[實用新型]一種電弧等離子體噴槍

無效

• 申請號: 201020563795.4
• 申請日: 2010-10-04
• 公開（公告）號: CN201830542U
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 周開根
• 申請（專利權）人: 周開根
• 主分類號: H05H1/28
• 分類號: H05H1/28;H05H1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及電加熱設備，特別是涉及到一種等離子體加熱設備。

背景技術

當前，等離子技術已得到廣泛的應用，工業上應用于等離子點火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。近幾年來，利用等離子體處理危險有害的廢棄物和生活垃圾的技術發展很快，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象下所形成的一種狀態，伴隨著放電現象將會生成了激發原子、激發分子、離解原子、游離原子團、原子或分子離子群的活性化學物以及它們與其它的化學物碰撞而引起的反應。在等離子體發生器中，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態，經相互碰撞而產生高溫，溫度可達幾萬度以上。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對它產生壓縮作用，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、磁流體力學波和電磁波的不穩定性質來加溫；還有磁泵加熱和離子回旋共振波加熱；利用激光束、強的高能粒子束、微波輻射和利用激震波產生等離子體加熱，因此，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏5萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到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，其分子、原子將會重新組合而生成新的物質，從而使有害物質變為無害物質。

當前，常規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，直接把水蒸汽+空氣或水蒸汽+氧氣送入氣化爐，使水蒸汽與炭發生造氣反應生成合成氣，其反應為吸熱反應，需要由空氣或氧氣與炭發生氧化反應為其提供熱量，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，合成氣中產生大量的二氧化碳廢氣，不僅影響到合成氣的品質，而且使后級生產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與焦炭進行化學反應，所發生的反應是放熱反應，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，生產的合成氣中氫氣的分數比例高，廢氣的含量低，當用作生產甲醇的原料氣時，生產每噸甲醇比常規技術減少煤耗40％左右、減排二氧化碳45％左右。

生活垃圾由于熱值低，化學成分中的固定炭含量少，如用常規的水蒸汽、空氣或氧氣作氣化劑來氣化生活垃圾，水蒸汽與炭反應生成合成氣所進行的是吸熱反應，將會消耗氣化爐的熱量，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低，幾乎是廢氣，達不到化工原料的應用要求。已有研究把等離子體技術應用在生活垃圾氣化領域，利用等離子體噴槍把氣化劑水蒸汽加熱到4000℃以上，使水分子分解為氫、氧的活性化學物噴入氣化爐，與垃圾炭進行化學反應，所進行的是放熱反應，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，使生活垃圾轉化的合成氣品質好，達到化工原料的要求，合成氣再通過后級設備生產甲醇或二甲醚，實現零排放處理生活垃圾，同時把垃圾廢物轉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，應優選等離子體加熱分解水蒸汽作為氣化劑的氣化技術。

等離子熱解水制氫技術是最近幾年提出來的水制氫候選技術之一，因為水是一種相當穩定的物質，在常壓條件下，溫度在2000K時水分子幾乎不分解，2500K時有25％的水發生分解，3400～3500K時氫氣和氧氣的摩爾分數達到最大，分別為18％和6％，當溫度達到4200K時，水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團，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，但現有的等離子體噴槍為了防止電極被燒蝕，采用循環水冷卻電極的方式來保護電極，其中，循環冷卻水將帶走至少30％的熱能，使得等離子體噴槍的效率只在70％左右。現有的等離子體噴槍存在效率不高和電極易被燒蝕的缺點。

實用新型內容

本實用新型的目的是要克服現有等離子體噴槍存在的效率不高和電極易被燒蝕的缺點，設計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的合成氣品質不高的缺點，以降低煤炭資源消耗和減排溫室氣體。