專利名稱：一種電弧等離子體噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱設(shè)備，特別是涉及到一種等離子體加熱設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，等離子技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，工業(yè)上應(yīng)用于等離子點(diǎn)火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。近幾年來，利用等離子體處理危險(xiǎn)有害的廢棄物和生活垃圾的技術(shù)發(fā)展很快，等離子體的處理方式和一般的焚燒方式大不一樣，等離子體是在電離層或放電現(xiàn)象下所形成的一種狀態(tài)，伴隨著放電現(xiàn)象將會(huì)生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團(tuán)、原子或分子離子群的活性化學(xué)物以及它們與其它的化學(xué)物碰撞而引起的反應(yīng)。在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經(jīng)相互碰撞而產(chǎn)生高溫，溫度可達(dá)幾萬度以上。等離子體加熱的方法還有:歐姆加熱，它是利用等離子體的阻抗來加熱的；磁壓縮加熱，外磁場加到等離子體上會(huì)對(duì)它產(chǎn)生壓縮作用，因而引起升溫，這種方法使在已加熱的等離子體上可使它繼續(xù)升溫；中性原子注入法加熱，將高能中性原子注入磁場中獲得高溫；利用等離子體中存在靜波、等離子體波、磁聲波、磁流體力學(xué)波和電磁波的不穩(wěn)定性質(zhì)來加溫；還有磁泵加熱和離子回旋共振波加熱；利用激光束、強(qiáng)的高能粒子束、微波輻射和利用激震波產(chǎn)生等離子體加熱，因此，等離子體火炬的中心溫度可高達(dá)攝氏5萬度以上，火炬邊緣溫度也可達(dá)到3千度以上，被處理的垃圾廢物受到高溫高壓的等離子體沖擊時(shí)，其分子、原子將會(huì)重新組合而生成新的物質(zhì)，從而使有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)。當(dāng)前，常規(guī)煤氣化裝置中使用的氣化劑為水蒸汽+空氣或水蒸汽+氧氣，在氣化爐工作時(shí)，直接把水蒸汽+空氣或水蒸汽+氧氣送入氣化爐，使水蒸汽與炭發(fā)生造氣反應(yīng)生成合成氣，其反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要由空氣或氧氣與炭發(fā)生氧化反應(yīng)為其提供熱量，這種氣化方式的氣化率僅為70%左右，這將增加煤炭資源消耗，同時(shí)，合成氣中產(chǎn)生大量的二氧化碳廢氣，不僅影響到合成氣的品質(zhì)，而且使后級(jí)生產(chǎn)中排放大量的溫室氣體。如利用等離子體噴槍把水蒸汽氣化劑加熱分解后再噴入氣化爐內(nèi)與焦炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可以為氣化爐提供原料烘干和熱解所需的熱量，從而使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，生產(chǎn)的合成氣中氫氣的分?jǐn)?shù)比例高，廢氣的含量低，當(dāng)用作生產(chǎn)甲醇的原料氣時(shí)，生產(chǎn)每噸甲醇比常規(guī)技術(shù)減少煤耗40%左右、減排二氧化碳45%左右。生活垃圾由于熱值低，化學(xué)成分中的固定炭含量少，如用常規(guī)的水蒸汽、空氣或氧氣作氣化劑來氣化生活垃圾，水蒸汽與炭反應(yīng)生成合成氣所進(jìn)行的是吸熱反應(yīng)，將會(huì)消耗氣化爐的熱量，氣化爐需要輸入空氣或氧氣，并且消耗燃料，使得合成氣中廢氣含量高，所得到的合成氣中有用成分相當(dāng)?shù)?，幾乎是廢氣，達(dá)不到化工原料的應(yīng)用要求。已有研究把等離子體技術(shù)應(yīng)用在生活垃圾氣化領(lǐng)域，利用等離子體噴槍把氣化劑水蒸汽加熱到400(TC以上，使水分子分解為氫、氧的活性化學(xué)物噴入氣化爐，與垃圾炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所進(jìn)行的是放熱反應(yīng)，可以為氣化爐提供原料烘干和熱解所需的熱量，從而使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，使生活垃圾轉(zhuǎn)化的合成氣品質(zhì)好，達(dá)到化工原料的要求，合成氣再通過后級(jí)設(shè)備生產(chǎn)甲醇或二甲醚，實(shí)現(xiàn)零排放處理生活垃圾，同時(shí)把垃圾廢物轉(zhuǎn)化為人類需要的化工原料。