一种用于气化的等离子体喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪。
【背景技术】
[0002]当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体是由电离放电现象所形成的一种状态，在等离子体喷枪中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏数万度以上，火炬边缘温度也可达到数千度以上。
[0003]当前，煤炭的气化需在气化炉中进行的。在常规煤气化炉中，直接把水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气作为气化剂送入气化炉，在缺氧燃烧环境下使水蒸汽与煤炭发生造气反应生成合成气，其造气反应为吸热反应，需要由空气或氧气与炭进行部分燃烧为其提供热量，这种气化方式将增加煤炭资源消耗，气化率低，并且，合成气中产生大量的二氧化碳废气，不仅影响到合成气的品质，而且使后级生产中排放大量的温室气体。当把水蒸汽通过高温分解后与煤炭进行热化学反应，其造气反应是放热反应，使煤炭更容易气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源。但是，水分子是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400?3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时，水分子将全部分解为氢气、氧气、活性氢原子、活性氧原子和活性氢氧原子团，然而，一般的加热方式难以达到这么高的温度，使用等离子体喷枪则能做到。
[0004]中国专利公告号CN203851357U公开了 “一种等离子体加热分解器”，由阳极套、阳极、阴极基座、阴极和绝缘架组成，其中，阴极基座的中轴为贯通的空心结构，阴极嵌入到阴极基座中轴的内空间中，阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中，阴极的杆体外壁与阴极基座中轴的内壁之间空间构成水套，阴极的杆体中有原料气通道，阴极的头端中心有原料气喷口。该专利把水蒸汽通过阴极头端中心的喷口喷入收缩腔中的放电区，使水蒸汽吸收到阴极头端的热量得到预热，同时对阴极的头端具有冷却作用，克服了常规等离子体喷枪电极易烧蚀的缺点。但是，由于该专利是采取把“阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中”的措施进行水套密封的，材料的热胀冷缩作用将会使阴极松动，造成阴极移位和密封不可靠，水套内的冷却水容易泄漏到收缩腔中的放电区，影响到喷枪正常工作。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是要克服现有煤炭气化设备存在的缺点，提供一种用于气化的等离子体喷枪，使固态含炭物质在等离子体喷枪内直接气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源。克服现有等离子体喷枪阴极易烧蚀的缺点，对等离子体喷枪的阴极进行有效保护，避免阴极移位，冷却水不会泄漏。
[0006]本实用新型的一种用于气化的等离子体喷枪，由绝缘枪架2、阴极1、第一阳极3和第二阳极5组成，绝缘枪架2为中空回转体结构；阴极I上有空心连杆1-1，空心连杆1-1的前端有阴极头1-3，阴极头1-3的轴向中心有喷料孔，第一阳极3或第二阳极5为文丘里喷管结构，第一阳极3或第二阳极5由后向前依次为喇叭口收窄段、喉口段和喇叭形扩张段，其特征是绝缘枪架2的中空回转体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与中腔2-11之间有过孔2-13和第一承插孔2_12，第一承插孔2_12与中腔2-11相邻，在中腔2-11与前腔2-7之间有通孔2-9和第二承插孔2_8，第二承插孔2_8与前腔2-7相邻；第一阳极3或第二阳极5的后部壁体上有榫头；第二阳极5安装在绝缘枪架2的前腔2-7中，第二阳极5后部壁体上的榫头嵌入到第二承插孔2-8中，第二阳极5的外壁与绝缘枪架2的前腔2-7内壁之间的空间构成第三冷却水套XI ;第一阳极3安装在绝缘枪架2的中腔2-11中，第一阳极3后部壁体上的榫头嵌入到第一承插孔2-12中，第一阳极3的前部嵌入到通孔2-9中，第一阳极3的头端置于第二阳极5后端的喇叭口空间中，第一阳极3的外壁与绝缘枪架2的中腔2-11内壁之间的空间构成第二冷却水套XIV ;阴极I安装在绝缘枪架2的后腔2-15中，阴极头1-3的头端由过孔2-13伸出进入到第一阳极3后端的喇叭口空间中，阴极头1-3的外壁、空心连杆1-1的外壁与绝缘枪架2的后腔2-15内壁之间的空间构成第一冷却水套I ;在绝缘枪架2的后腔2-15与中腔2-11之间的壁体中有第一环形气室II，第一环形气室II有第一工作气输入接口 2-1接入，第一环形气室II连通到第一阳极3后端的喇叭口空间中；在绝缘枪架2的中腔2-11与前腔2-7之间的壁体中有第二环形气室VI，第二环形气室VI有第二工作气输入接口 2-2接入，第二环形气室VI连通到第二阳极5后端的喇叭口空间中。
[0007]本实用新型中，在阴极头1-3的壁体周边有凸沿1-2，在绝缘枪架2的后腔2-15与过孔2-13之间有第一密封槽2-14，阴极头1-3壁体上的凸沿1-2嵌入在第一密封槽2_14中，在第一密封槽2-14中有第一密封环13 ;在第一阳极3后部壁体的榫头上有第二密封环
11;在第一阳极3的前部壁体外侧有凸环，在绝缘枪架2的中腔2-11与通孔2-9之间有第二密封槽2-10，第一阳极3前部壁体外侧的凸环嵌入到第二密封槽2-10中，在第二密封槽2-10中有第三密封环9 ;在第二阳极5后部壁体的榫头上有第四密封环8 ;在第二阳极5的前部壁体上有定位凸台，第二阳极5前部壁体上的定位凸台嵌入在绝缘枪架2的前腔2-7前端壁体中，在第二阳极5前部壁体的定位凸台与前腔2-7的前端壁体之间有第五密封环6 ;在绝缘枪架2的后腔2-15与中腔2-11之间的壁体中有切向气槽X V，第一环形气室II通过切向气槽X V连通到第一阳极3后端的喇叭口空间中；在绝缘枪架2的中腔2-11与前腔2-7之间的壁体中有切向气道XIII，第二环形气室VI通过切向气道XIII连通到第二阳极5后端的喇叭口空间中；第一冷却水套I的后部有冷却水输入接口 1-4接入，在第一冷却水套I的前部与第二冷却水套XIV的后部之间有第一过水孔XVI进行连通，在第二冷却水套XIV的前部与第三冷却水套XI之间有第二过水孔ΧΠ进行连通，第一过水孔X VI或第二过水孔ΧΠ为多根设置，呈环形分布在绝缘枪架2的壁体中，在第三冷却水套XI的前部有冷却水输出接口 2-3接出；空心连杆1-1的内空间构成料道XIX，料道XIX有原料输入接口
1-5接入，在料道XIX的壁体内侧有隔热衬套15 ;阴极头1-3轴向中心的喷料孔直径小于料道XIX的直径，在喷料孔前端的阴极头体中有扩散腔XVII，料道XIX通过喷料孔和扩散腔XVn连通到第一阳极3后端的喇叭口空间中。具体实施时，在第二阳极5的外壁上有阳极的电气接口 5-4，在阴极I的后端有阴极的电气接口 1-6。
[0008]本实用新型是一种用于固态含炭物质气化的等离子体喷枪，以水蒸汽为气化剂使固态含炭物质在等离子体喷枪中直接进行生产合成气，所述的固态含炭物质包括原煤、定形炭和碳黑，其中原煤和定形炭需制成煤粉或炭粉，所述的合成气为以一氧化碳和氢气主要成分的气体，合成气通过后级设备进行制氢、生产甲醇和合成氨。
[0009]本实用新型应用时，把等离子体喷枪安装在余热锅炉上，等离子体喷枪的出口朝向余热锅炉的炉膛内，把冷却系统的供水管连接到冷却水输入接口 1-4上，把冷却水输出接口 2-3连接到冷却系统的回水管上，把煤粉或炭粉或碳黑的供粉系统连接到原料输入接口 1-5或第一工作气输入接口 2-1上，把水蒸汽或氢气的供气管连接到第一工作气输入接口 2-1或原料输入接口 1-5上，把氢气或反馈尾气的供气管连接到第二工作气输入接口 2-2上，把等离子体工作电源的正极连接到阳极的电气接口 5-4上，把等离子体工作电源的负极连接到阴极的电气接口 1-6上。当喷枪运行时，第一阳极3后端的喇叭口空间构成第一放电区III，第一阳极3的喉口段空间构成第一压缩孔道IV，第一阳极3的喇叭形扩张段空