一種熱解用途的等離子體噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及等離子體設(shè)備，特別是涉及到一種等離子體噴槍。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，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、垃圾焚燒廢物處理等。等離子體是由電離放電現(xiàn)象所形成的一種狀態(tài)，伴隨著放電將會生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團、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)。在等離子體噴槍中，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，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏數(shù)萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到數(shù)千度以上，被處理的物質(zhì)受到高溫等離子體沖擊時，其分子將會分解、原子將會重新組合而生成新的物質(zhì)，使有害物質(zhì)變?yōu)闊o害物質(zhì)。
[0003]在煤氣化生產(chǎn)線上，當把水蒸汽通過高溫分解后與煤炭進行造氣反應(yīng)，使煤炭更容易氣化，提高煤炭的氣化率，實現(xiàn)節(jié)省煤炭資源；在生活垃圾或工業(yè)有機廢棄物處置系統(tǒng)中，當把水蒸汽通過高溫分解后與再與生活垃圾或工業(yè)有機廢棄物進行氣化反應(yīng)時，使其轉(zhuǎn)化的合成氣品質(zhì)好，達到化工原料的要求，實現(xiàn)資源化利用。水分子是一種相當穩(wěn)定的物質(zhì)，在常壓條件下，溫度在2000K時水分子幾乎不分解，2500K時有25%的水發(fā)生分解，3400?3500K時氫氣和氧氣的摩爾分數(shù)達到最大，分別為18%和6%，當溫度達到4200K以上時，水分子將全部分解為氫氣、氧氣、活性氫原子、活性氧原子和活性氫氧原子團，但是，一般的加熱方式難以達到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則能做到。
[0004]在現(xiàn)有的等離子體氣化噴槍中，被加熱的氣體從陰極的外圍進入放電區(qū)，水蒸汽不易進入火炬的中心區(qū)域，因此，現(xiàn)有的等離子體氣化噴槍存在水分子分解率低的缺點。等離子體噴槍的陰極是發(fā)射電子的部件，由于承受電流的沖擊和數(shù)萬度的高溫?zé)?，因此，陰極的頭部很容易被燒蝕而致?lián)p壞，不僅影響生產(chǎn)，而且增加生產(chǎn)成本。
[0005]中國專利公告號CN203851357U公開了 “一種等離子體加熱分解器”，由陽極套、陽極、陰極基座、陰極和絕緣架組成，其中，陰極基座呈中軸向前凸出的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，陰極基座的中軸為貫通的空心結(jié)構(gòu)，陰極嵌入到陰極基座中軸的內(nèi)空間中，陰極的頭端側(cè)壁緊密裝配在陰極基座中軸的前端壁體中，陰極的尾端緊密裝配在陰極基座后端的壁體中，陰極的桿體外壁與陰極基座中軸的內(nèi)壁之間空間構(gòu)成水套，陰極的桿體中有原料氣通道，原料氣通道有原料氣輸入接口接入，陰極的頭端中心有原料氣噴口，原料氣通道通過原料氣噴口連通到收縮腔。該專利把水蒸汽通過陰極頭端中心的噴口噴入收縮腔中的放電區(qū)，使水蒸汽吸收到陰極頭端的熱量得到預(yù)熱，同時對陰極的頭端具有冷卻作用，克服了常規(guī)等離子體噴槍電極易燒蝕的缺點。但是，由于該專利是采取把“陰極的頭端側(cè)壁緊密裝配在陰極基座中軸的前端壁體中，陰極的尾端緊密裝配在陰極基座后端的壁體中”的措施進行水套密封的，材料的熱脹冷縮作用將會使陰極松動，造成陰極移位和密封不可靠，水套內(nèi)的冷卻水容易泄漏到收縮腔中的放電區(qū)，影響到噴槍正常工作?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是要克服現(xiàn)有等離子體噴槍的缺點，提高等離子體氣化噴槍的加熱效率，使水分子分解率更高，避免陰極移位，冷卻水不會泄漏，并且對等離子體噴槍的陰極進行有效保護，使等離子體氣化噴槍能滿足煤氣化生產(chǎn)、固體廢物處置領(lǐng)域及鍋爐點火的應(yīng)用要求。
