一種用于氣化的等離子體噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體設(shè)備，特別是涉及到一種等離子體噴槍。
【背景技術(shù)】
[0002]當(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)，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(dá)攝氏數(shù)萬(wàn)度以上，火炬邊緣溫度也可達(dá)到數(shù)千度以上。
[0003]當(dāng)前，煤炭的氣化需在氣化爐中進(jìn)行的。在常規(guī)煤氣化爐中，直接把水蒸汽+空氣或水蒸汽+氧氣作為氣化劑送入氣化爐，在缺氧燃燒環(huán)境下使水蒸汽與煤炭發(fā)生造氣反應(yīng)生成合成氣，其造氣反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要由空氣或氧氣與炭進(jìn)行部分燃燒為其提供熱量，這種氣化方式將增加煤炭資源消耗，氣化率低，并且，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。當(dāng)把水蒸汽通過高溫分解后與煤炭進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，其造氣反應(yīng)是放熱反應(yīng)，使煤炭更容易氣化，提高煤炭的氣化率，實(shí)現(xiàn)節(jié)省煤炭資源。但是，水分子是一種相當(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以上時(shí)，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(tuán)，然而，一般的加熱方式難以達(dá)到這么高的溫度，使用等離子體噴槍則能做到。
[0004]中國(guó)專利公告號(hào)CN203851357U公開了 “一種等離子體加熱分解器”，由陽(yáng)極套、陽(yáng)極、陰極基座、陰極和絕緣架組成，其中，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，陰極的頭端中心有原料氣噴口。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(shí)對(duì)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(diǎn)。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(jìn)行水套密封的，材料的熱脹冷縮作用將會(huì)使陰極松動(dòng)，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有煤炭氣化設(shè)備存在的缺點(diǎn)，提供一種用于氣化的等離子體噴槍，使固態(tài)含炭物質(zhì)在等離子體噴槍內(nèi)直接氣化，提高煤炭的氣化率，實(shí)現(xiàn)節(jié)省煤炭資源?？朔F(xiàn)有等離子體噴槍陰極易燒蝕的缺點(diǎn)，對(duì)等離子體噴槍的陰極進(jìn)行有效保護(hù)，避免陰極移位，冷卻水不會(huì)泄漏。
[0006]本發(fā)明的一種用于氣化的等離子體噴槍，由絕緣槍架2、陰極1、第一陽(yáng)極3和第二陽(yáng)極5組成，絕緣槍架2為中空回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)；陰極I上有空心連桿1-1，空心連桿1-1的前端有陰極頭1-3，陰極頭1-3的軸向中心有噴料孔，第一陽(yáng)極3或第二陽(yáng)極5為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，第一陽(yáng)極3或第二陽(yáng)極5由后向前依次為喇叭口收窄段、喉口段和喇叭形擴(kuò)張段，其特征是絕緣槍架2的中空回轉(zhuǎn)體中由后向前依次有后腔2-15、中腔2-11和前腔2-7，在后腔2-15與中腔2-11之間有過孔2-13和第一承插孔2_12，第一承插孔2_12與中腔2_11相鄰，在中腔2-11與前腔2-7之間有通孔2-9和第二承插孔2-8，第二承插孔2_8與前腔2_7相鄰；第一陽(yáng)極3或第二陽(yáng)極5的后部壁體上有榫頭；第二陽(yáng)極5安裝在絕緣槍架2的前腔