因此，利用等離子體噴槍把水蒸汽加熱分解后噴入氣化爐和把水蒸汽直接送入氣化爐的效果是大不一樣的，如要將生活垃圾氣化的合成氣成為有用之材，應(yīng)優(yōu)選等離子體加熱分解水蒸汽作為氣化劑的氣化技術(shù)。等離子熱解水制氫技術(shù)是最近幾年提出來的水制氫候選技術(shù)之一，因?yàn)樗且环N相當(dāng)穩(wěn)定的物質(zhì)，在常壓條件下，溫度在2000K時(shí)水分子幾乎不分解，2500K時(shí)有25%的水發(fā)生分解，3400 3500K時(shí)氫氣和氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，分別為18%和6%，當(dāng)溫度達(dá)到4200K時(shí),水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團(tuán)，一般的加熱方式難以達(dá)到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則很容易做到。用等離子體噴槍加熱分解水蒸汽做氣化劑來氣化煤或垃圾將成為今后的首選，但現(xiàn)有的等離子體噴槍為了防止電極被燒蝕，采用循環(huán)水冷卻電極的方式來保護(hù)電極，其中，循環(huán)冷卻水將帶走至少30%的熱能，
使得等離子體噴槍的效率只在70%左右?，F(xiàn)有的等離子體噴槍存在效率不高和電極易被燒蝕的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有等離子體噴槍存在的效率不高和電極易被燒蝕的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造一種效率高和電極不易燒蝕的電弧等離子體噴槍，用于煤氣化裝置、垃圾生物質(zhì)氣化裝置或熱解水制氫裝置，克服直接使用水蒸汽作為氣化劑所存在的氣化率低、煤炭資源消耗量大、排放的溫室氣體多及生產(chǎn)的合成氣品質(zhì)不高的缺點(diǎn)，以降低煤炭資源消耗和減排溫室氣體。本發(fā)明的一種電弧等離子體噴槍，包括槍體、陰極和陽極，其特征是電弧等離子體噴槍由陽極(I)、組合式陰極、槍筒(2)和后座(4)組成，其中，陽極(I)、槍筒(2)和后座(4)同軸心設(shè)置，槍筒(2)的后端連接在后座(4)上構(gòu)成槍體，陽極(I)連接在槍筒(2)的前端，陽極(I)的環(huán)心空間構(gòu)成噴口(16)，槍筒(2)的內(nèi)空間構(gòu)成氣室(14)，后座(4)構(gòu)成槍筒
(2)的后封閉端；陽極(I)為中空環(huán)形體結(jié)構(gòu)，環(huán)形體內(nèi)有環(huán)形冷卻槽(1-1)，環(huán)形冷卻槽(1-1)有冷卻水接口(15)接入；組合式陰極的前端通過后座(4)上的過孔伸入到槍筒(2)內(nèi)，組合式陰極的前端與陽極(I)之間的空間形成放電空間；組合式陰極的后部棒體在槍體之外，工作水接口(3-3)由槍體外接入組合式陰極的冷卻腔(3-4);組合式陰極由陰極桿(3a)、陰極頭(3b)和陰極帽(3c)組成，陰極桿(3a)的中段至前端為管狀結(jié)構(gòu)，管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻腔(3-4)，陰極頭(3b)的前端為漸縮的圓錐面，中部和后部為圓柱實(shí)體，陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)或汽化肋片(3b-l)，當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)時(shí)，工作水氣化孔(3-5)為圓形槽孔或方形槽孔或三角形槽孔，工作水氣化孔(3-5)為多孔方式，工作水氣化孔(3-5)以陰極頭(3b)的軸心呈環(huán)形設(shè)置，陰極頭(3b)的中部實(shí)體上有裝配凸緣(3b-2);當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有汽化肋片(3b-l)時(shí)，汽化肋片(3b-l)為多片方式環(huán)形設(shè)置，汽化肋片(3b-l)之間的空隙構(gòu)成汽化腔(3-9)，汽化肋片(3b-l)上有裝配凸緣(3b-2);陰極帽(3c)把裝配凸緣(3b-2)緊固在陰極桿(3a)前端的筒壁上，汽化肋片(3b-l)伸入到陰極桿(3a)的管內(nèi)，陰極頭(3b)的前端伸出陰極帽(3c)，陰極帽(3c)與陰極頭(3b)的圓柱實(shí)體之間的環(huán)槽空間構(gòu)成噴汽環(huán)(3-8)，冷卻腔(3-4)的空間通過工作水氣化孔(3-5 )或汽化腔(3-9 )連通到噴汽環(huán)(3-8 )，噴汽環(huán)(3-8 )的出口在氣室(14)。上述的電弧等離子體噴槍中，后座(4)的后側(cè)端面上有后架(5)，后架(5)的尾端有軸座(7)，軸座(7)與后座(4)同軸心，后架(5)的架體后部設(shè)置有滑軌(5-1)，后架(5)、軸座(7)和后座(4)連為一體；驅(qū)動(dòng)螺桿(6)安裝在軸座(7)上，驅(qū)動(dòng)螺桿(6)的調(diào)節(jié)柄
