专利名称：用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，特别是用于煤、生物质及垃圾的气化转化过程使用的提高气化强度的高温高活性水蒸汽制备技术。
背景技术：
水蒸汽热等离子体用于煤、生物质及垃圾的气化转化可大大提高气化强度，可以调节合成气中有效气体H2的比例，使合成气可以满足不同使用要求。因此基于热等离子体的水蒸汽气化技术在世界范围内得到重视。传统的水蒸汽等离子体气化方法，使用水蒸汽作为等离子体的工作气，由于水蒸汽具有氧化性，这在一定程度上加快了电极的损耗，缩短电极的使用寿命；这一因素制约了等离子体气化技术的发展。专利申请01U9931. 2公开了氢气、CH4及水蒸汽作为工作气体的等离子体热解气化制取合成气的方法，由于水蒸汽具有氧化性，使得等离子发生器的电极损耗加快，使用寿命缩短。
发明内容本实用新型的目的是提供一种用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，采用非氧化性气体作为等离子发生器的工作气体，生成的高温等离子体再加热水蒸汽制取高温、富含高活性粒子水蒸汽，避免了水蒸汽与电极的接触，延长电极的使用寿命。本实用新型的技术方案本实用新型的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置包括等离子发生器和高温水蒸汽发生器，其高温水蒸汽发生器的一端中部设有高温等离子体进入口与等离子发生器出口连通，等离子发生器有非氧化性气体进口，在高温等离子体进入口的周围是环形水蒸汽进口，环形水蒸汽进口内安装旋转导向叶片。所述的高温水蒸汽发生器的壳体是逐级变大的台阶状，分1 4级台阶，每级台阶处的相邻两段壳体间有水蒸汽进入的环形狭口，环形狭口与水蒸汽压力输送装置连接。所述的高温水蒸汽发生器的壳体上逐级变大的台阶每级长度范围300 800mm。所述的环形狭口的径向宽度为3 15mm。本实用新型的优点本实用新型工作气体选用非氧化性气体，对等离子发生器电极无腐蚀作用，加上水蒸汽通过单独进口进入，不与等离子发生器的电极接触，使电极寿命长。 本实用新型水蒸汽通过环形水蒸汽进口导向叶片进口高速旋转喷入高温水蒸汽发生器中的等离子体高温区域，与高温等离子体强烈、迅速混合，水蒸汽被加热、活化，富含大量活性粒子。通过调节等离子体与水蒸汽的进口质量流量比例，使加热后的水蒸汽温度为1000K 4000K，满足气化需要。水蒸汽通过高温水蒸汽发生器壳体上的环形狭口进入， 在高温水蒸汽发生器壁面处形成低温水膜，保护壁面。
图1为用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置的结构示意图。图2是图1的A-A剖视图。图3是图1的B-B剖视图。
具体实施方式
如图1、图2、图3 本实用新型的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置包括等离子发生器1和高温水蒸汽发生器2，其高温水蒸汽发生器2的一端中部设有高温等离子体进入口 4与等离子发生器1出口 Ib连通，等离子发生器1有非氧化性气体进口 la，在高温等离子体进入口 4的周围是环形水蒸汽进口 3d，环形水蒸汽进口 3d内安装旋转导向叶片7。环形水蒸汽进口 3d通过环腔和管口 3dl与水蒸汽压力输送装置3连接。6是
环形水蒸汽进口 3d内的多孔板。5是高温水蒸汽发生器2的高温、富含活性粒子水蒸汽出□。进一步地，所述的高温水蒸汽发生器2的壳体是逐级变大的台阶状，分1 4级台阶，以3级为例，高温水蒸汽发生器2的壳体包括2a、2b、2c，每级台阶处的相邻两段壳体间有水蒸汽进入的环形狭口 3a、3b、3c，环形狭口 3a、3b、3c通过各自的环腔和管口 3al、3bl、 3cl与水蒸汽压力输送装置3连接。所述的高温水蒸汽发生器的壳体上逐级变大的台阶每级长度范围300 800mm。 壳体为耐火材料。所述的环形狭口的径向宽度为3 5mm。