專利名稱：等離子體氣化噴槍的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣化設備，特別是涉及到一種等離子體氣化設備。
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，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，被處理的物質受到高溫等離子體沖擊時，其分子、原子將會重新組合而生成新的物質。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。如把煤粉或水煤漿通過等離子體噴槍進行煤氣化反應，生產的合成氣中氫氣的分數比例高，廢氣的含量低，并且不需建造氣化爐，可以大幅降低投資費用。我國是一個農業大國，生物質資源非常豐富，僅稻草、麥草、蘆葦、竹子等非木材纖維就年產超過10億噸，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“倉庫”。然而，我國目前的農林剩余物質資源浪費驚人，除小部分農村用來發酵生產沼氣外，大部分都被直接燃燒、填埋、腐爛掉了。如把生物質通過等離子體氣化裝置轉化為清潔的二次能源，可以取得雙重的有益效果，一是可以解決環境污染問題，二是可以減少對石油煤炭資源的依賴。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。如把生活垃圾通過分選、干燥處理、制粉等工序制成粉料，然后把有機垃圾的粉料通過等離子體噴槍來進行氣化，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產品，實現無污染處理生活垃圾，同時把垃圾廢物轉化為人類需要的化工原料。
發明內容
本發明的目的是設計制造一種能把包括煤粉、有機垃圾粉料、生物質粉料在氣化裝置內完成氣化反應的等離子體氣化噴槍，替代氣化爐進行煤氣化生產、生活垃圾氣化生產和生物質氣化生產，普及應用后，大幅降低投資費用，并且克服常規技術存在的氣化率低、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。本發明的第一種等離子體氣化噴槍，主要由后座(2)、中槍體(3)、絕緣連接件
(5)、前槍體(6)、第一電極(I)和第三電極(4)組成，后座(2)連接在中槍體(3)的入口端，中槍體(3 )的出口端通過絕緣連接件(5 )連接在前槍體(6 )上，第一電極(I)由后座伸入到中槍體(3)的入口空間內，第三電極(4)連接在前槍體(6)上，其中后座(2)為圓柱體結構,后座(2)的中心上有通孔，后座(2)的中心通孔軸線與后座(2)的軸線重合；中槍體(3)的構造內有壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)、壓縮通道(II)和冷卻水套a (IX)，第一氣化腔 (I)的空間呈圓柱體結構，壓縮噴口(X)為第一氣化腔(I)的入口，壓縮通道(II)為第一氣化腔(I)的出口，冷卻水套a (IX)在壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)和壓縮通道(II)的外圍，中槍體(3)的入口在壓縮噴口(X)端，中槍體(3)的出口與壓縮通道(II)重合,在中槍體(3)入口處的壁體上有工作氣輸入接口(3-10)和原料輸入接口(3-2)，工作氣輸入接口(3-10)在原料輸入接口(3-2)之后，工作氣輸入接口(3-10)和原料輸入接口(3-2)通過壓縮噴口(X)連通到第一氣化腔(I);絕緣連接件(5)為圓筒體結構，絕緣連接件(5)的內空間構成第二氣化腔(III )，第二氣化腔(III)通過壓縮通道(II)連通到第一氣化腔(I);前槍體(6)為圓環體結構，圓環體的環內壁體上連接有電極基座(6-5)，電極基座(6-5)呈圓柱體結構，電極基座(6-5)的軸線與圓環體的環心軸線重合，圓環體的環內壁體和電極基座(6-5)之間的空間構成產物出口(V)，產物出口(V)和第二氣化腔(III)的出口重合;第一電極(I)為圓棒體結構，第一電極(I)的基座連接在后座(2)的后端上，第一電極(I)的圓棒體通過后座(2)的軸心通孔伸入到中槍體(3)的入口空間內，第一電極(I)的頭部和中槍體(3)入口處壁體之間的空隙構成工作氣通道，第一電極(I)的頭端接近壓縮噴口(X)，第一電極(I)的頭端與壓縮噴口(X)的金屬壁體之間有放電空間，壓縮噴口(X)處的金屬壁體形成第二電極，第二電極上有環形放電面a (10);第三電極(4)為圓棒體結構，第三電極(4)的后端連接在前槍體的電極基座(6-5)上，第三電極(4)的圓棒體設置在第二氣化腔(III)之中，第三電極(4)的頭部伸入到壓縮通道(II)的空間中，第三電極(4)與壓縮通道
