电弧等离子体发生器的阳极制造技术

本实用新型专利技术涉及一种电弧等离子体发生器的阳极，该阳极包括一个电弧运动通道，该电弧运动通道包括沿着电弧在电弧运动通道中的运动方向依次彼此连接的渐缩段（４１）、直管段（４２）和渐扩段（４３）。使用该阳极后，等离子体发生器产生的电弧和电弧等离子体射流能与待处理物料直接接触，更好的完成处理过程。本实用新型专利技术可应用于等离子体煤粉燃烧和垃圾处理等系统。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本实用新 型涉及一种电弧等离子体发生器的阳极，使用该阳极的电弧等离子体发 生器能提供更加优质的热源，该热源能用于火力发电、垃圾处理和冶金等行业。
技术介绍
直流电弧等离子体发生器产生的电弧等离子体是研究与应用最广泛的一种等离 子体，它具有高温、高烩、高能量密度以及气氛可控等特点，目前主要用于等离子体冶金、等 离子体喷涂、等离子体焊接、等离子体刻蚀、火力电站等离子体煤粉锅炉点火和废物垃圾处 理等领域。工业应用不仅仅要求电弧等离子体发生器具有高稳定性、高效率和长寿命的特 点，而且各个行业对等离子体射流电热特性的要求也不相同。而等离子体射流的特性与等 离子体发生器阳极的结构密切相关。同一个等离子体发生器利用不同的阳极结构时可以得到不同流速、不同温度场的 等离子体射流。圆柱形通道的喷嘴易于产生温度较高的亚音速射流，而类似于拉瓦尔结构 的收缩扩张形喷嘴可获得音速甚至超音速的射流，这在某些行业如喷涂、金属切割行业中 应用。因此，不同结构的阳极应用于不同的场合。如图1所示的等离子体阳极包括依次连接的入口段10、渐缩段11和直管段12，由 其产生的等离子体射流刚性大，等离子体射流热量集中、核心温度高、温度场梯度大，一般 用于金属切割行业。如图2所示的等离子体阳极包括依次连接的入口段20、渐缩段21和渐扩段22，由 其产生的等离子体射流速度较高，温度场均勻，一般用于材料表面喷涂。如图3所示的等离子体阳极包括依次连接的入口段30、渐缩段31、渐扩段32和直 管段33，由其产生的等离子体射流，径向温度梯度大，电弧稳定性好，电压相对较高，一般用 于火力发电厂的等离子体燃烧系统和垃圾处理系统中。但是由于等离子体射流刚性较大， 被处理物料很难进入等离子体射流中心与高温部分接触。这种结构的等离子体阳极对水分 高的垃圾处理效果不好，对低挥发分、高水分煤粉点燃很困难。所以，要更好地点燃劣质煤和处理好水分高的垃圾，就需提高等离子体射流的截 面积，降低等离子体射流的刚性，使物料颗粒能进入等离子体射流内部，与高温部分充分接 触。上述现有技术中的阳极结构均不能满足要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电弧等离子体发生器的阳极，使用该阳极的电弧等 离子体发生器产生的电弧和电弧等离子体射流截面积大，刚性适中，待处理物料能进入到 高温的电弧和电弧等离子体射流中心并与之充分接触，达到更好的处理效果。该阳极包括一个电弧运动通道，该电弧运动通道包括沿着电弧在该电弧运动通道 中的运动方向依次彼此连接的渐缩段、直管段和渐扩段。其中，渐缩段起电弧机械压缩的作用；直管段起压缩电弧、稳定电弧和控制电弧长度的作用，通道直径的大小对等离子体射流 的特性和形貌产生较大的影；渐扩段能优化电弧等离子体射流的温度场，使电弧和电弧等 离子体射流与被处理物料充分接触。优选地，该电弧运动通道的直管段的直径为36mm。通道直径较小的阳极，产生 的射流刚性较好，速度更快，同时，较小的通道直径可以获得较高的弧压。优选地，该电弧运动通道的直管段的长度1 < 80mm。直管段的长度决定电弧电压 的大小，在该长度范围内的阳极使得等离子体发生器起动容易，等离子体射流较小。优选地，该电弧运动通道渐扩段的张角为15° SaS 150°，阳极的弧根在扩张段 处工作能够优化等离子体射流的温度场。优选地，所述电弧运动通道还包括沿着电弧在所述电弧运动通道中的运动方向在 渐缩段前面与渐缩段连接的入口段。本技术的积极效果等离子体发生器所产生的高温电弧和电弧等离子体射流刚性小，温度场合理，能 与被处理物料充分接触，使被处理物料瞬间进入高温环境、与等离子体活性物质反应，达到 预期处理的目的。