本实用新型的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的步骤包括1)制备水蒸汽及工作气体通过等离子发生器被电离成高温等离子体工质，工作气体选用非氧化性气体中的一种或几种；2)将高温等离子体喷射入高温水蒸汽发生器形成高温电离环境，同时将水蒸汽通过旋转导向叶片高速送入高温水蒸汽发生器，与高温等离子体强烈混合，水蒸汽被加热、活化，形成具有活性粒子的水蒸汽。所述的步骤1)工作气体通过等离子发生器被电离成高温等离子体的温度为 3000K 12000K。所述的水蒸汽包括不饱和水蒸汽、饱和水蒸汽及过热水蒸汽以及水蒸汽与空气或 /和氧气混合物，优选饱和水蒸汽。常用非氧化性气体有Ar，N2, H2，C02, CH4等，优选氮气。步骤2~)高温等离子体喷入高温水蒸汽发生器的速度为30 100m/S，水蒸汽喷入高温水蒸汽发生器的速度为5 30m/s ；通过调节高温等离子体与水蒸汽进入高温水蒸汽发生器的质量流量比例，使在高温水蒸汽发生器中加热后的水蒸汽达到出口处的温度为 1000K 4000K。在高温水蒸汽发生器的壳体上间隔设置1 4级水蒸汽进入的环形狭口，部分水蒸汽通过压力输送装置由环形狭口进入高温水蒸汽发生器，在高温水蒸汽发生器壁上形成保护高温水蒸汽发生器壁面的低温水膜。所述的高温水蒸汽发生器的壳体上逐级变大的台阶每级长度范围300 800mm.所述的环形狭口的径向宽度为3-15mm。 本实用新型的核心是水蒸汽通过单独进口进入高温水蒸汽发生器，不与等离子发生器的电极接触。因此，凡是采样水蒸汽通过单独进口进入高温水蒸汽发生器的，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，包括等离子发生器(1)和高温水蒸汽发生器O)，其特征在于高温水蒸汽发生器O)的一端中部设有高温等离子体进入口(4)与等离子发生器(1)的出口(Ib)连通，等离子发生器(1)有电离介质气体进口 (Ia)，在高温等离子体进入口(4)的周围是环形水蒸汽进口(3d)，环形水蒸汽进口(3d)内安装旋转导向叶片(7)。
2.根据权利要求1所述的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，其特征在于高温水蒸汽发生器O)的壳体是逐级变大的台阶状，分1 4级台阶，每级台阶处的相邻两段壳体间有水蒸汽进入的环形狭口，环形狭口与水蒸汽压力输送装置连接。
3.根据权利要求1或2所述的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，其特征在于所述的高温水蒸汽发生器的壳体上逐级变大的台阶每级长度范围300 800mm.
4.根据权利要求1或2所述的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，其特征在于所述的环形狭口的径向宽度为3 15mm。
5.根据权利要求2所述的用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，其特征在于环形狭口通过各自的带环腔的管口与水蒸汽压力输送装置连接。
专利摘要本实用新型提供一种用等离子体制取高温、富含活性粒子水蒸汽的装置，包括等离子发生器和高温水蒸汽发生器，高温水蒸汽发生器的一端中部设有高温等离子体进入口与等离子发生器的出口连通，等离子发生器有电离工质气体进口，在高温等离子体进入口的周围是环形水蒸汽进口，环形水蒸汽进口内安装旋转导向叶片。高温水蒸汽发生器的壳体是逐级变大的台阶状，分1～4级台阶，每级长度范围300～800mm；每级台阶处的相邻两段壳体间有水蒸汽进入的环形狭口，环形狭口的径向宽度为3～15mm。水蒸汽及通过等离子发生器电离成高温等离子体的工质通过各自的入口喷射入高温水蒸汽发生器强烈混合，水蒸汽被加热、活化，形成具有活性粒子的水蒸汽。
文档编号B01J19/08GK201997325SQ20102069393
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张岩丰, 曹民侠, 李宏 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司