(II)的金屬壁體之間有放電空間，壓縮通道(II)的金屬壁體形成第四電極，第四電極上有環形放電面b (9);工作時，在第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和環形放電面a (10)上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和環形放電面b (9)上。本發明中，在中槍體(3)入口處的壁體上有環形氣腔(XIII)，環形氣腔(XIII)有工作氣噴口(XII)以切向方式連通到中槍體(3)的入口內，所述的工作氣噴口(XII)為至少2只；工作氣輸入接口(3-10)通過環形氣腔(XIII)和工作氣噴口(XII)連通到中槍體(3)的入口內，原料輸入接口( 3-2 )直接連通到中槍體(3)的入口內。本發明中，前槍體(6)的結構內有環形冷卻腔(IV)，前槍體(6)上的電極基座(6-5)內有冷卻劑通道c (VIII)，前槍體(6)的環形冷卻腔(IV)向內有冷卻劑通道a (VI)連通到冷卻劑通道c (VIII)，環形冷卻腔(IV)向外有冷卻劑接口 g (6-1)接出。本發明中，在第一電極(I)的頭端或第三電極(4)的頭端設置氣化劑噴嘴；第一電極(I)為圓棒實體或圓棒空心結構，當第一電極(I)為圓棒空心結構時，在第一電極(I)內有氣化劑/冷卻劑通道d (XV)，當氣化劑噴嘴設置在第一電極(I)的頭端時，氣化劑/冷卻劑通道d (XV)作為氣化劑通道；第三電極(4)為圓棒實體或圓棒空心結構，當第三電極(4)為圓棒空心結構時，在第三電極(4)內有冷卻腔(XXVII)，當氣化劑噴嘴設置在第三電極(4)的頭端時，冷卻腔(XXVII)兼作氣化劑通道。本發明中，當氣化劑噴嘴不設置在第一電極(I)的頭端時，在第一電極(I)內有導流管a (1-7)，導流管a (1-7)內有冷卻劑通道m (XXIV)，導流管a (1_7) 外壁與第一電極(O的圓棒空心內壁之間的空隙構成冷卻劑通道d (XV);當氣化劑噴嘴不設置在第三電極
(4)的頭端時，電極基座(6-5)內有導流管b(6-3)，導流管b (6-3)伸入到第三電極(4)內的冷卻腔(XXVII)中，導流管b (6-3)內有冷卻劑通道b (VII)，導流管b (6-3)的外壁與第三電極的基座(6-5)壁體之間的空隙構成冷卻劑通道c (VIII)。本發明中，壓縮噴口(X)的進口處有逐漸收窄的壓縮角(a ')，壓縮角(a')的壓縮角度為60° 90°，壓縮噴口(X)在第一氣化腔(I)內的擴散角為120° 180° ;第一氣化腔(I)至壓縮通道(II)呈逐漸收窄的結構，收窄角度為75° 180°。本發明中，在絕緣連接件(5)的筒體內有絕熱內襯(7)，在絕緣連接件(5)的筒體外側有壓縮線圈a (8)。本發明的包含上述部件的第二種等離子體氣化噴槍，其特征是第三電極(4)的后部設置在第二氣化腔(III)內，第三電極(4)的前部通過壓縮通道(II)伸入到第一氣化腔
(I)內并接近壓縮噴口(X)，第三電極(4)的頭端與設置在壓縮噴口(X)另一側的第一電極
(I)頭端之間有放電空間，壓縮噴口(X)的金屬壁體形成輔助電極；工作時，第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和第三電極(4)的頭端上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和環形放電面b (9)上。上述發明中，壓縮噴口(X)的金屬壁體與壓縮通道(II)的金屬壁體之間用絕緣部件隔開，具體實施時，絕緣部件采用圓筒體結構或套環結構或墊片結構；冷卻水套a (IX)在壓縮噴口(X)的外圍，壓縮通道(II)的外圍有冷卻水套b (XIX)。上述發明中，在第一氣化腔(I)內有絕熱襯套(12)，在第一氣化腔(I)的壁體外側有壓縮線圈b (13);在第二氣化腔(III)內有絕熱內襯(7)，在第二氣化腔(III)的絕緣連接件(5)的筒體外側有壓縮線圈a (8)。上述的發明中，所述的放電空間定義為能使兩電極之間通過引弧形成電弧的距離空間，考慮到工作氣流的干涉影響，在等離子體噴槍內兩電極之間的距離按小于6kv/mm進行計算確定，具體實施時，在確定工作氣壓力的情況下，按引弧電源和工作電源的電壓來設計兩電極之間的距離，或者按確定的兩電極之間的距離來設計引弧電源和工作電源的電壓。上述的發明中，在第一氣化腔(I)的壁體外側有壓縮線圈b ( 13 )和在絕緣連接件
