一种等离子熔融炉及其电极结构的制作方法

本发明涉及危废焚烧处理领域，具体地，本发明涉及一种等离子熔融炉及其电极结构。

背景技术：

危险废弃物焚烧过程中会产生大量的飞灰，其含有高浸出浓度的重金属、二噁英等污染物。目前，通过等离子电弧产生的高温(中心区可达7000℃)迅速将飞灰变成熔融状态的反应器，是将生活垃圾焚烧飞灰无害化处理和资源化利用的一种技术。

等离子熔融炉运行时电弧的运行方式包括开弧与埋弧，其中等离子电弧使用埋弧方式运行时，石墨电极下端位于熔池液面以下，电弧整体位于熔融的飞灰之中，运行过程中，电弧的热量通过传导、对流等方式传递给熔池，不再暴露再自由气化区，减少了电弧热量对自由气化区的散失，同时避免了对耐火材料和等离子熔融炉内部结构的辐射，提高了等离子能量向熔融物料传递的效率。但是埋弧由于辐射热较少，导致热量对于熔池外延的辐射热量被大量降低，热量对于熔池远离圆心侧的传导只能通过熔池对流和传导，而因熔池熔浆的粘度较大，熔浆对流程度较低。

现有技术中电极结构只能通过导电臂上下移动，加热点只能存在于熔池圆周的正中心，因此常常会因为热量传导降低在熔池的外围形成冷区，导致熔浆冷凝和熔池容积下降，直接影响等离子熔融炉的熔融效率。并且，由于进料口和出渣口设置在熔池外沿，外沿的熔浆冷凝将导致进料和排查不畅，甚至无法运行。

因此，有必要提出一种新的等离子熔融炉的电极结构，以解决上述问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供一种等离子熔融炉的电极结构，包括：

电极棒，所述电极棒位于等离子熔融炉内；

转动机构，所述电极棒穿过所述转动机构，以所述转动机构作为转动支点；

传动机构，所述电极棒的顶部与所述传动机构相连，所述传动机构在垂直方向和/或水平方向移动以带动所述电极棒移动。

进一步，所述电极棒为所述等离子熔融炉的阴极电极，所述电极棒的构成材料包括石墨。

进一步，所述电极棒的下端位于所述等离子熔融炉的熔池液面以下。

进一步，所述电极棒的下端在所述熔池内平移或者做圆周运动。

进一步，所述电极棒移动的角度范围是0°至30°。

进一步，所述转动机构包括转动球体，所述转动球体嵌入所述等离子熔融炉的炉盖中，且所述转动球体能够相对于所述炉盖转动。

进一步，所述转动机构采用耐高温和/或耐磨损材料制成。

进一步，所述传动机构包括传动盘。

本发明还提供一种等离子熔融炉，其包括上述等离子熔融炉的电极结构。

进一步，所述等离子熔融炉包括直流电弧等离子熔融炉，所述等离子熔融炉采用埋弧方式运行。

根据本发明提供的等离子熔融炉的电极结构，通过在电极棒的上端设置转动机构作为转动支点，并在电极棒的顶部连接传动机构以带动所述电极棒移动，使电极棒的下端在熔池内移动，扩大了熔池的加热范围，避免了熔池外沿发生冷凝，提高了等离子熔融炉的效率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明的等离子熔融炉的电极结构的示意图。

附图标记

1、电极棒2、转动机构

3、传动机构4、熔池

5、金属层6、阳极电极

7、进料管

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的等离子熔融炉及其电极结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

等离子熔融炉是利用等离子电弧产生的高温迅速将飞灰等危险废弃物变成熔融状态，以实现生活垃圾焚烧飞灰无害化处理和资源化利用的反应装置。

如图1所示，等离子熔融炉包括炉壁以及炉壁内的腔室，所述炉壁采用耐火材料制成，所述侧壁上设置有进料管7，所述腔室内包括飞灰熔融形成的熔池4以及位于熔池4下方的金属层5。

等离子熔融炉按照等离子产生形式可以分为直流电弧等离子熔融炉和交流电弧等离子熔融炉。作为一个实例，本发明的等离子熔融炉包括直流电弧等离子熔融炉。直流电弧离子熔融炉的等离子体产生机理为：在阴阳电极之间的电弧放电，阴极在炉体上部，阳极存在于熔融炉的炉底结构当中，熔融物料在炉底上的区域被等离子体加热熔融。电流从炉底阳极向上流向阴极，并穿过被加热的飞灰，飞灰在熔融状态下是导电体，飞灰在电弧等离子体的作用下被熔融玻璃化。

如图1所示，等离子熔融炉包括阳极电极6和阴极电极。其中，所述阳极电极6位于炉底结构当中，所述阳极电极6的构成材料包括但不限于金属。所述阴极电极位于炉体上部，进一步，所述阴极电极位于所述阳极电极6的上方，所述阴极电极的构成材料包括但不限于石墨。

