一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬的制作方法

本发明属于等离子体炬技术领域，具体涉及一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬。

背景技术：

等离子炬主要由阴极部件和阳极部件之间产生的电弧对流通其中的气体进行电离，电离的过程将气体等离子体化，等离子态下气体具有良好的流动性、扩散性、导电性和导热性。等离子体炬亦称等离子体发生器或等离子体加热系统，等离子体炬通过平衡电离产生的热等离子体的温度可达6000℃以上，与气体混合后可以形成2000℃的高温热源，弧心温度更是高达30000℃以上。热等离子体不仅可以在氧化性、还原性和惰性气体等环境下工作，而且具有比燃烧方式更高的温度和功率密度，再加上等离子体具有流体与电磁的双重属性，使得等离子体炬可以广泛用于工业领域。

直流电弧等离子体炬具有结构简单、稳定性高、功率大、电热转化效率高等优点，比较符合工业应用的需求。在材料制备，等离子体炬用于制粉及材料的合成，在冶金行业，等离体炬用于金属的熔化与重溶、保温以及新冶炼工艺过程等，在环保领域，等离子体炬可以有效分解垃圾焚烧飞灰中的二噁英等有害物质。

热等离子体炬主要是将电能转化成热能，由于材料限制及结构设计的缺陷等原因，等离子体炬的使用寿命有限，不超过100小时，严重制约了等离子体炬的技术发展。为了提高等离子体炬的使用寿命，现有的等离子体炬大多设计复杂，专利申请号为cn201210079650.0，名称为200kw非转移弧等离子发生器及引弧方法的发明专利中，等离子体炬结构由阴极部件、阳极部件及电极间插入段和各电极间通入的惰性气体和水冷部件构成，由于电极间插入段结构复杂，且需要通电、通气和水冷，给制造安装带来了极大困难，同时炬的总功率和使用寿命提高的非常有限。

专利申请号为cn201922211850.7，名称为一种耐烧蚀的高热效率等离子体炬的专利中，介绍了采用阳极铜衬钼的方式提高阳极的使用寿命，从而提高等离子体炬的使用寿命，但由于影响等离子体炬的使用寿命的关键点很多，尤其是在较大功率运行的情况下，仅仅提高阳极的使用寿命还远远不够。带有电极间插入段的直流电弧等离子体炬，通过多路进气的方式让等离子弧发生转移，最终实现通过提高弧长达到提高弧压的目的，带来的缺点是结构异常复杂，工艺掌握困难，工作介质的波动极易造成中间电极和中间旋流器的烧损，最终影响到等离子体炬的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬，能够有效提高等离子体的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是，一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬，包括阴极组件，阴极组件末端连接阴极，阴极组件外壁套接绝缘组件，绝缘组件末端开设气孔，还包括套装绝缘组件外的阳极组件，阳极组件与绝缘组件形成气流通道，阳极组件内连接与阴极相对的阳极，阴极与阳极形成等离子体形成通道，阳极连接绝缘组件靠近气孔的一端，使等离子体形成通道与气流通道相连通，阳极中部开设等离子通道，阳极末端连接阳极保护盖体。

本发明的特点还在于：

阴极组件包括阴极冷却管道，阴极冷却管道上一端固定连接阴极接线柱，阴极冷却管道另一端固定连接阴极，阴极连接阴极接线柱，阴极冷却管道外壁套接绝缘组件。

阴极冷却管道包括筒状外壳体，筒状外壳体内同轴套装阴极进水管，筒状外壳体与阴极进水管之间连接堵头，阴极进水管与筒状外壳体形成阴极出水通道，阴极出水通道与阴极进水管内相通，筒状外壳体外壁套接绝缘组件，筒状外壳体一端连接阴极接线柱，另一端连接阴极。

阴极进水管内靠近阴极一端开设多个通水孔。

筒状外壳体与阴极进水管之间连接多个刚性支撑网。

阴极冷却管道外套接阴极法兰。

绝缘组件包括套接在阴极组件外的绝缘导气筒，绝缘导气筒套装于阳极组件内，形成气流通道，绝缘导气筒一端外壁套接绝缘法兰，绝缘导气筒另一端连接旋流器一端，旋流器另一端连接阳极。

旋流器上开设正向旋流孔和逆向旋流孔。

阳极组件包括套接于绝缘组件外部的阳极内管，阳极内管外端部连接阳极接线柱，阳极内管外套接阳极进水管，阳极进水管长度大于阳极内管，阳极进水管外套接阳极出水管，且阳极进水管上开设水孔，使阳极进水管与阳极出水管相连通，阳极出水管外套接壳体，阳极进水管内套装阳极，阳极连接阳极内管端部、阳极接线柱，阳极内管外还套接阳极法兰。

