）的头端和第二电极的第一环形放电面（15）之间形成电弧，弧根分别在第一电极（4）的头端和第二电极的第一环形放电面（15），电弧经入口（Ⅴ）压缩后进入弧腔（Ⅶ）内；同时在第四电极（8）的头部与第三电极上的第二环形放电面（16）之间形成电弧，弧根分别第四电极（8）的头部与第三电极上的第二环形放电面（16），两股电弧合并从压缩喷口（Ⅸ）喷出，电弧经压缩喷口（Ⅸ）的第二次压缩后，加剧升温形成等离子体火炬；b.第四电极（8）的头部进一步从压缩喷口（Ⅸ）伸入到弧腔（Ⅶ）之内并接近入口（Ⅴ），第四电极（8）的头端与第一电极（4）的头端之间有放电空间，入口（Ⅴ）处的金属构件形成辅助电极；工作时，弧腔（Ⅶ）内有电弧生成，弧根分别在第一电极（4）的头端和第四电极（8）的头端，电弧从压缩喷口（Ⅸ）喷出，电弧经入口（Ⅴ）和压缩喷口（Ⅸ）的二次压缩后，加剧升温形成等离子体火炬。...

【技术特征摘要】
1.一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪，其特征是内电弧等离子体喷枪主要由前枪体（6）、后座（1）、第一电极（4）和第四电极（8）组成，其中：前枪体（6）的构造内有弧腔（Ⅶ）和冷却水套（Ⅷ），弧腔（Ⅶ）的空间呈圆柱体结构，弧腔（Ⅶ）的两端分别有入口（Ⅴ）和压缩喷口（Ⅸ），入口（Ⅴ）和压缩喷口（Ⅸ）各为圆形通孔，前枪体（6）的弧腔入口（Ⅴ）的进口处为喇叭口收窄结构，收窄角度为60°-90°，入口（Ⅴ）在弧腔（Ⅶ）内侧的扩散角为120°～180°，弧腔（Ⅶ）至压缩喷口有逐渐收窄的压缩角，压缩角度为75°～180°，入口（Ⅴ）的作用是生成等离子体电弧并在工作气的作用下使电弧进入到弧腔（Ⅶ）内；冷却水套（Ⅷ）在弧腔（Ⅶ）的外侧，前枪体（6）安装在后座（1）上，后座（1）的前端与前枪体（6）的弧腔入口端相接；第一电极（4）为圆棒空心结构，第一电极（4）内有第一导流管（4-3），第一导流管（4-3）的外壁和第一电极（4）的圆棒体内壁之间空间构成第一冷却剂回路，第一导流管（4-3）上有第一冷却剂接口（4-5），第一导流管（4-3）内有第二冷却剂通道（ⅩⅩ），第一冷却剂回路、第二冷却剂通道（ⅩⅩ）和第一冷却剂接口（4-5）相通；第一电极（4）连接在后座（1）上，并且与弧腔入口（Ⅴ）同轴，第一电极（4）的头部设置在前枪体的弧腔（Ⅶ）之外，并接近入口（Ⅴ）；第一电极（4）的头端与入口（Ⅴ）之间有放电空间，入口（Ⅴ）处的金属构件形成第二电极，第二电极上有第一环形放电面（15）；第四电极（8）为圆棒空心结构，第四电极（8）的头部通过压缩喷口（Ⅸ）伸入到弧腔（Ⅶ）内的压缩喷口（Ⅸ）侧，第四电极（8）的头部与压缩喷口（Ⅸ）之间有放电空间，压缩喷口（Ⅸ）处的金属构件形成第三电极，第三电极上有第二环形放电面（16）；工作时，第一电极（4）的头端和第二电极的第一环形放电面（15）之间形成电弧，弧根分别在第一电极（4）的头端和第二电极的第一环形放电面（15），电弧经入口（Ⅴ）压缩后进入弧腔（Ⅶ）内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周开根，
申请(专利权)人：周开根，
类型：发明
国别省市：浙江;33