(5)的筒體外側有壓縮線圈a(8)的作用是，使第一氣化腔(I)內的電弧和第二氣化腔(III)內的的電弧向中心壓縮，以增加電弧中心的溫度及延長絕熱材料的使用壽命。上述的發明中，后座(2)、中槍體(3)、絕緣圓筒體、絕緣連接件(5)和前槍體(6)之間的連接采用螺紋連接方式或法蘭連接方式。上述的發明中后座(2)、絕緣圓筒體和絕緣連接件(5)選用非金屬絕緣材料，所述的非金屬材料包括膠木、陶瓷、石英玻璃；中槍體(3)和前槍體(6)選用一般常用金屬材料，所述的一般常用金屬材料包括碳鋼、球墨鑄鐵、錳鋼、不銹鋼、黃銅、紫銅；環形放電面a
(10)和環形放電面b (9)選用難熔金屬材料，所述的難熔金屬材料包括鎢、鉭、鑰、鈮的合金材料；第一電極(I)除頭部外、導流管a (1-7)和導流管b (6-3)選用一般常用金屬材料，第一電極(I)的頭部和第三電極(4)選用難熔金屬材料；絕熱內襯(7)和絕熱襯套(12)選用氧化鋯纖維或氧化鋁纖維材料。中槍體(3)和前槍體(6)部件，由于車床加工不能全部到位，采用溶模鑄造工藝制造毛坯，然后通過精加工完成，或采用分解加工進行組合的方式制造。上述的第一種發明中，電氣連接在第一電極(I)和前槍體(6)上,其中，第一電極
(I)連接在直流供電電源的正極或負極其中的一極，前槍體(6)連接在直流供電電源的另一極。上述的第二種發明中，電氣連接在第一電極(I)和第四電極相連的壁體上，其中，第一電極(I)連接在直流供電電源的正極或負極其中的一極，第四電極相連的壁體連接在直流 供電電源的另一極。在第一電極(I)的基座上設置電源接口方式或使用抱箍方式作為電氣連接件；在中槍體的第四電極相連壁體上或在前槍體(6)的外壁上設置電源接口方式或使用抱箍方式作為電氣連接件。上述發明的各部件的冷卻回路采用并聯方式或串聯方式連接到冷卻系統的管網上。上述的等離子體氣化噴槍安裝在鍋爐或合成氣收集設備上使用，采用法蘭安裝或底座螺栓安裝或抱箍安裝方式，當采用法蘭安裝方式時，在前槍體(6)前部的外殼上設置法蘭盤及在服務設備上設置配對的法蘭盤；當采用底座螺栓安裝方式時，在中槍體(3)的外殼上設置底座。上述的等離子體氣化噴槍工作時，采用氫氣、天然氣、合成氣其中的一種為工作氣體，采用水蒸汽或水為氣化劑，采用煤粉、有機質垃圾粉料或生物質粉料其中的一種或幾種為氣化原料，具體實施時，工作氣的供氣壓力為O. 5 IMPa。工作時，在第一電極(I)的頭端上、環形放電面a (10)之間及在第三電極(4)、環形放電面b (9)之間分別形成電弧，工作氣的氣流作用使得第一電極(I)頭端上和環形放電面a (10)之間的電弧通過壓縮噴口(X)進入到第一氣化腔(I)內，第三電極(4)和環形放電面b (9)之間電弧通過壓縮通道(II)進入到第二氣化腔(III)內，使得第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內形成高溫等離子體電弧，這時，工作氣攜氣化原料通過壓縮噴口(X)進入第一氣化腔(I)內，在高溫環境和強電場環境中，水蒸汽快速分解為H'0'H2'H(f、02'H2(f活性化學物，并且和氣化原料快速進行氣化反應，生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的富氫合成氣，其反應式為C (s) +4H*=CH4C(s) +0*=C0C (s) +2H2*=CH4CH4+H20*=C0+3H22C (s) +2H0*=2C0+H2C (s) +02*=C022C (s)+02*=2C0C (s) +C02=2C0
在第一氣化腔(I)內生成富氫合成氣中，再通過壓縮通道(II)進入到第二氣化腔