等离子熔融炉运行时电弧的运行方式包括开弧与埋弧，其中开弧为等离子熔融炉运行时，电弧部分存在于自由气化区中的运行方式；埋弧为等离子熔融炉运行时，电弧全部存在于熔渣层，不暴露于自由气化区的运行方式。作为一个实例，本发明的等离子熔融炉采用埋弧方式运行。等离子电弧使用埋弧方式运行时：阴极电极下端位于熔池4的液面以下，电弧整体位于熔融的飞灰之中，运行过程中，电弧的热量通过传导、对流等方式传递给熔池4，不再暴露在自由气化区，减少了电弧热量对自由气化区的散失，同时避免了对耐火材料和等离子熔融炉内部结构的辐射，提高了等离子能量向熔融物料传递的效率。但是埋弧由于辐射热较少，导致热量对于熔池外延的辐射热量被大量降低，热量对于熔池远离圆心侧的传导只能通过熔池对流和传导，而因熔池熔浆的粘度较大，熔浆对流程度较低。

现有技术中电极结构只能通过导电臂上下移动，加热点只能存在于熔池圆周的正中心，因此常常会因为热量传导降低在熔池的外围形成冷区，导致熔浆冷凝和熔池容积下降，直接影响等离子熔融炉的熔融效率。并且，由于进料口和出渣口设置在熔池外沿，外沿的熔浆冷凝将导致进料和排查不畅，甚至无法运行。

针对上述问题，本发明提供一种等离子熔融炉的电极结构，如图1所示，包括：

电极棒1，所述电极棒1位于等离子熔融炉内；

转动机构2，所述电极棒1穿过所述转动机构2，以所述转动机构2作为转动支点；

传动机构3，所述电极棒1的顶部与所述传动机构3相连，所述传动机构3在垂直方向和/或水平方向移动以带动所述电极棒1移动。

示例性地，所述电极棒1作为等离子熔融炉的阴极电极，其下端位于所述等离子熔融炉的熔池4液面以下，进一步，所述电极棒1的构成材料包括但不限于石墨。

示例性地，所述转动机构2包括能够作为转动支点以使所述电极棒1的下端进行移动的任意机构，包括但不限于球形、半球形、扇形、圆柱形等。

优选地，所述转动机构2包括转动球体，所述转动球体嵌入所述等离子熔融炉的炉盖中，且所述转动球体能够相对于所述炉盖转动。

进一步，所述转动机构采用耐高温和/或耐磨损材料制成。

在一个实施例中，所述转动机构采用金属材料制成。

在另一个实施例中，所述转动机构的构成材料包括石墨、刚玉等耐火材料。

示例性地，所述转动机构2与所述电极棒1固定连接或者可拆卸地连接。

在一个实施例中，所述转动机构2与所述电极棒1采用一体化设计。

在另一个实施例中，所述转动机构2上设置有通孔，以将所述电极棒1与所述转动机构2组合，例如通过将所述电极棒1插入所述通孔中以实现所述电极棒1与所述转动机构2的组合。

示例性地，所述传动机构3包括传动盘，通过使所述传动盘在垂直方向和/或水平方向移动，进而带动所述电极棒的下端在所述熔池内移动。示例性地，所述电极棒1移动的角度θ的范围是0°至30°。

在一个实施例中，所述传动盘可以在水平方向上左右移动，进而带动电极棒1以转动机构2为支点在平面内圆周方向上做平移运动，例如，所述电极棒1做类似于钟摆的运动，需要说明的是，在摆动过程中，所述电极棒1的下端始终位于熔池4液面的下方。

在另一个实施例中，所述传动盘可以在水平方向上任意移动，进而带动所述电极棒1以转动机构2为支点在多个平面内圆周方向上做平移运动，例如，当电极棒1的长度为l时，电极棒在以熔池中心为圆心，以l*sinθ为半径的圆形区域任意移动，需要说明的是，在移动过程中，所述电极棒1的下端始终位于熔池4液面的下方。

在又一个实施例中，所述传动盘可以在水平方向上内做圆周运动，进而带动电极棒1以转动机构2为支点在熔池4表面做圆周运动，需要说明的是，在运动过程中，所述电极棒1的下端始终位于熔池4液面的下方。

通过使电极棒1的下端在熔池4内平移或者做圆周运动，与现有技术中电极结构只能上下运动相比，扩大了熔池4的加热区域，即，使加热区域由熔池正中心向熔池4的外围延伸，避免在熔池4的外围形成冷区，进而避免了熔浆冷凝和熔池容积下降，改善了熔浆的流动性，使进料和排渣更加顺畅，提高了等离子熔融炉的熔融效率。

本发明还提供了一种等离子熔融炉，所述等离子熔融炉包括如上所述的电极结构，如图1所示，所述电极结构包括：

电极棒1，所述电极棒1位于等离子熔融炉内；

转动机构2，所述转动机构2设置在所述电极棒1的上端，以所述转动机构2作为转动支点；

传动机构3，所述电极棒1的顶部与所述传动机构3相连，以带动所述电极棒1移动。

示例性地，等离子熔融炉包括直流电弧等离子熔融炉，所述等离子熔融炉采用埋弧方式运行。

根据本发明提供的等离子熔融炉的电极结构，通过在电极棒的上端设置转动机构作为转动支点，并在电极棒的顶部连接传动机构以带动所述电极棒移动，使电极棒的下端在熔池内移动，扩大了熔池的加热范围，避免了熔池外沿发生冷凝，提高了等离子熔融炉的效率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。