本发明有益效果是：

1、通过气流通道结合旋流器使气流的电离度大大提高，旋流器为双排气流结构，一排为正向旋流孔，一排为逆向旋流孔，双排旋流孔的出口正对着阴极帽的凹槽。阴极、阳极及旋流器构成的放电室可以在大电流下起弧，大大优化了调整到额定功率的时间。

2、阳极包括阳极本体和阳极保护端盖，阳极本体外侧有均布的导水通道，能够实现均匀散热。

3、阳极保护盖的加入能够确保弧根不会溢出到端面，从而减少了等离子弧对阳极端面的烧蚀；同时由于等离子体炬使用的熔融炉内含有大量的氯离子和其它重金属，在使用中会对铜阳极表面造成电化学腐蚀，在阳极保护端盖的保护下，能够有效缓解炉内高温环境和有害离子对阳极端面的腐蚀，从而大大延长了阳极的使用寿命，最终也延长了整个等离子体炬的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬的结构示意图；

图2是本发明中阴极组件和阴极的结构示意图；

图3是本发明中阴极组件的结构示意图；

图4是本发明中绝缘组件的结构示意图；

图5是本发明中旋流器结构示意图；

图6是本发明中阳极组件和阳极的结构示意图；

图7是本发明中阳极组件结构示意图；

图8是本发明中阳极结构示意图；

图9是本发明中气体流动示意图。

图中，1.阴极组件，11.阴极冷却管道，111.筒状外壳体，112.阴极进水管，113.堵头，114.刚性支撑网，12.阴极接线柱，13.阴极法兰，2.绝缘组件，21.绝缘导气筒，22.绝缘法兰，23.旋流器，231.正向旋流孔，232.逆向旋流孔，3.阳极组件，31.阳极内管，32.阳极进水管，33.阳极出水管，34.壳体，35.阳极接线柱，36.阳极法兰，4.阴极，5.阳极，6.等离子弧，7.等离子通道，8.阳极保护端盖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬，如图1所示，包括阴极组件1，阴极组件1末端连接阴极4，阴极组件1外壁套接绝缘组件2，绝缘组件2能够防止阴极组件1和阳极组件4在阴极4头以外的任何区域发生放电，确保放电位置必须发生在阴极4头处，这样才能使气体电离产生等离子体，最终随着气流将高温传递出等离子体炬本体，绝缘组件2末端开设气孔，还包括套装绝缘组件2外的阳极组件3，阳极组件3与绝缘组件2之间形成气流通道，阳极组件3内连接与阴极4相对的阳极5，阴极4与阳极5形成等离子体形成通道，阳极5连接绝缘组件2靠近气孔的一端，使等离子体形成通道与气流通道相连通，阳极5中部开设等离子通道7，阳极5末端连接阳极保护盖体8。

如图2所示，阴极组件1包括阴极冷却管道11，阴极冷却管道11能够对阴极降温，阴极冷却管道11上一端固定连接阴极接线柱12，便于对阴极4接电，阴极冷却管道11另一端固定连接阴极4，阴极4连接阴极接线柱12，阴极冷却管道11外壁套接绝缘组件2。

如图3所示，阴极冷却管道11包括筒状外壳体111，筒状外壳体111内同轴套装阴极进水管112，阴极进水管112与筒状外壳体111形成阴极出水通道，阴极出水通道与阴极进水管112内相通，向阴极进水管112内通入冷水，对阴极4进行降温，通过出水管道将冷水排出，筒状外壳体111与阴极进水管112之间连接堵头113，在筒状外壳体111开设排水口，堵头113能够使出水管道内的冷水通过特定的排水口排出，防止出水管道内的冷水从端口排出，不易回收，筒状外壳体111外壁套接绝缘组件2，筒状外壳体111一端连接阴极接线柱12，另一端连接阴极4。

阴极进水管112内靠近阴极4一端开设多个通水孔，能够将阴极进水管112内通入的冷水排入阴极出水通道，促进冷水循环。

筒状外壳体111与阴极进水管112之间连接多个刚性支撑网114，能够使冷水通过，同时对内部的阴极进水管112起到支撑作用。

阴极冷却管道11外套接阴极法兰13，便于将阴极冷却管道11与绝缘组件2、阳极组件3连接在一起。

如图4所示，绝缘组件2包括套接在阴极组件1外的绝缘导气筒21，绝缘导气筒21套装于阳极组件3内，形成气流通道，绝缘导气筒21一端外壁套接绝缘法兰22，绝缘导气筒21另一端连接旋流器23一端，旋流器23另一端连接阳极5，能够使外部的空气进入气流通道，进而通过旋流器23进入等离子产生通道，将阴极4与阳极5之间形成的等离子体排出。