(III)內，其中殘余的未氣化物質繼續完成氣化，使氣化原料在等離子體氣化噴槍內完全轉化為富氫合成氣。等離子體氣化噴槍內生成的富氫合成氣可直接作為氣體燃料利用，實現增值燃燒和清潔燃燒，克服浪費資源和污染環境的缺點；或者把富氫合成氣通過凈化處理后作為化工原料利用，用來生產甲醇、二甲醚或合成氨。本發明的有益效果是用等離子體氣化噴槍進行煤氣化生產、生活垃圾氣化生產和生物質氣化生產，使生產線的建設費用大幅降低，并且克服了常規技術存在的氣化率低、煤炭資源消耗量大的缺點；作為生活垃圾和生物質的氣化措施，把生活垃圾或生物質轉化為高品質的合成氣，符合生產甲醇或二甲醚的原料氣要求，為實現生活垃圾零排放、無污染、資源化處置提供支持。
圖I是本發明的一種等離子體氣化噴槍結構圖；圖2是本發明的另一種等離子體氣化噴槍結構圖；圖3是圖I的A-A剖面圖；圖4是圖I的B-B剖面圖；圖5是圖2的C-C剖面圖；圖6是圖2的D-D剖面圖；圖7是圖I的第一電極頭放大圖；圖8是圖7的E-E剖面圖。圖中1.第一電極,1-1.第一電極的基座，1-2.第一電極的圓棒體，1-3.第一電極的電極頭，1-3 ;.第一電極的另一種電極頭，1-4.第一電極的電源接口，1-5.冷卻劑接Π a, 1-6.冷卻劑接口 b，1-7.導流管a;2.后座；3.中槍體，3-1.中槍體的過渡件，3-2.原料輸入接口，3-3.冷卻水套a的外殼，3-4.冷卻劑接口 c，3-5.中槍體的內噴嘴，3-6.第二電極，3-7.冷卻水套a的內套，3-8.第四電極，3-9.冷卻劑接口 d，3_10.工作氣輸入接口，3-11.絕緣筒體，3-12.冷卻劑接口 e，3-13.冷卻水套b的外殼，3-14.冷卻劑接口 f，3_15.冷卻肋片，3-16.氣化劑噴嘴；4.第三電極，4丨.另一種的第三電極；5.絕緣連接件；6.前槍體，6-1.氣化劑/冷卻劑接口 g，6-2.前槍體主件，6-3.導流管b，6-4.冷卻劑接口 h，6-5.電極基座；7.絕熱內襯；8.壓縮線圈a ；9.環形放電面b ；10.環形放電面a ；11.密封圈a ；12.絕熱襯套；13.壓縮線圈b ；14.密封圈b ；15.密封圈c ；I.第一氣化腔，II.壓縮通道，III.第二氣化腔，IV.環形冷卻腔，V.產物出口，VI.氣化劑/冷卻劑通道a，VII.冷卻劑通道b，VIII.氣化劑/冷卻劑通道c，IX.冷卻水套a，X.壓縮噴口，XI.中槍體的入口，XII..工作氣噴口，XIII.環形氣腔，XIV.氣室，XV.氣化劑/冷卻劑通道d，XVI.冷卻劑通道e，XVII.冷卻劑通道f，XVIII.冷卻劑通道g，XIX.冷卻水套b，XX.冷卻劑通道h，XXI.冷卻劑通道j，XXII.冷卻劑通道k，XXIII.冷卻劑環道，XXIV.冷卻劑通道m，XXV.冷卻劑通道n，XXVI.第一電極頭的冷卻腔，XXVII.第三電極的冷卻腔；a ^ .壓縮角。
具體實施例方式實施例I圖I所示的實施方式是本發明的第一種等離子體氣化噴槍，主要由后座(2)、中槍體(3)、絕緣連接件(5)、前槍體(6)、第一電極(I)和第三電極(4)組成，后座(2)連接在中槍體(3 )的入口端，中槍體(3 )的出口端通過絕緣連接件(5 )連接在前槍體(6 )上。其中后座(2)為圓柱體結構，選用I父木材料制造，后座(2)的中心上有通孔，后座(2)的中心通孔軸線與后座(2)的軸線重合；中槍體(3)采用分體零件組合的加工方案，中槍體(3)由過渡件(3-1 )、冷卻水套a的外殼(3-3 )、內噴嘴(3-5 )、第二電極(3-6 )、冷卻水套a的內套(3-7 )和第四電極(3-8 )組合而成，第二電極(3-6 )和第四電極(3-8 )選用鈰鎢合金材料制造，內噴嘴(3-5)選用紫銅材料制造,其余部件選用不銹鋼材料制造，中槍體(3)的構造內有壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)、壓縮通道(II)和冷卻水套a (IX)，第一氣化腔(I)的空間呈圓柱體結構，壓縮噴口(X)為第一氣化腔(I)的入口，壓縮通道(II)為第一氣化腔(I)的出口，冷卻水套a (IX)在壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)和壓縮通道(II)的外圍，冷卻水套a (IX)有冷卻劑接口 c (3-4)和冷卻劑接口 d (3-9)接出，中槍體(3)的入口在壓縮噴口(X)端，中槍體(3)的出口與壓縮通道(II)重合，在中槍體(3)的過渡件(3-1)壁體上有工作氣輸入接口(3-10)、環形氣腔(XIII)和原料輸入接口(3-2)，工作氣輸入接口(3-10)