2-7中，第二陽(yáng)極5后部壁體上的榫頭嵌入到第二承插孔2-8中，第二陽(yáng)極5的外壁與絕緣槍架2的前腔2-7內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成第三冷卻水套XI ;第一陽(yáng)極3安裝在絕緣槍架2的中腔2-11中，第一陽(yáng)極3后部壁體上的榫頭嵌入到第一承插孔2-12中，第一陽(yáng)極3的前部嵌入到通孔2-9中，第一陽(yáng)極3的頭端置于第二陽(yáng)極5后端的喇叭口空間中，第一陽(yáng)極3的外壁與絕緣槍架2的中腔2-11內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成第二冷卻水套XIV ;陰極I安裝在絕緣槍架2的后腔2-15中，陰極頭1-3的頭端由過孔2-13伸出進(jìn)入到第一陽(yáng)極3后端的喇叭口空間中，陰極頭1-3的外壁、空心連桿1-1的外壁與絕緣槍架2的后腔2-15內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成第一冷卻水套I ;在絕緣槍架2的后腔2-15與中腔2-11之間的壁體中有第一環(huán)形氣室II，第一環(huán)形氣室II有第一工作氣輸入接口 2-1接入，第一環(huán)形氣室II連通到第一陽(yáng)極3后端的喇叭口空間中；在絕緣槍架2的中腔2-11與前腔2-7之間的壁體中有第二環(huán)形氣室VI，第二環(huán)形氣室VI有第二工作氣輸入接口 2-2接入，第二環(huán)形氣室VI連通到第二陽(yáng)極5后端的喇叭口空間中。
[0007]本發(fā)明中，在陰極頭1-3的壁體周邊有凸沿1-2，在絕緣槍架2的后腔2-15與過孔
2-13之間有第一密封槽2-14，陰極頭1-3壁體上的凸沿1-2嵌入在第一密封槽2_14中，在第一密封槽2-14中有第一密封環(huán)13 ;在第一陽(yáng)極3后部壁體的榫頭上有第二密封環(huán)11 ;在第一陽(yáng)極3的前部壁體外側(cè)有凸環(huán)，在絕緣槍架2的中腔2-11與通孔2-9之間有第二密封槽2-10，第一陽(yáng)極3前部壁體外側(cè)的凸環(huán)嵌入到第二密封槽2-10中，在第二密封槽2-10中有第三密封環(huán)9 ;在第二陽(yáng)極5后部壁體的榫頭上有第四密封環(huán)8 ;在第二陽(yáng)極5的前部壁體上有定位凸臺(tái)，第二陽(yáng)極5前部壁體上的定位凸臺(tái)嵌入在絕緣槍架2的前腔2-7前端壁體中，在第二陽(yáng)極5前部壁體的定位凸臺(tái)與前腔2-7的前端壁體之間有第五密封環(huán)6 ;在絕緣槍架2的后腔2-15與中腔2-11之間的壁體中有切向氣槽X V，第一環(huán)形氣室II通過切向氣槽X V連通到第一陽(yáng)極3后端的喇叭口空間中；在絕緣槍架2的中腔2-11與前腔2-7之間的壁體中有切向氣道XIII，第二環(huán)形氣室VI通過切向氣道XIII連通到第二陽(yáng)極5后端的喇叭口空間中；第一冷卻水套I的后部有冷卻水輸入接口 1-4接入，在第一冷卻水套I的前部與第二冷卻水套XIV的后部之間有第一過水孔X VI進(jìn)行連通，在第二冷卻水套XIV的前部與第三冷卻水套XI之間有第二過水孔ΧΠ進(jìn)行連通，第一過水孔XVI或第二過水孔ΧΠ為多根設(shè)置，呈環(huán)形分布在絕緣槍架2的壁體中，在第三冷卻水套XI的前部有冷卻水輸出接口 2-3接出；空心連桿1-1的內(nèi)空間構(gòu)成料道XIX，料道XIX有原料輸入接口 1-5接入，在料道XIX的壁體內(nèi)側(cè)有隔熱襯套15 ;陰極頭1-3軸向中心的噴料孔直徑小于料道XIX的直徑，在噴料孔前端的陰極頭體中有擴(kuò)散腔XVII，料道XIX通過噴料孔和擴(kuò)散腔XVII連通到第一陽(yáng)極3后端的喇叭口空間中。具體實(shí)施時(shí)，在第二陽(yáng)極5的外壁上有陽(yáng)極的電氣接口 5-4，在陰極I的后端有陰極的電氣接口 1-6。
[0008]本發(fā)明是一種用于固態(tài)含炭物質(zhì)氣化的等離子體噴槍，以水蒸汽為氣化劑使固態(tài)含炭物質(zhì)在等離子體噴槍中直接進(jìn)行生產(chǎn)合成氣，所述的固態(tài)含炭物質(zhì)包括原煤、定形炭和碳黑，其中原煤和定形炭需制成煤粉或炭粉，所述的合成氣為以一氧化碳和氫氣主要成分的氣體，合成氣通過后級(jí)設(shè)備進(jìn)行制氫、生產(chǎn)甲醇和合成氨。
[0009]本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，把等離子體噴槍安裝在余熱鍋爐上，等離子體噴槍的出口朝向余熱鍋爐的爐膛內(nèi)，把冷卻系統(tǒng)的供水管連接到冷卻水輸入接口 1-4上，把冷卻水輸出接口
2-3連接到冷卻系統(tǒng)的回水管上，把煤粉或炭粉或碳黑的供粉系統(tǒng)連接到原料輸入接口
1-5或第一工作氣輸入接口2-1上，把水蒸汽或氫氣的供氣管連接到第一工作氣輸入接口
2-1或原料輸入接口1-5上，把氫氣或反饋尾氣的供氣管連接到第二工作氣輸入接口 2-2上，把等離子體工作電源的正極連接到陽(yáng)極的電氣接口 5-4上，把等離子體工作電源的負(fù)極連接到陰極的電氣接口 1-6上。當(dāng)噴槍運(yùn)行時(shí)，第一陽(yáng)極3后端的喇叭口空間構(gòu)成第一放電區(qū)III，第一陽(yáng)極3的喉口段空間構(gòu)成第一壓縮孔道IV，第一陽(yáng)極3的喇叭形擴(kuò)張段空間構(gòu)