[0007]本實用新型的一種熱解用途的等離子體噴槍，包括陰極和陽極，其特征是等離子體噴槍主要由圓盤體陰極(2)、絕緣基座(1)、隔離件(9)和陽極(3)組成，其中，圓盤體陰極(2 )的圓盤前面中心有凸出體，圓盤前面中心的凸出體構(gòu)成陰極頭，陰極頭的中心有噴氣口(2-2)，圓盤體陰極(2)的圓盤后部中心有承插口(2-5)，承插口(2-5)與噴氣口(2_2)相通，圓盤體周邊的沿體后端構(gòu)成密封平面(2-6);絕緣基座(I)為二段變徑的中空回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，中空小徑在絕緣基座(I)的后段中，中空大徑在絕緣基座(I)的前段中，中空小徑段的前端面構(gòu)成密封端面(1-3)，在中空小徑段的后端中心有后接口(1-7)，在中空大徑段的前端有前接口(1-2);隔離件(9)的前部為隔離管(9-2)，隔離管(9-2)的內(nèi)空間構(gòu)成氣流通道(VIII),隔離件(9)的后端有加熱介質(zhì)輸入口(9-1 )，加熱介質(zhì)輸入口(9-1)與氣流通道(VID相通；陽極(3)由噴管(3-4)和外殼(3-2)構(gòu)成，噴管(3-4)呈軸向貫通的結(jié)構(gòu)，噴管(3-4)內(nèi)的后部有壓縮孔道(III)，壓縮孔道(III)為圓形直孔結(jié)構(gòu)，壓縮孔道(III)的后端為收窄的喇叭口結(jié)構(gòu)，壓縮孔道(III)的前端為漸擴的圓錐形結(jié)構(gòu)，壓縮孔道(III)前端的圓錐形空間構(gòu)成噴射腔(II)，外殼(3-2)包圍在噴管(3-4)的外圍，外殼(3-2)與噴管(3-4)之間的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻水套(I )，冷卻水套(I )有冷卻劑進口(3-7)接入和冷卻劑出口(3-3)接出；圓盤體陰極(2)安裝在絕緣基座(I)的中空小徑的前端上，圓盤體陰極(2)上的密封平面(2-6)與絕緣基座(I)中的密封端面(1-3)緊貼密封；隔離件(9)安裝在絕緣基座(I)的后接口(1-7)中，隔離件(9)前部的隔離管(9-2)穿過絕緣基座(I)的中空小徑內(nèi)空間伸入到圓盤體陰極(2)的承插口(2-5)中，氣流通道(VID連通到圓盤體陰極(2)的噴氣口(2-2)，絕緣基座(I)的中空小徑內(nèi)空間構(gòu)成環(huán)形冷卻室(VE)，環(huán)形冷卻室(VE)有冷卻水輸入接口( 1-4)接入和冷卻水輸出接口(1-8)接出，圓盤體陰極(2)的圓盤后端構(gòu)成散熱面；陽極(3)安裝在絕緣基座(I)的前接口( 1-2)上，絕緣基座(I)的中空大徑內(nèi)空間構(gòu)成環(huán)形氣室(VI)，環(huán)形氣室(VI)有工作氣接口( 1-1)接入，環(huán)形氣室(VI)連通到陽極的壓縮孔道(III)后端的喇叭口空間中；陰極頭置于陽極的壓縮孔道(III)后端的喇叭口空間中，噴氣口( 2-2 )周圍的端面構(gòu)成放電端(2-3)，壓縮孔道(III)后端的喇叭口空間構(gòu)成放電區(qū)(IV)，壓縮孔道(III)前端的噴管(3-4)內(nèi)壁構(gòu)成放電面(3-5)。本實用新型中，在圓盤體陰極(2)的沿體上有螺孔(2-1),螺孔(2-1)為二只以上，呈均勻分布；在絕緣基座(I)中有螺栓過孔(1-5)，螺栓過孔(1-5)的數(shù)量與圓盤體陰極(2)上的螺孔(2-1)數(shù)量相等，螺栓過孔(1-5)的位置與圓盤體陰極(2)的螺孔(2-1)位置進行配合；在螺栓過孔(1-5)的后端有密封環(huán)槽(1-6)，密封環(huán)槽(1-6)中有密封墊(6);在螺栓過孔(1-5)中有螺栓(8)，螺栓(8)的螺頭旋入到圓盤體陰極
(2)上的螺孔(2-1)中，把圓盤體陰極(2)定位在絕緣基座(I)內(nèi)；圓盤體陰極(2)上的陰極頭前端為圓弧面結(jié)構(gòu)；圓盤體陰極(2)后部中心的承插口(2-5)后端有密封圓槽(2-4)，密封圓槽(2-4)中有密封圈(5);在圓盤體陰極(2)與陽極(3)的后端之間有旋流圈(4)，旋流圈(4)上有切向氣槽(V)，環(huán)形氣室(VI)通過切向氣槽(V)連通到陽極內(nèi)壓縮孔道(III)后端的喇叭口空間中；在陽極(3)的后端上有旋流圈(4)的定位榫頭(3-8);在陽極外殼(3-2)的后部有安裝螺頭(3-1 )，陽極(3)以螺紋旋合方式安裝在絕緣基座(I)的前接口( 1-2)上。
[0008]本實用新型把陰極設(shè)計為圓盤體結(jié)構(gòu)，使得圓盤后端的散熱面更貼近冷卻水輸入接口(1-4)和冷卻水輸出接口( 1-8)，冷卻水在噴槍內(nèi)的行程更短，以快速把陰極的熱量移出噴槍，具有冷卻效果更好的特點。圓盤體的陰極結(jié)構(gòu)更簡單，加工精度要求低，因此加工更容易，可以降低加工成本。
[0009]本實用新型用于工業(yè)有害氣體處理和水蒸汽加熱分解，具體實施時，在陽極的外殼(3-2)上有電氣接口(3-6)，通過陽極的外殼(3-2)對噴管(3-4)進行電氣連通，工作電源的正極連接到陽極的電氣接口(3-6)上，工作電源的負極通過螺栓(8)連接到圓盤體陰極(2)上，冷卻水的供水管分別連接到冷卻水輸入接口(1-4)上和冷卻劑進口(3-7)上，冷卻水的回水管分別連接到冷卻水輸出接口(1-8)上和冷卻劑出口(3-3)上，工作氣的供氣管連接到工作氣接口(1-1)上，加熱介質(zhì)的輸氣管連接到加熱介質(zhì)輸入口(9-1)上。工作時，一路冷卻水流過到環(huán)形冷卻室(VE)中，對圓盤體陰極(2)進行沖刷冷卻，通過水流把陰極的熱量快速移走；另一路冷卻水進入到陽極的冷卻水套(I )中，對