和環形氣腔(XIII)在原料輸入接口(3-2)之后，工作氣輸入接口(3-10)連通到環形氣腔(XIII)，環形氣腔(XIII)有4只工作氣噴口(XII)以切向方式連通到中槍體(3)的入口內，原料輸入接口( 3-2)直接連通到中槍體(3)的入口內，中槍體(3)的入口通過壓縮噴口(X)連通到第一氣化腔(I);絕緣連接件(5 )為圓筒體結構，選用氧化鋁陶瓷材料制造，絕緣連接件(5)的內空間構成第二氣化腔(III)，第二氣化腔(III)通過壓縮通道(II)連通到第一氣化腔(I);前槍體(6)選用不銹鋼材料制造，前槍體(6)為圓環體結構，圓環體的環內壁體上連接有電極基座(6-5)，電極基座(6-5)呈圓柱體結構，電極基座(6-5)內有冷卻劑通道c (VIII)，電極基座(6-5)的軸線與圓環體的環心軸線重合，圓環體的環內壁體和電極基座(6-5 )之間的空間構成產物出口(V)，產物出口(V)和第二氣化腔(I II)的出口重合，前槍體
(6)的圓環體內有環形冷卻腔(IV)，環形冷卻腔(IV)向內有冷卻劑通道a (VI)連通到冷卻劑通道c (VIII)，環形冷卻腔(IV)向外有冷卻劑接口 g (6-1)接出；第一電極(I)由基座(1_1 )、圓棒體(1-2)和電極頭(1_3)組成,基座(1-1)和圓棒體(1_2)米用不鎊鋼材料制造，電極頭(1-3)采用純鎢材料制造，圓棒體(1-2)內有氣化劑通道(XV)，氣化劑通道(XV)有氣化劑接口 a( 1-5)接入，電極頭(1-3)內有冷卻肋片(3-15)，電極頭(1-3)的頭端中心有氣化劑噴嘴(3-16)，氣化劑通道(XV)通過冷卻肋片(3-15)的空隙連通到氣化劑噴嘴(3-16)，第一電極(I)的基座連接在后座(2)的后端上，第一電極(I)的圓棒體通過后座(2)的軸心通孔伸入到中槍體(3)的入口空間內，第一電極(I)的頭部和中槍體(3)入口處壁體之間的空隙構成工作氣通道，第一電極(I)的頭端接近壓縮噴口(X)，第一電極(I)的頭端與壓縮噴口(X)的金屬壁體之間有放電空間，第二電極(3-6)嵌入到壓縮噴口(X)的壁體中，第二電極(3-6)上有環形放電面a (10);第三電極(4)選用純鎢材料制造，第三電極(4)為圓棒空心結構，第三電極(4)的后端連接在前槍體的電極基座(6-5)上，第三電極(4)的圓棒體設置在第二氣化腔(III)之中，第三電極(4)的頭部伸入到壓縮通道(II)的空間中，第三電極
(4)與壓縮通道(II)的金屬壁體之間有放電空間，第四電極(3-8)嵌入到壓縮通道(II)的壁體中，第四電極(3-8)上有環形放電面b (9)。本實施例中，前槍體(6)的電極基座(6-5)內有導流管b (6-3)，導流管b (6-3)伸入到第三電極(4)內的冷卻腔(XXVII)中，導流管b (6-3)內有冷卻劑通道b (VII)，冷卻劑通道b (VII)有冷卻劑接口 h (6-4)接入，導流管b (6-3)的外壁與第三電極的基座(6-5)壁體之間的空隙構成冷卻劑通道c (VIII);在絕緣連接件(5)的筒體內有絕熱內襯(7)，在絕緣連接件(5)的筒體外側有壓縮線圈a (8)。本實施例中，壓縮噴口(X)的進口處有逐漸收窄的壓縮角(a ')，壓縮角(a')的壓縮角度為60°，壓縮噴口(X)在第一氣化腔(I)內的擴散角為180° ;第一氣化腔(I)至壓縮通道(II)呈逐漸收窄的結構，收窄角度為90°。本實施例在應用時，冷卻劑接口 c (3-4)和冷卻劑接口 d (3-9)為一組連通到·冷卻系統的管網，冷卻劑接口 g (6-1)和冷卻劑接口 h(6-4)為一組連通到冷卻系統的管網；氣化劑接口 a (1-5)連通到蒸汽管網；原料輸入接口(3-2)連接到料倉；工作氣輸入接口(3-10)連接到貯氣罐；第一電極(I)連接在直流供電電源的負極，前槍體(6)連接在直流供電電源的正極。本實施例用煤粉為氣化原料，煤粉的粒徑小于70 μ m ;采用氫氣為等離子體氣化噴槍的工作氣，工作氣的供氣壓力為O. 7MPa ;采用水蒸汽為氣化劑，水蒸汽壓力為O. 5MPa。