(8)伸出軸座(7)的后端；組合式陰極的后部棒體上有滑槽(3-1)及后部棒體內(nèi)有驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)，組合式陰極的驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)與驅(qū)動(dòng)螺桿(6)進(jìn)行螺紋連接，組合式陰極的滑槽(3-1)與后架(5)上的滑軌(5-1)配合進(jìn)行軸向活動(dòng)；后座(4)的過孔外側(cè)有填料盒，組合式陰極的前端通過后座(4)上的填料盒和過孔伸入到槍筒(2)內(nèi)，后座(4)上的填料盒內(nèi)有密封填料(13)，密封填料(13 )由填料盒蓋(12 )壓緊。上述的電弧等離子體噴槍中，陽極(I)的環(huán)形冷卻槽(1-1)與噴口( 16)之間的環(huán)壁上有冷卻水氣化孔(1-2)和噴汽槽(1-3)，其中，冷卻水氣化孔(1-2)為圓孔或方孔或三角形孔結(jié)構(gòu)，冷卻水氣化孔(1-2)連通到噴汽槽(1-3)上，噴汽槽(1-3)為條形縫隙結(jié)構(gòu)；冷卻水氣化孔(1-2)在環(huán)形冷卻槽(1-1)的一側(cè)，冷卻水氣化孔(1-2)和噴汽槽(1-3)使環(huán)形冷卻槽(1-1)與噴口( 16)之間的空間進(jìn)行連通，噴汽槽(1-3)以切線方向進(jìn)入噴口( 16)陽極(I)上有電源接線端(17)。上述的電弧等離子體噴槍中，陽極(I)上有電源接線端(17)，組合式陰極的棒體上有電源線連接件。上述的電弧等離子體噴槍中，氣室(14)內(nèi)有襯套(19)，襯套(19)的外壁與槍筒
(2)的內(nèi)壁緊鄰，襯套(19)的二端分別與陽極(I)和后座(4)緊鄰；陽極(I)與襯套(19)緊鄰的陽極環(huán)體上有通孔(1-7)，通孔(1-7)與環(huán)形冷卻槽(1-1)相通，通孔(1-7)把環(huán)形冷卻槽(1-1)的冷卻水引向襯套(19)吸附；在槍筒(2)前部的外壁上設(shè)置電磁線圈，電磁線圈包括壓縮線圈(20 )、旋轉(zhuǎn)線圈(21)其中的一種或二種，當(dāng)同時(shí)設(shè)置壓縮線圈(20 )和旋轉(zhuǎn)線圈
(21)時(shí)，旋轉(zhuǎn)線圈(21)在前，壓縮線圈(20)在后。上述的電弧等離子體噴槍中:槍筒(2)的選用材料為耐高溫絕緣材料，現(xiàn)有的如氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷、石英玻璃等材料；襯套(19)的選用材料為耐高溫纖維絕緣材料，現(xiàn)有的如氧化鋯纖維棉材料；陽極(I)的選用材料為金屬材料，現(xiàn)有的如不銹鋼、鎢合金鋼、鎳合金鋼、紫銅、黃銅等材料；陰極頭(3b)的選用材料為金屬材料，現(xiàn)有的如不銹鋼、鎢合金鋼、鎳合金鋼、紫銅、黃銅等材料；陰極桿(3a)的選用材料為普通金屬材料；陰極帽(3c)的選用材料為耐高溫絕緣材料，現(xiàn)有的如氧化鋯陶瓷、氧化鋁陶瓷材料；后座(4)、陰極基座(18)選用金屬材料或耐高溫的非金屬材料；驅(qū)動(dòng)螺桿(6)的選用材料為普通金屬材料。陽極(I)和組合式陰極采用溶模鑄造工藝制造毛坯，然后通過精加工完成，或陽極(I)和組合式陰極采用焊接方式制造毛坯，然后通過精加工完成。上述的電弧等離子體噴槍，陽極(I)、槍筒(2)、后座(4)之間的連接采用螺紋連接方式或法蘭方式連接。上述的電弧等離子體噴槍工作時(shí)，先用水蒸汽或其它氣體作為等離子體噴槍啟動(dòng)時(shí)的工作氣，拉出電弧正常工作后，再用水替代水蒸汽或其它氣體分二路進(jìn)入等離子體噴槍，其中一路進(jìn)入陽極(I)的環(huán)形冷卻槽(1-1)，吸收陽極體的熱量后，在氣化孔(1-2)汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陽極體的熱量產(chǎn)生水蒸汽，然后從噴汽槽(1-3)以切線方向進(jìn)入噴口(16)，成為活性化學(xué)物從噴槍噴出；另一路進(jìn)入組合式陰極體內(nèi)的冷卻腔(3-4)，吸收陰極體的熱量后，在汽化腔(3-9)汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陰極的熱量，然后，水蒸汽作為等離子體噴槍的工作氣體從噴汽環(huán)(3-8)噴出進(jìn)入放電區(qū)，被電離為正離子和負(fù)離子，成為等離子體電弧，從等離子體噴槍的噴口(16)噴出。上述過程中:先使水作為陽極(I)和組合式陰極的冷卻劑，然后汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陽極