如图5所示，旋流器23上开设正向旋流孔231和逆向旋流孔232，正向旋流孔231和逆向旋流孔232均正对阴极4，能够增大气流的雷诺数，使气流的层流态长度降低，湍流态长度增大，在有限的通道内，湍流态气流长度的增大将气流在通道内的电离度大大增强，实现了缺省电极间插入段的状态下的高弧压的产生，最终实现了大功率的产生。

如图6及图7所示，所示，阳极组件3包括套接于绝缘组件2外部的阳极内管31，阳极内管31外端部连接阳极接线柱35，阳极内管31外套接阳极进水管32，形成阳极进水通道，阳极进水管32长度大于阳极内管31，阳极进水管32外套接阳极出水管33，形成阳极出水通道，且阳极进水管32上一端开设水孔，使阳极进水通道与阳极出水通道一端相连通，另一端之间密封，阳极出水管33外套接壳体34，阳极进水管32内套装阳极5，阳极5连接阳极内管31端部、阳极接线柱35，阳极内管31外还套接阳极法兰36。

壳体34由内层的不锈钢管和外侧的防腐管材套装组成，可以有效减轻熔融炉内的氯离子对不锈钢外壳的腐蚀，延长炬的使用寿命；防腐管管壁厚度为1～3mm，长度150～300mm。当防腐管达到使用寿命后更换防腐管，不用再对整个阳极焊接组件进行更换，大大延长了整个等离子体炬的使用寿命。

如图8所示，阳极5包括内部开设等离子通道7，阳极5一端开设凹槽，且在凹槽内连接阳极保护端盖8，阳极保护端盖8中部开设圆孔，与等离子通道7相通，阳极保护端盖8为耐高温的绝缘材料，以陶瓷为最佳，如刚玉或氮化硼等，阳极保护端盖8能确保弧根不会溢出到端面，从而减少了等离子弧对阳极端面的烧蚀；同时由于等离子体炬使用的熔融炉内含有大量的氯离子和其它重金属，在使用中会对铜阳极表面造成电化学腐蚀，在阳极保护端盖8的保护下，可以有效缓解炉内高温环境和有害离子对阳极端面的腐蚀，从而大大延长了阳极的使用寿命，最终也延长了整个等离子体炬的使用寿命，阳极5另一端连接绝缘组件2、阳极组件3。

本发明一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬通过控制器的使用原理为：

通过螺栓将阴极法兰13、绝缘法兰22、阳极法兰36连接，分别向阴极进水管、阳极进水通道内通入冷水，同时将阴极接线柱12、阳极接线柱35接入电源，如图9所示，通过气流通道向等离子体形成通道通入气体，在阳极5与阴极4之间的等离子体形成通道之间形成等离子弧6，等离子弧6的弧根在等离子通道7内壁做回转运动，在阳极保护端盖8的作用下，等离子弧6弧根被限制在通道内，不再会逸出烧损阳极端面。通过阳极进水通道、阳极出水通道中的冷水对阳极进行降温，通过向阴极进水管112、阴极出水通道中的冷水对阴极进行降温。

通过上述方式，本发明一种应用于危废处理的直流电弧等离子体炬通过气流通道结合旋流器使气流的电离度大大提高，旋流器为双排气流结构，一排为正向旋流孔，一排为逆向旋流孔，双排旋流孔的出口正对着阴极帽的凹槽。阴极、阳极及旋流器构成的放电室能够在大电流下起弧，大大优化了调整到额定功率的时间。阳极包括阳极本体和阳极保护端盖，阳极本体外侧有均布的导水通道，能够实现均匀散热；阳极保护盖的加入能够确保弧根不会溢出到端面，从而减少了等离子弧对阳极端面的烧蚀；同时由于等离子体炬使用的熔融炉内含有大量的氯离子和其它重金属，在使用中会对铜阳极表面造成电化学腐蚀，在阳极保护端盖的保护下，能够有效缓解炉内高温环境和有害离子对阳极端面的腐蚀，从而大大延长了阳极的使用寿命，最终也延长了整个等离子体炬的使用寿命。