本實施例在工作時，在第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和環形放電面a (10)上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和環形放電面b (9)上，第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內形成高溫環境和電場活化環境，提供給煤粉氣化所需的能量，煤粉和水蒸汽完成氣化反應生成的富氫合成氣由產物出口(V)噴出；從產物出口(V)噴出的富氫合成氣通過降溫后，再進行除塵凈化處理，送入后續生產線，用來生產甲醇或二甲醚或合成氨。實施例2圖2所示的實施方式是包含上述第I實施例的部件的第二種等離子體氣化噴槍，本實施例與上述第一實施例的不同之處在于第三電極(4)的后部設置在第二氣化腔(III)內，第三電極(4)的前部通過壓縮通道(II)伸入到第一氣化腔(I)內并接近壓縮噴口(X)，第三電極(4)的頭端與設置在壓縮噴口(X)另一側的第一電極(I)頭端之間有放電空間，壓縮噴口(X)的金屬壁體形成輔助電極；壓縮噴口(X)的金屬壁體與壓縮通道
(II)的金屬壁體之間用絕緣筒體(3-11)隔開；冷卻水套a (IX)在壓縮噴口(X)的外圍，壓縮通道(II)的外圍有冷卻水套b (XIX);在第一氣化腔(I)內有絕熱襯套(12)，在第一氣化腔(I)的壁體外側有壓縮線圈b (13);在第二氣化腔(III)內有絕熱內襯(7)，在第二氣化腔(III)的筒體外側有壓縮線圈a (S)0本實施例中，前槍體(6)的環形冷卻腔(IV)同時作為氣化劑通道，電極基座(6-5)內的氣化劑/冷卻劑通道c (VIII)作為氣化劑通道，氣化劑/冷卻劑接口 g (6-1)作為氣化劑輸入接口，第三電極(4)內的冷卻腔(XXVII)兼作氣化劑通道。本實施例用另一種的第三電極(4 ')替代第三電極(4)，在另一種的第三電極(4 ')內有冷卻肋片，另一種的第三電極(4 ')的電極頭端中心有氣化劑噴嘴，冷卻腔(XXVII)通過冷卻肋片的空隙連通到氣化劑噴嘴；用另一種電極頭(1-3丨)替代第一電極的電極頭(1-3)，在第一電極(I)內有導流管a (1-7)，導流管a (1_7)內有冷卻劑通道m(XXIV)，導流管a (1-7)外壁與第一電極(I)的圓棒空心內壁之間的空隙構成冷卻劑通道d (XV)，導流管a (1-7)內的冷卻劑通道m (XXIV)有冷卻劑接口 a (1_5)接入，在第一電極的基座(1-1)內有冷卻劑環道(XXIII)、冷卻劑通道η (XXV)、冷卻劑通道e (XVI)、冷卻劑通道k (XXII)，冷卻劑環道(XXIII)連通到冷卻劑通道d (XV),冷卻劑環道(XXIII)同時與冷卻劑通道n (XXV)連通，冷卻劑通道n (XXV)與冷卻劑通道e (XVI)連通。本實施例中，在冷卻水套b (XIX)有冷卻劑接口 e (3-12)和冷卻劑接口 f (3_14);中槍體(3)的過渡件(3-1)壁體上有冷卻劑通道g (XVIII)和冷卻劑通道h (XX);后座(2)的體內有冷卻劑通道f (XVII)和冷卻劑通道j (XXI)。本實施例的第一電極(I)、后座(2)和冷卻水套a(IX)之間的冷卻回路采用串聯方式連接到冷卻系統的管網，連接方式為冷卻系統的供水管道連接到冷卻劑接口 a (1-5)，冷卻劑接口 a (1-5)依次通過冷卻劑通道m (XXIV)、冷卻劑通道d (XV)、冷卻劑環道(XXIII)、冷卻劑通道η (XXV)、冷卻劑通道f (XVII)和冷卻劑通道g (XVIII)連通到冷卻水套a (IX)，冷卻水套a (IX)又依次通過冷卻劑通道h (XX)、冷卻劑通道j (XXI)、冷卻劑通道k (XXII)和冷卻劑接口 b (1-6)連通到冷卻系統的回水管道；冷卻劑接口 e (3-12)和冷卻劑接口 f (3-14)連接到冷卻系統的管網；蒸汽供汽管道連接到氣化劑/冷卻劑接口 g (6-1)，氣化劑/冷卻劑 接口 g (6-1)連通到環形冷卻腔(IV)，環形冷卻腔(IV)通過氣化劑/冷卻劑通道a (VI)連通到氣化劑/冷卻劑通道c (VII)，氣化劑/冷卻劑通道c (VIII)連通到第三電極(4丨)的冷卻腔(XXVII)，冷卻腔(XXVII)通過第三電極(4')頭端的氣化劑噴嘴連通到第一氣化腔(I)。本實施例中，第一電極(I)連接在直流供電電源的負極，第四電極(3-8)相連的金屬壁體連接在直流供電電源的正極。本實施例工作時，第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和第三電極(4)的頭端上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和第四電極(3-8)的環形放電面b (9)上。本實施例的應用如第I實施例所述。