(I)和組合式陰極的熱量，避免或減緩陽極(I)和組合式陰極的燒蝕，再把水蒸汽作為工作氣利用或作為被加熱對(duì)象，經(jīng)過電場電離、分解和活化成為氫氣(H2)、氫(H)、氧氣(O2)、氧
(O)和氫氧原子團(tuán)(HO)的活性化學(xué)物，由等離子體噴槍噴入氣化爐內(nèi)與炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成合成氣。等離子體噴槍工作時(shí)，在等離子體噴槍槍體內(nèi)的一部分水蒸汽作為槍體與等離子體電弧之間的隔離劑或冷卻劑，保護(hù)槍體不被燒蝕。具體實(shí)施時(shí)，等離子體噴槍啟動(dòng)時(shí)的工作氣的供氣(汽)壓力為0.5 IMpa，等離子體噴槍正常工作時(shí)的供水壓力為0.2 0.5Mpa,等尚子體噴槍內(nèi)的壓力由水汽化產(chǎn)生；水的輸入流量按等尚子體噴槍的電輸入功率正比例確定，當(dāng)把水蒸汽加熱到4200°C時(shí)，按Ikg (水):2.08 2.9kw.h的比例來同步調(diào)節(jié)水流量和電輸入功率。等離子體噴槍工作時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺桿(6)，可以使組合式陰極作軸向移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)槍體內(nèi)的陰極頭部與陽極之間的距離，實(shí)現(xiàn)了用機(jī)械的方式來調(diào)節(jié)等尚子體噴槍的輸入功率，槍體內(nèi)陰極頭部與陽極之間的距尚越大，等尚子體噴槍的輸入功率就越大。當(dāng)增加陰極頭部與陽極之間的距離時(shí)，拉長了噴槍內(nèi)電弧，相對(duì)延長了工作氣在噴槍內(nèi)的逗留時(shí)間，從而提高了加熱溫度。上述的電弧等離子體噴槍用于煤氣化裝置或垃圾生物質(zhì)氣化裝置時(shí)，從水進(jìn)入等離子體噴槍至作為氣化劑噴入氣化爐的過程中，水先后起到冷卻劑作用、工作氣體作用、被加熱分解成為活性化學(xué)物、載熱元件和氣化劑作用，用水產(chǎn)生的氣化劑把等離子體噴槍的熱能全部攜入氣化爐，不會(huì)有能量損失，使得等離子體噴槍的效率接近100%。作為冷卻劑的水在陽極和陰極就地汽化為水蒸汽，使陽極和陰極得到更快的冷卻且電極的溫度降得更低，水的汽化潛熱為2257k j/kg，本發(fā)明的冷卻方式中每公斤水對(duì)電極的冷卻吸熱作用比采用循環(huán)水冷卻電極的方式多吸收2257kj的熱量，因此，本發(fā)明的方式可以使工作中的電極溫度比常規(guī)冷卻方式的低539°C的質(zhì)量比熱水平，可以更有效的保護(hù)陽極和陰極不易被燒蝕，更能延長陰極和陽極的使用壽命。本發(fā)明的電弧等離子體噴槍適合在包括煤氣化裝置、工業(yè)高分子廢棄物氣化裝置、廢橡膠煉油的殘?zhí)繗饣b置、生活垃圾氣化裝置、生物質(zhì)氣化裝置和等離子熱解水制氫裝置上應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果是:當(dāng)本發(fā)明在氣化裝置上應(yīng)用時(shí)，使工作水在等離子體噴槍內(nèi)先后起到冷卻劑作用、工作氣體作用、被加熱分解成為活性化學(xué)物、載熱元件和氣化劑作用，用水產(chǎn)生的氣化劑把等離子體噴槍的由電能轉(zhuǎn)化的熱能全部攜入氣化爐，不會(huì)有能量損失，使得等離子體噴槍的效率接近100%，比常規(guī)技術(shù)的熱效率提高30%以上；作為冷卻劑的水在陽極和陰極就地汽化為水蒸汽，使陽極和陰極得到更快的冷卻且電極的溫度降得更低，可以更有效的保護(hù)陽極和陰極不易被燒蝕，更能延長陰極和陽極的使用壽命。與常規(guī)技術(shù)相比，本發(fā)明可以降低煤炭資源消耗、提高合成氣品質(zhì)和減排溫室氣體；作為生活垃圾的氣化措施，把生活垃圾轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的合成氣，符合生產(chǎn)甲醇或二甲醚的原料氣要求，為實(shí)現(xiàn)生活垃圾零排放、無污染、資源化處置提供支持。


