一種煤炭氣化噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)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(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)，伴隨著放電將會(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，被處理的物質(zhì)受到高溫等離子體沖擊時(shí)，其分子將會(huì)分解、原子將會(huì)重新組合而生成新的物質(zhì)，使有害物質(zhì)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)。
[0003]在煤氣化生產(chǎn)線上，當(dāng)把水蒸汽通過(guò)高溫分解后與煤炭進(jìn)行造氣反應(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]在等離子體噴槍中，陰極是發(fā)射電子的部件，由于承受電流的沖擊和數(shù)萬(wàn)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(guó)專利公告號(hào)CN203851357U公開(kāi)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(guò)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是要克服現(xiàn)有等離子體噴槍的缺點(diǎn)，提高等離子體噴槍的熱解能力，使煤炭在噴槍中直接氣化為合成氣。并且對(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，使等離子體氣化噴槍能滿足煤氣化生產(chǎn)的應(yīng)用要求。
[0007]本實(shí)用新型的一種煤炭氣化噴槍，由絕緣槍架2、陰極I和陽(yáng)極3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的軸向中心有通孔，陽(yáng)極3為文丘里噴管結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極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)體中有后腔2-12、中腔2-9和前腔
2-6，后腔2-12、中腔2-9和前腔2-6由后向前依次排列，在后腔2_12與中腔2_9之間有過(guò)孔2-10，在中腔2-9與前腔2-6之間有承插孔2-8 ;陽(yáng)極3的后部壁體上有榫頭3_4，陽(yáng)極3安裝在絕緣槍架2的前腔2-6中，陽(yáng)極3后部壁體上的榫頭3-4嵌入到承插孔2-8中，陽(yáng)極3后端的喇叭口進(jìn)入到中腔2-9的前側(cè)，陽(yáng)極3的外壁與絕緣槍架2的前腔2-6內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成冷卻水套νπ ;陰極I安裝在絕緣槍架2的后腔2-12中，陰極頭1-3的頭端由后腔
2-12與中腔2-9之間的過(guò)孔2-10伸出進(jìn)入到陽(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2-12內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成環(huán)形冷卻腔I ;中腔2-9的余量空間構(gòu)成氣室II，氣室II有工作氣輸入接口 2-1接入。
[0008]本實(shí)用新型中，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2-12與過(guò)孔2-10之間有密封槽2-11，陰極頭1-3壁體上的凸沿1-2嵌入在密封槽2-11中，在密封槽2-11中有第一密封環(huán)8 ;在陽(yáng)極3后部壁體的榫頭3-4上有第二密封環(huán)6 ;在陽(yáng)極3的前部壁體上有定位凸臺(tái)3-2，陽(yáng)極3前部壁體上的定位凸臺(tái)3-2嵌入在絕緣槍架2的前腔2-6前端壁體中，在陽(yáng)極3前部壁體上的定位凸臺(tái)3-2與前腔2-6壁體之間有第三密封環(huán)5 ;陽(yáng)極3后端的喇叭口空間構(gòu)成放電區(qū)III，陽(yáng)極3的喉口段空間構(gòu)成壓縮孔道IV，陽(yáng)極3的喇叭形擴(kuò)張段空間構(gòu)成噴射腔V ;在絕緣槍架2的過(guò)孔2-10前端壁體上有切向氣槽IX，氣室II通過(guò)切向氣槽IX連通到放電區(qū)III ;環(huán)形冷卻腔I的后部有冷卻水輸入接口 1-4接入，冷卻水套VII的前部有冷卻水輸出接口 2-3接出，在環(huán)形冷卻腔I的前部與冷卻水套VII的后部之間有連通孔X進(jìn)行連通；空心連桿1-1的內(nèi)空間構(gòu)成料道XL料道ΧΠ有原料輸入接口 1-5接入，在料道ΧΠ的壁體內(nèi)側(cè)有隔熱襯套10 ;陰極頭1-3的軸向中心通孔構(gòu)成出料孔XI，出料孔XI的直徑小于料道ΧΠ的直徑，在出料孔XI前端的陰極頭體中有擴(kuò)散腔廁，料道ΧΠ通過(guò)出料孔XI和擴(kuò)散腔VID連通到放電區(qū)III。具體實(shí)施時(shí)，在陽(yáng)極3的外壁上有陽(yáng)極的電氣接口 3-5，在陰極I的后端有陰極的電氣接口 1-6。
[0009]本實(shí)用新型是一種用于煤炭氣化生產(chǎn)的等離子體噴槍，以煤炭為原料在噴槍中進(jìn)行生產(chǎn)合成氣，所述的煤炭包括原煤、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(guò)后級(jí)設(shè)備進(jìn)行制氫、生產(chǎn)甲醇和合成氨。
[0010]本實(shí)用新型應(yīng)用時(shí)，把本實(shí)用新型的煤炭氣化噴槍安裝在余熱鍋爐上，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，把水蒸汽或氫氣或反饋尾氣作為工作氣的供氣管連接到工作氣輸入接口 2-1上，把等離子體工作電源的正極連接到陽(yáng)極的電氣接口 3-5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。工作時(shí)，冷卻水首先進(jìn)入到環(huán)形冷卻腔I中，對(duì)陰極頭1-3進(jìn)行冷卻，通過(guò)水流把陰極頭1-3的熱量快速帶走，然后冷卻水又進(jìn)入到冷卻水套VII中，對(duì)陽(yáng)極3進(jìn)行冷卻，通過(guò)水流把陽(yáng)極3的熱量快速帶走，冷卻水再通過(guò)回水管返回到冷卻系統(tǒng)中；把水蒸汽或氫氣或反饋尾氣作為工作氣送入到氣室II中，然后通過(guò)切向氣槽IX以旋轉(zhuǎn)氣流方式進(jìn)入到放電區(qū)III;把水蒸汽進(jìn)行過(guò)熱后，作為氣化劑和載氣攜煤粉或炭粉或碳黑送入料道ΧΠ中，再由出料孔XI和擴(kuò)散腔VID進(jìn)入到放電區(qū)III;同時(shí)在陽(yáng)極3和陰極I之間施加電能，在陰極頭1-3的頭端便發(fā)射電子，形成高溫的等離子體電弧，水蒸汽和煤粉或炭粉或碳黑與高溫等離子體電弧混合，通過(guò)壓縮孔道IV噴入到噴射腔V中，形成等離子體火炬從噴射腔V的噴口 3-3噴出。在等離子體電弧通過(guò)壓縮孔道IV時(shí)，電弧受到壓縮，使高溫等離子體電弧得到進(jìn)一步升溫。上述過(guò)程中，水蒸汽作為載氣攜煤粉或炭粉或碳黑進(jìn)入到噴槍內(nèi)的放電區(qū)III，這時(shí)，水蒸汽已與煤粉或炭粉或碳黑充分混合，然后水蒸汽作為氣化劑和煤粉或炭粉或碳黑進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，在放電區(qū)III的強(qiáng)電場(chǎng)作用和高溫等離子體電弧的作用下，水蒸汽