附图说明下面借助附图示出的实施例详细描述本技术。其中图1-3示中现有技术中的三种阳极的结构剖面图；图4示出按本技术的一个实施例的阳极的结构剖面图；和图5示出安装有按本技术的阳极的等离子体发生器的示意剖面图。具体实施方式图4示出按本技术的阳极的示意结构剖面图。如图4所示，该阳极2包括电弧 运动通道，该电弧运动通道包括沿着电弧在该电弧运动通道中的运动方向依次彼此连接的 渐缩段41、直管段42和渐扩段43。沿着电弧在电弧运动通道中的运动方向，渐缩段41和 渐扩段43的直径分别逐渐缩小和逐渐增大，而直管段42的直径保持不变。渐缩段41为电 弧机械压缩段；直管段42起压缩电弧、稳定电弧和控制电弧长度的作用。通道直径的改变 将对等离子体射流的特性和形貌产生较大的影响。渐扩段43能优化电弧等离子体射流的 温度场，使电弧和电弧等离子能与被处理物料充分接触。必要时，电弧运动通道还可以包括 沿着电弧在所述电弧运动通道中的运动方向在渐缩段41前面与渐缩段连接的入口段40; 该入口段40也类似于直管段，其直径保持不变。在本技术中，如果直管段的直径d > 36mm,电弧的机械压缩强度达不够，等 离子体发生器不稳定，等离子体发生器的电压太低，因此电弧运动通道的直管段的直径 d ^ 36mm比较合适。通道直径较小的阳极，产生的射流刚性较好，速度更快，同时，较小的通 道直径可以获得较高的弧压。如果直管段的长度1 > 80mm，则容易导致电弧与气流在放电 通道内发生电弧阻塞的现象，因此流动通道的直管段的长度1 ( 80mm比较合适，此长度范 围内的阳极使得等离子体发生器起动容易，等离子体射流较小。阳极弧根工作在阳极流动 通道的扩张段43处，其中，如果渐扩段的张角a< 15°，等离子体发生器产生的射流电弧刚性比较强，如果张角a > 150°，等离子体发生器工作不稳定，因此渐扩段的张角一般为 15° < a < 150°。图5为安装有本技术阳极的等离子体发生器的示意剖面图。如图5所示，阴 极1穿过阳极2的入口段插入阳极2中渐缩段处。该等离子体发生器的工作原理为电弧 等离子体发生器启动后，阳极弧根3落在渐扩段处，并在渐扩段内做螺旋运动。由于阳极弧 根3离阳极喷口(渐扩段)很近，高温的阳极弧梢4逸出阳极喷口，在阳极2周围形成一个 高温(大于7000°C)的热等离子体层。工作气体经过电弧产生的等离子体射流5，由于阳 极2结构原因，该温度场在径向和轴向的梯度均较小，电弧和电弧等离子体的刚性较小，物 料能够很轻易的进入高温部分，适合于电站煤粉锅炉等离子体的点燃和垃圾处理。使用该阳极后，电弧等离子体发生器的电弧运动情况为阴极1与阳极2的渐缩段41 (起弧段)之间产生电弧后，电弧在旋转气流的作用 下，向阳极喷口方向运动，在直管段42中，由于气体处于层流状态，不能产生阳极弧根，所 以直管段42的长度决定了电压的大小；在渐扩段43段中，气流速度迅速变大，气流由层流 向紊流状态逐渐过渡，电弧和紊流气流之间的相互作用造成电弧横向振动，导致电弧与渐 扩段43的壁面发生击穿现象，并产生阳极弧根3。阳极弧根3在旋流气体的作用下，在渐扩 段43中作周期性螺旋运动，旋转的电弧和电弧等离子体射流与外界空气相互作用，部分冷 空气被旋转的电弧卷吸进来，使电弧等离子体射流速度降低，电弧等离子体射流的径向和 轴向温度场梯度降低，电弧等离子体刚性变弱。权利要求1.一种电弧等离子体发生器的阳极，其特征在于所述阳极包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电弧等离子体发生器的阳极，其特征在于：所述阳极包括一个电弧运动通道，所述电弧运动通道包括沿着电弧在所述电弧运动通道中的运动方向依次彼此连接的渐缩段（４１）、直管段（４２）和渐扩段（４３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金华，纪书信，刘鹏，王学东，杨锡信，杨金杰，
申请(专利权)人：烟台龙源电力技术股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]