圖1是本發(fā)明的一種電弧等離子體噴槍結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的一種有電磁線圈的電弧等離子體噴槍結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖1或圖2的A-A剖視圖。圖4是圖1或圖2的B-B剖視圖。圖5是圖1或圖2的C-C剖視圖。圖6是圖1或圖2的I區(qū)放大圖。圖7是圖6的D-D剖面圖。圖8是圖1或圖2的II區(qū)放大圖。圖9是圖8的E-E剖面圖。圖中:1.陽極，la.陽極前頜，lb.陽極后頜，1_1.環(huán)形冷卻槽，1_2.冷卻水氣化孔，1-3.噴汽槽，1-4.陶瓷保護(hù)層，1-5.陶瓷防護(hù)層，1-6.焊接圈，1-7.通孔；2.槍筒；3a.陰極桿，3b.陰極頭，3b-l.汽化肋片，3b-2.裝配凸緣，3c.陰極帽，3-1.滑槽，3-2.驅(qū)動(dòng)螺孔，3-3.工作水接口，3-4.冷卻腔，3-5.工作水氣化孔，3-6.焊接圈，3-7.定位凸緣，3-8.噴汽環(huán)，3-9.汽化腔；4.后座；5.后架，5-1.滑軌；6.驅(qū)動(dòng)螺桿，7.軸座，8.螺桿調(diào)節(jié)柄，9.調(diào)節(jié)孔，10.緊固螺栓，11.防護(hù)罩，12.填料盒蓋，13.密封填料，14.氣室，15.冷卻水接口，16.噴口，17.電源接線端，18.陰極基座，19.襯套，20.壓縮線圈，21.旋轉(zhuǎn)線圈，22.陰極接線端。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1圖1所示的實(shí)施方式中，電弧等離子體噴槍主要由陽極(I)、組合式陰極、槍筒(2)和后座(4)組成，其中，陽極(I)、槍筒(2)和后座(4)同軸心設(shè)置，槍筒(2)的后端連接在后座(4)上構(gòu)成槍體，陽極(I)連接在槍筒(2)的前端，陽極(I)為中空環(huán)形體結(jié)構(gòu)，環(huán)形體的環(huán)心空間構(gòu)成噴口(16)，槍筒(2)的內(nèi)空間構(gòu)成氣室(14)，后座(4)構(gòu)成槍筒(2)的后封閉端；陽極(I)為中空環(huán)形體結(jié)構(gòu)，環(huán)形體內(nèi)有環(huán)形冷卻槽(1-1)，環(huán)形冷卻槽(1-1)有冷卻水接口( 15)接入，陽極(I)的環(huán)形冷卻槽(1-1)與噴口( 16)之間的環(huán)壁上有冷卻水氣化孔(1-2)和噴汽槽(1-3)，冷卻水氣化孔(1-2)為圓孔結(jié)構(gòu)，6組冷卻水氣化孔呈環(huán)形設(shè)置，每組冷卻水氣化孔有五只；冷卻水氣化孔(1-2)的進(jìn)口在環(huán)形冷卻槽(1-1)，出口連通到噴汽槽(1-3)上，同一投影的冷卻水氣化孔連通到同一條噴汽槽上；噴汽槽(1-3)為條形縫隙結(jié)構(gòu)，噴汽槽(1-3)以切線方向進(jìn)入噴口(16);組合式陰極的前端通過后座(4)上的過孔伸入到槍筒(2)內(nèi)，組合式陰極的前端與陽極(I)之間的空間形成放電空間；組合式陰極的后部棒體在槍體之外，工作水接口(3-3)由槍體外接入組合式陰極的冷卻腔(3-4)；組合式陰極由陰極桿(3a)、陰極頭(3b)和陰極帽(3c)組成，陰極桿(3a)的中段至前端為管狀結(jié)構(gòu)，管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻腔(3-4)，陰極頭(3b)的前端為漸縮的圓錐面，中部和后部為圓柱實(shí)體，陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)或汽化肋片(3b-l)，當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)時(shí)，工作水氣化孔(3-5)為圓形槽孔或方形槽孔或三角形槽孔，工作水氣化孔(3-5)為多孔方式，工作水氣化孔(3-5)以陰極頭(3b)的軸心呈環(huán)形設(shè)置，陰極頭(3b)的中部實(shí)體上有裝配凸緣(3b-2);當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有汽化肋片(3b-l)時(shí)，汽化肋片(3b-l)為多片方式環(huán)形設(shè)置，汽化肋片(3b-l)之間的空隙構(gòu)成汽化腔(3-9)，汽化肋片(3b-l)上有裝配凸緣(3b-2);陰極帽(3c)把裝配凸緣(3b-2)緊固在陰極桿(3a)前端的筒壁上，汽化肋片(3b_l)伸入到陰極桿(3a)的管內(nèi)，陰極頭(3b)的前端伸出陰極帽(3c)，陰極帽(3c)與陰極頭(3b)的圓柱實(shí)體之間的環(huán)槽空間構(gòu)成噴汽環(huán)(3-8)，冷卻腔(3-4)的空間通過工作水氣化孔(3-5)或汽化腔(3-9)連通到噴汽環(huán)(3_8)，噴汽環(huán)(3-8)的出口在氣室(14)。后座(4)為圓盤體設(shè)計(jì)，后座(4)的圓盤體中心有過孔和填料盒，過孔和填料盒垂直于盤面，填料盒的開口在后外側(cè)；后座(4)的后側(cè)上有后架(5)，后架(5)為二腿架體結(jié)構(gòu),后架(5)的尾端有軸座(7),后架(5)架體的后部上對(duì)稱設(shè)置有滑軌(5-1)，后架(5)、軸座(7)和后座(4)連為一體，軸座(7)與后座(4)同軸心；驅(qū)動(dòng)螺桿