權利要求
1.一種等離子體氣化噴槍，其特征是噴槍主要由后座(2)、中槍體(3)、絕緣連接件(5)、前槍體(6)、第一電極(I)和第三電極(4)組成，后座(2)連接在中槍體(3)的入口端，中槍體(3 )的出口端通過絕緣連接件(5 )連接在前槍體(6 )上，第一電極(I)由后座伸入到中槍體(3)的入口空間內，第三電極(4)連接在前槍體(6)上，其中 后座(2)為圓柱體結構，后座(2)的中心上有通孔，后座(2)的中心通孔軸線與后座(2)的軸線重合； 中槍體(3)的構造內有壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)、壓縮通道(II)和冷卻水套a(IX)，第一氣化腔(I)的空間呈圓柱體結構，壓縮噴口(X)為第一氣化腔(I)的入口，壓縮通道(II)為第一氣化腔(I)的出口，冷卻水套a (IX)在壓縮噴口(X)、第一氣化腔(I)和壓縮通道(II)的外圍，中槍體(3)的入口在壓縮噴口(X)端，中槍體(3)的出口與壓縮通道(II)重合，在中槍體(3 )入口處的壁體上有工作氣輸入接口( 3-10 )和原料輸入接口( 3-2 )，工作氣輸入接口(3-10)在原料輸入接口(3-2)之后，工作氣輸入接口(3-10)和原料輸入接口(3-2)通過壓縮噴口(X)連通到第一氣化腔(I)； 絕緣連接件(5)為圓筒體結構，絕緣連接件(5)的內空間構成第二氣化腔(III)，第二氣化腔(III)通過壓縮通道(II)連通到第一氣化腔(I); 前槍體(6)為圓環體結構，圓環體的環內壁體上連接有電極基座(6-5)，電極基座(6-5)呈圓柱體結構，電極基座(6-5)的軸線與圓環體的環心軸線重合，圓環體的環內壁體和電極基座(6-5 )之間的空間構成產物出口(V)，產物出口(V)和第二氣化腔(III)的出口重合； 第一電極(I)為圓棒體結構，第一電極(I)的基座連接在后座(2)的后端上,第一電極(I)的圓棒體通過后座(2)的軸心通孔伸入到中槍體(3)的入口空間內，第一電極(I)的頭部和中槍體(3)入口處壁體之間的空隙構成工作氣通道，第一電極(I)的頭端接近壓縮噴口(X)，第一電極(I)的頭端與壓縮噴口(X)的金屬壁體之間有放電空間，壓縮噴口(X)處的金屬壁體形成第二電極，第二電極上有環形放電面a (10)； 第三電極(4)為圓棒體結構，第三電極(4)的后端連接在前槍體的電極基座(65)上，第三電極(4)的圓棒體設置在第二氣化腔(III)之中，第三電極(4)的頭部伸入到壓縮通道(II)的空間中，第三電極(4)與壓縮通道(II)的金屬壁體之間有放電空間，壓縮通道(II)的金屬壁體形成第四電極，第四電極上有環形放電面b (9)； 工作時，在第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和環形放電面a (10)上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和環形放電面b (9)上。
2.根據權利要求I所述的一種等離子體氣化噴槍，其特征是在中槍體(3)入口處的壁體上有環形氣腔(XIII)，環形氣腔(XIII)有工作氣噴口(XD以切向方式連通到中槍體(3)的入口內，所述的工作氣噴口(XD為至少2只；工作氣輸入接口(3-10)通過環形氣腔(XIII)和工作氣噴口(XD連通到中槍體(3)的入口內，原料輸入接口(3-2)直接連通到中槍體(3)的入口內。
3.根據權利要求I所述的一種等離子體氣化噴槍，其特征是前槍體(6)的結構內有環形冷卻腔(IV)，前槍體(6)上的電極基座(6-5)內有冷卻劑通道c (VIII)，前槍體(6)的環形冷卻腔(IV)向內有冷卻劑通道a (VI)連通到冷卻劑通道C (VIII)，環形冷卻腔(IV)向外有冷卻劑接ロ g (6-1)接出。