(6)設(shè)置在軸座(7)上，驅(qū)動(dòng)螺桿(6)上有驅(qū)動(dòng)螺紋、軸向限位凸環(huán)和調(diào)節(jié)柄(8)，驅(qū)動(dòng)螺桿
(6)的軸向限位凸環(huán)安裝在軸座(7)的殼內(nèi)，使驅(qū)動(dòng)螺桿(6)只能作圓周活動(dòng)而不能軸向移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿(6 )的調(diào)節(jié)柄(8 )伸出軸座(7 )的后端，調(diào)節(jié)柄(8 )的調(diào)節(jié)口為方形，配合方孔專用工具進(jìn)行調(diào)節(jié)；組合式陰極的后部棒體上有滑槽(3-1)，棒體內(nèi)有驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)，組合式陰極的驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)與驅(qū)動(dòng)螺桿(6)進(jìn)行螺紋連接，組合式陰極的滑槽(3-1)與后架
(5)上的滑軌(5-1)配合進(jìn)行軸向活動(dòng)。本實(shí)施例中，陽極(I)上有電源接線端(17)，組合式陰極的棒體上有電源線連接件，在槍筒(2)前部的外壁上設(shè)置電磁線圈，電磁線圈包括壓縮線圈(20)、旋轉(zhuǎn)線圈(21)其中的一種或二種，當(dāng)同時(shí)設(shè)置壓縮線圈(20)和旋轉(zhuǎn)線圈(21)時(shí)，旋轉(zhuǎn)線圈(21)在前，壓縮線圈(20)在后。本實(shí)施例中，陽極(I)選用不銹鋼材料，采用焊接方式制造毛坯，如圖6和圖7所示，把陽極(I)分為陽極前頜(Ia)和陽極后頜(Ib)進(jìn)行單獨(dú)加工，然后通過對(duì)拼焊接完成，通過切削、打磨等精加工后，再在完成后的陽極(I)的二個(gè)端面上噴涂氧化鋯陶瓷層(1-4)、(1-5)進(jìn)行保護(hù)和絕緣處理；槍筒(2)選用氧化鋯陶瓷材料制作，后座(4)選用不銹鋼材料制作。電弧等離子體噴槍以轉(zhuǎn)移弧方式或非轉(zhuǎn)移弧方式工作，當(dāng)采用轉(zhuǎn)移弧方式時(shí)，組合式陰極的棒體上的電源線連接件分別連接到電源控制器主電源的負(fù)極和引弧高頻電源的負(fù)極，陽極(I)上的電源接線端(17)分別連接到電源控制器主電源的正極和引弧高頻電源的正極；當(dāng)采用非轉(zhuǎn)移弧方式時(shí)，組合式陰極的棒體上的電源線連接件分別連接到電源控制器主電源的負(fù)極和引弧高頻電源的負(fù)極，陽極(I)上的電源接線端(17)連接到電源控制器的引弧高頻電源的正極，電源控制器主電源的正極通過接觸裝置與氣化爐內(nèi)的焦炭進(jìn)行連接。本實(shí)施例應(yīng)用現(xiàn)有的等離子電源裝置。冷卻水接口(15)和工作水接口(3-3)分別通過一段50cm長度的陶瓷管連接到供水系統(tǒng)和供汽系統(tǒng)。本實(shí)施例工作時(shí)，先用水蒸汽作為等離子體噴槍啟動(dòng)時(shí)的工作氣，拉出電弧正常工作后，再用水替代水蒸汽分二路進(jìn)入等離子體噴槍，其中一路進(jìn)入陽極(I)的環(huán)形冷卻槽(1-1)，吸收陽極體的熱量后，在氣化孔(1-2)汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陽極體的熱量產(chǎn)生水蒸汽，然后從噴汽槽(1-3)以切線方向進(jìn)入噴口(16)，成為活性化學(xué)物從噴槍噴出；另一路進(jìn)入組合式陰極體內(nèi)的冷卻腔(3-4)，吸收陰極體的熱量后，在汽化腔(3-9)汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陰極的熱量，然后，水蒸汽作為等離子體噴槍的工作氣體從噴汽環(huán)(3-8)噴出進(jìn)入放電區(qū)，被電離為正離子和負(fù)離子，成為等離子體電弧，從等離子體噴槍的噴口(16)噴出。上述過程中:先使水作為陽極(I)和組合式陰極的冷卻劑，然后汽化為水蒸汽，利用水的汽化潛熱吸收陽極(I)和組合式陰極的熱量，避免或減緩陽極(I)和組合式陰極的燒蝕，再把水蒸汽作為工作氣利用或作為被加熱對(duì)象，經(jīng)過電場電離、分解和活化成為氫氣(H2)、氫(H)、氧氣(02)、氧(O)和氫氧原子團(tuán)(HO)的活性化學(xué)物，由等離子體噴槍噴入氣化爐內(nèi)與炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成合成氣。等離子體噴槍槍體內(nèi)的一部分水蒸汽作為槍體與等離子體電弧之間的隔離劑或冷卻劑，保護(hù)槍體不被燒蝕。等離子體噴槍啟動(dòng)時(shí)的工作氣的供氣(汽)壓力為0.5 IMpa，等離子體噴槍正常工作時(shí)的供水壓力為0.2
0.5Mpa,等尚子體噴槍內(nèi)的壓力由水汽化產(chǎn)生；水的輸入流量按等尚子體噴槍的電輸入功率正比例確定，當(dāng)把水蒸汽加熱到4200°C時(shí)，按Ikg (水):2.08 2.9kw.h的比例來同步調(diào)節(jié)水流量和電輸入功率。等離子體噴槍工作時(shí)，使用絕緣材料制作的內(nèi)方孔專用工具來轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺桿(6 )，使組合式陰極作軸向移動(dòng)來調(diào)節(jié)槍體內(nèi)的陰極頭部與陽極之間的距離，以增減等離子體噴槍的輸入功率。實(shí)施例2圖2所示的實(shí)施方式中，在氣室(14)內(nèi)有襯套(19)，襯套(19)選用氧化鋯纖維棉材料制作，襯套(19)的外壁與槍筒(2)的內(nèi)壁緊鄰，襯套(19)的二端分別與陽極(I)和后座(4)緊鄰，或襯套(19)的二端分別與陽極(I)和陰極基座(18)緊鄰；陽極(I)與襯套(19)緊鄰的陽極環(huán)體上有通孔(1-7)，通孔(1-7)與環(huán)形冷卻槽(1-1)相通，通孔(1-7)把環(huán)形冷卻槽(1-1)的冷卻水引向襯套(19)吸附，冷卻水受熱蒸發(fā)為水蒸汽，水蒸汽作為工作氣利用或作為被加熱對(duì)象。本實(shí)施例在氣室(14)內(nèi)設(shè)置襯套(19)的目的是為了保護(hù)槍體，避免槍體被燒蝕；在槍筒(2)靠近陽極的外壁上設(shè)置壓縮線圈(20)和旋轉(zhuǎn)線圈(21)，旋轉(zhuǎn)線圈(21)在前，壓縮線圈(20)在后。本實(shí)施例設(shè)置壓縮線圈(20)的作用是產(chǎn)生壓縮磁場，使槍體內(nèi)的等離子體電弧壓縮，使水蒸汽得到更高的加熱溫度；設(shè)置旋轉(zhuǎn)線圈(21)的作用是使槍體內(nèi)的等離子體電弧形成旋流方式，使電弧邊緣的水蒸汽進(jìn)入到弧心，使加熱均勻。本實(shí)施例的其它方面與第一實(shí)施例相同。上述的實(shí)施例中:噴口(16)的孔徑與孔長之比為0.8 1.2，其中，孔徑大于8mm ；陰極頭前端面的直徑小于或等于噴口(16)的孔徑；陰極與陽極的最小間距不少于12mm ;噴汽槽(1-3)的縫隙寬度在0.1 0.8mm之間；冷卻水氣化孔(1_2)的總截面為噴汽槽(1_3)總截面的2 3倍；噴汽環(huán)(3-8)的環(huán)槽縫隙寬度為0.3 2mm之間；汽化腔(3_9)的總截面為噴汽環(huán)(3-8)截面的3 5倍。
權(quán)利要求
1.一種電弧等離子體噴槍，包括槍體、陰極和陽極，其特征是電弧等離子體噴槍由陽極(I)、組合式陰極、槍筒(2)和后座(4)組成，其中，陽極(I)、槍筒(2)和后座(4)同軸心設(shè)置，槍筒(2)的后端連接在后座(4)上構(gòu)成槍體，陽極(I)連接在槍筒(2)的前端，陽極(I)的環(huán)心空間構(gòu)成噴口( 16)，槍筒(2)的內(nèi)空間構(gòu)成氣室(14)，后座(4)構(gòu)成槍筒(2)的后封閉端；陽極(I)為中空環(huán)形體結(jié)構(gòu)，環(huán)形體內(nèi)有環(huán)形冷卻槽(1-1)，環(huán)形冷卻槽(ι-1)有冷卻水接口(15)接入；組合式陰極的前端通過后座(4)上的過孔伸入到槍筒(2)內(nèi)，組合式陰極的前端與陽極(I)之間的空間形成放電空間；組合式陰極的后部棒體在槍體之外，工作水接口(3-3)由槍體外接入組合式陰極的冷卻腔(3-4);組合式陰極由陰極桿(3a)、陰極頭(3b)和陰極帽(3c)組成，陰極桿(3a)的中段至前端為管狀結(jié)構(gòu)，管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻腔(3-4)，陰極頭(3b)的前端為漸縮的圓錐面，中部和后部為圓柱實(shí)體，陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)或汽化肋片(3b-l)，當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有工作水氣化孔(3-5)時(shí)，工作水氣化孔(3-5)為圓形槽孔或方形槽孔或三角形槽孔，工作水氣化孔(3-5)為多孔方式，工作水氣化孔(3-5)以陰極頭(3b)的軸心呈環(huán)形設(shè)置，陰極頭(3b)的中部實(shí)體上有裝配凸緣(3b-2);當(dāng)陰極頭(3b)的后部實(shí)體上有汽化肋片(3b-l)時(shí)，汽化肋片(3b-l)為多片方式環(huán)形設(shè)置，汽化肋片(3b-l)之間的空隙構(gòu)成汽化腔(3-9)，汽化肋片(3b-l)上有裝配凸緣(3b-2);陰極帽(3c)把裝配凸緣(3b-2)緊固在陰極桿(3a)前端的筒壁上，汽化肋片(3b-l)伸入到陰極桿(3a)的管內(nèi)，陰極頭(3b)的前端伸出陰極帽(3c)，陰極帽(3c)與陰極頭(3b)的圓柱實(shí)體之間的環(huán)槽空間構(gòu)成噴汽環(huán)(3-8)，冷卻腔(3-4)的空間通過工作水氣化孔(3-5 )或汽化腔(3-9 )連通到噴汽環(huán)(3-8 )，噴汽環(huán)(3-8 )的出口在氣室(14 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子體噴槍，其特征是后座(4)的后側(cè)端面上有后架(5),后架(5)的尾端有軸座(7),軸座(7)與后座(4)同軸心,后架(5)的架體后部設(shè)置有滑軌(5-1)，后架(5)、軸座(7)和后座(4)連為一體；驅(qū)動(dòng)螺桿(6)安裝在軸座(7)上，驅(qū)動(dòng)螺桿(6)的調(diào)節(jié)柄(8)伸出軸座(7)的后端； 組合式陰極的后部棒體上有滑槽(3-1)及后部棒體內(nèi)有驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)，組合式陰極的驅(qū)動(dòng)螺孔(3-2)與驅(qū)動(dòng)螺桿(6)進(jìn)行螺紋連接，組合式陰極的滑槽(3-1)與后架(5)上的滑軌(5-1)配合進(jìn)行軸向活動(dòng)；后座(4)的過孔外側(cè)有填料盒，組合式陰極的前端通過后座(4)上的填料盒和過孔伸入到槍筒(2)內(nèi)，后座(4)上的填料盒內(nèi)有密封填料(13)，密封填料(13)由填料盒蓋(12)壓緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子體噴槍，其特征是陽極(I)的環(huán)形冷卻槽(1-1)與噴口( 16)之間的環(huán)壁上有冷卻水氣化孔(1-2)和噴汽槽(1-3)，其中，冷卻水氣化孔(1-2)為圓孔或方孔或三角形孔結(jié)構(gòu)，冷卻水氣化孔(1-2)連通到噴汽槽(1-3)上，噴汽槽(1-3)為條形縫隙結(jié)構(gòu)；冷卻水氣化孔(1-2)在環(huán)形冷卻槽(1-1)的一側(cè)，冷卻水氣化孔(1-2)和噴汽槽(1-3)使環(huán)形冷卻槽(1-1)與噴口( 16)之間的空間進(jìn)行連通，噴汽槽(1-3)以切線方向進(jìn)入噴口(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子體噴槍，其特征是氣室(14)內(nèi)有襯套(19)，襯套(19)的外壁與槍筒(2)的內(nèi)壁緊鄰，襯套(19)的二端分別與陽極(I)和后座(4)緊鄰，或襯套(19 )的二端分別與陽極(I)和陰極基座(18 )緊鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子體噴槍，其特征是陽極(I)與襯套(19)緊鄰的陽極環(huán)體上有通孔(1-7)，通孔(1-7)與環(huán)形冷卻槽(1-1)相通，通孔(1-7)把環(huán)形冷卻槽(1-1)的冷卻水引向襯套(19)吸附。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧等離子體噴槍，其特征是在槍筒(2)前部的外壁上設(shè)置電磁線圈，電磁線圈包括壓縮線圈(20)、旋轉(zhuǎn)線圈(21)其中的一種或二種，當(dāng)同時(shí)設(shè)置壓縮線圈(20)和旋轉(zhuǎn)線 圈(21)時(shí)，旋轉(zhuǎn)線圈(21)在前，壓縮線圈(20)在后。
全文摘要
一種電弧等離子體噴槍，涉及到一種等離子體加熱設(shè)備，其特征是噴槍由陽極、組合式陰極、槍筒和后座組成，其中，陽極、槍筒和后座同軸心設(shè)置，槍筒的后端連接在后座上構(gòu)成槍體，陽極連接在槍筒的前端，陽極的環(huán)心空間構(gòu)成噴口，槍筒的內(nèi)空間構(gòu)成氣室，后座構(gòu)成槍筒的后封閉端；陽極為中空環(huán)形體結(jié)構(gòu)，環(huán)形體內(nèi)有環(huán)形冷卻槽，環(huán)形冷卻槽有冷卻水接口接入；組合式陰極由陰極桿、陰極頭和陰極帽組成，陰極桿的中段至前端為管狀結(jié)構(gòu)，管內(nèi)空間構(gòu)成冷卻腔，陰極頭的前端為漸縮的圓錐面，陰極頭的后部實(shí)體上有工作水氣化孔或汽化肋片。本發(fā)明在氣化裝置上應(yīng)用，噴槍的效率接近100%，并且更有效的保護(hù)陽極和陰極不易被燒蝕。
文檔編號(hào)H05H1/34GK103200757SQ20131013129
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2010年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月4日
發(fā)明者周開根 申請(qǐng)人:衢州市廣源生活垃圾液化技術(shù)研究所