4.根據權利要求I所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是在第一電極(I)的頭端或在第三電極(4)的頭端設置氣化劑噴嘴；第一電極(I)為圓棒實體或圓棒空心結構，當第一電極(I)為圓棒空心結構時，在第一電極(I)內有氣化劑/冷卻劑通道d (XV)，當氣化劑噴嘴設置在第一電極(I)的頭端時，氣化剤/冷卻劑通道d (XV)作為氣化劑通道；第三電極(4)為圓棒實體或圓棒空心結構，當第三電極(4)為圓棒空心結構時,在第三電極(4)內有冷卻腔(XXVII)，當氣化劑噴嘴設置在第三電極(4)的頭端時，冷卻腔(XXVII)兼作氣化劑通道。
5.根據權利要求I或4所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是當氣化劑噴嘴不設置在第一電極(I)的頭端時，在第一電極(I)內有導流管a (1-7),導流管a (1_7)內有冷卻劑通道m (XXIV)，導流管a (1_7)外壁與第一電極(I)的圓棒空心內壁之間的空隙構成冷 卻劑通道d (XV);當氣化劑噴嘴不設置在第三電極(4)的頭端時，電極基座(6-5)內有導流管b (6-3)，導流管b (6-3)伸入到第三電極(4)內的冷卻腔(XXVII)中，導流管b (6-3)內有冷卻劑通道b (VII)，導流管b (6-3)的外壁與第三電極的基座(6-5)壁體之間的空隙構成冷卻劑通道c (VIII)。
6.根據權利要求I所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是壓縮噴ロ(X)的進ロ處有逐漸收窄的壓縮角(a')，壓縮角(a')的壓縮角度為60° 90°，壓縮噴ロ(X)在第一氣化腔(I)內的擴散角為120° 180° ;第一氣化腔(I)至壓縮通道(II)呈逐漸收窄的結構，收窄角度為75° 180°。
7.根據權利要求I所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是在絕緣連接件(5)的筒體內有絕熱內襯(7)，在絕緣連接件(5)的筒體外側有壓縮線圈a (8)。
8.ー種包含權利要求I的部件的等離子體氣化噴槍，其特征是第三電極(4)的后部設置在第二氣化腔(III)內，第三電極(4)的前部通過壓縮通道(II)伸入到第一氣化腔(I)內并接近壓縮噴ロ(X)，第三電極(4)的頭端與設置在壓縮噴ロ(X)另ー側的第一電極(I)頭端之間有放電空間，壓縮噴ロ(X)的金屬壁體形成輔助電扱；工作時，第一氣化腔(I)內和第二氣化腔(III)內分別有等離子體電弧生成，第一氣化腔(I)內的等離子體電弧弧根分別在第一電極(I)的頭端上和第三電極(4)的頭端上，第二氣化腔(III)內的等離子體電弧弧根分別在第三電極(4)的棒體上和環形放電面b (9)上。
9.根據權利要求8所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是壓縮噴ロ(X)的金屬壁體與壓縮通道(II)的金屬壁體之間用絕緣部件隔開；冷卻水套a (IX)在壓縮噴ロ(X)的外圍，壓縮通道(II)的外圍有冷卻水套b (XIX)。
10.根據權利要求8所述的ー種等離子體氣化噴槍，其特征是在第一氣化腔(I)內有絕熱襯套(12)，在第一氣化腔(I)的壁體外側有壓縮線圈b (13);在第二氣化腔(III)內有絕熱內襯(7)，在第二氣化腔(III)的絕緣連接件(5)的筒體外側有壓縮線圈a (8)。
全文摘要
一種等離子體氣化噴槍，涉及到一種等離子體氣化設備。噴槍主要由后座、中槍體、絕緣連接件、前槍體、第一電極和第三電極組成，其中，中槍體的構造內有壓縮噴口、第一氣化腔、壓縮通道和冷卻水套a，絕緣連接件的內空間構成第二氣化腔，第一電極由后座伸入到中槍體的入口空間內，壓縮噴口處的金屬壁體形成第二電極，第三電極設置在第二氣化腔之中，第三電極的頭部伸入到壓縮通道的空間中，壓縮通道處的金屬壁體形成第四電極。工作時，在第一氣化腔內和第二氣化腔內分別有等離子體電弧生成，水蒸汽快速分解為H*、O*、H2*、HO*、O2*、H2O*活性化學物并且和氣化原料進行氣化反應，生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的富氫合成氣。
文檔編號C10J3/50GK102851083SQ20121033646
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者周開根 申請人:衢州市廣源生活垃圾液化技術研究所