一种等离子炬、尾气处理系统的制作方法

本发明涉及工业尾气处理技术领域，特别是涉及一种等离子炬及含有该等离子炬的尾气处理系统。

背景技术：

现代制造业中，尤其是半导体集成电路制造业中会排放大量含氟化合物尾气，例如：cf4、c2f6、sf6、nf3、c3f8等。这些气体不但是温室气体，而且有毒性，对环境危害特别巨大，是国家严格限制排放的有害气体。

目前，针对含氟化合物尾气处理，一般采用高温燃烧裂解，水或碱性水吸收，中和聚凝沉降，沉积物过滤等方法。其中高温处理尾气的方法有：电加热、天然气燃烧和直流等离子加热等。但c-f键能达515kj/mol，化学键很稳定，采用电加热和天然气燃烧的方法，由于温度较低和设备容易腐蚀等原因，使得含氟气体除去效率低，能耗高。

等离子炬加热采用惰性气体等离子放电，中心温度可达10000k，气体平均温度大于3000k，尾气含氟化学物除去效率大于98％。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种等离子炬、尾气处理系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种等离子炬，包括：

安装座，其内设有冷却腔室；

载气进气结构，设于所述安装座上方，所述载气进气结构包括本体、设于所述本体内的气室以及设于所述气室内的弧根室，所述弧根室连通所述气室，所述本体通过其下端进入至所述冷却腔室中；

阴极，设于所述本体上方，所述阴极通过其下端进入至所述弧根室中；

阳极，设于所述安装座下方，所述阳极通过其上端进入所述冷却腔室，并进一步进入至所述弧根室中与所述阴极的下端相对设置；所述阳极上下贯通设有弧柱通道，所述弧柱通道包括设于上端的第一扩口结构和设于下端的第二扩口结构，所述第二扩口结构为按台阶式递延的多重扩口结构，所述第二扩口结构从所述安装座下方露出。

进一步地，所述阴极上端罩有阴极帽，所述阴极帽上设有阴极散热片；所述阳极进入所述冷却腔室中的部分的外侧上设有阳极散热片。

进一步地，所述阴极上端具有扩径部，所述扩径部容于所述阴极帽内，阴极调节螺丝自所述阴极帽上端旋入所述阴极帽中并接触所述扩径部上端，所述扩径部下方的所述阴极帽内设有弹性结构。

进一步地，所述阴极与所述本体之间设有绝缘套。

进一步地，所述气室内设有旋流器，所述旋流器包括旋流器主体，所述旋流器主体环绕所述阴极和阳极设置，并将所述阴极的下端和所述阳极的上端封闭，在所述旋流器主体内的封闭空间形成所述弧根室，所述旋流器主体的侧壁上设有多个气孔，将所述弧根室与所述气室连通。

进一步地，所述气孔在所述旋流器主体的侧壁圆周上均匀分布，并按侧壁圆周的径向切向设置。

进一步地，所述第二扩口结构下端突出于所述安装座的底面，磁环环绕所述阳极设于所述第二扩口结构下端，压盖将所述磁环固定在所述阳极的下端上。

进一步地，所述本体的上部设有连通所述气室的载气入口。

进一步地，所述安装座的上部两侧分设有连通所述冷却腔室的冷却水入口和冷却水出口。

一种尾气处理系统，设有上述的等离子炬，所述尾气处理系统包括依次连接的所述等离子炬，反应腔，过渡腔，储水槽和喷淋吸收塔；其中，所述反应腔设有尾气入口和压缩空气入口，所述储水槽还连接泵，所述泵通过阀门分别连接所述过渡腔和喷淋吸收塔，所述喷淋吸收塔上设有排气口。

本发明通过优化等离子炬阴极、阳极特殊结构，进而提供结构紧凑、大功率、长寿命、高温度、高效率、运行稳定的等离子炬，并具有以下特点：

(1)等离子炬结构紧凑。阴极、阳极接电，载气、冷却水接口方便。安装维护方便。

(2)由于阴极优化的散热结构以及阴极可方便微调，阴极使用寿命长，高频自动点火成功率大于99.5％。

(3)由于阳极独特的结构设计，阳极的使用寿命大于5000h。

(4)由于旋流器和磁环的设计，等离子弧中心温度大于10000k，平均温度大于3000k，热效率大于90％。

(5)本发明的尾气处理塔专用等离子炬，结构精巧；功率10-40kw可调，放电电流0-150a可调，阴极寿命大于3600h。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的一种等离子炬外形结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的一种等离子炬剖视结构示意图。

图3是本发明一较佳实施例的一种等离子炬剖视结构示意图。

图4是本发明一较佳实施例的一种旋流器结构示意图。

图5是本发明一较佳实施例的一种阳极结构示意图。

图6是本发明一较佳实施例的一种阴极结构示意图。

图7是本发明一较佳实施例的一种尾气处理系统结构示意图。

图中1、等离子炬；2、尾气入口；3、惰性气体入口；4、压缩空气入口；5、总排气口；6、等离子弧柱；7、反应腔；8、过渡腔；9、泵；10、储水槽；11、喷淋吸收塔；12、阴极调节螺丝；13、阴极散热片；14、阳极接线端子；15、冷却水出口；16、阴极接线端子；17、冷却水入口；18、载气入口；19、安装座；20、弹簧；21、绝缘套；22、气室；23、阴极；23.1、阴极帽；23.2、阴极头；24、旋流器；24.1、旋流器主体；24.2气孔；25、弧根室；26、阳极；26.1、阳极散热片；26.2、扩口台阶；27、磁环；28、压盖；29、冷却腔室。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图2和图3，图2和图3是本发明一较佳实施例的一种等离子炬剖视结构示意图。如图2和图3所示，本发明的一种等离子炬，包括：安装座19，载气进气结构，阴极23和阳极26等组要组成部分。

请参考图2和图3。安装座19采用中空结构，安装座19内部的中空部分构成等离子炬的冷却腔室29。安装座19用来固定到反应腔上部法兰。

载气进气结构从上方安装在安装座19上。载气进气结构设有本体，本体内设有供载气进入的气室22；在气室22内设有弧根室25，弧根室25与气室22相连通，载气可通过气室22进入弧根室25。本体的下端穿过安装座19上端面的腔壁进入到冷却腔室29中，使本体的至少一部分处于冷却腔室29中。

阴极23为杆形，从上方安装在本体上；阴极23的下端穿过本体的上端面进入到本体内的弧根室25中。

请参考图6，并结合参考图2和图3。阴极23上可设有阴极高度调节结构，用于调节阴极23的下端(阴极头23.2)与阳极26的上端之间的间隙。阴极高度调节结构包括罩在阴极23上端上的阴极帽23.1；阴极帽23.1为中空结构。阴极帽23.1的顶部可设有开口，沿开口向下在阴极帽23.1的内壁上可加工出螺纹。可使用阴极调节螺丝12，自阴极帽23.1的上端沿螺纹旋入阴极帽23.1中，并可接触到阴极23的上端。

阴极23的上端具有扩径部(大头)，因而从侧面看，阴极23可呈t形。阴极帽23.1的下端设有过孔，阴极23的下端从过孔穿过，并伸入本体中。阴极23的扩径部容于阴极帽23.1内；阴极调节螺丝12可接触到扩径部的上端。在扩径部下方的阴极23的杆部与阴极帽23.1的内壁之间形成空隙，阴极帽23.1的该空隙内设有弹性结构；弹性结构在扩径部与阴极帽23.1的底部之间形成弹性支撑。弹性结构可采用例如套在阴极23扩径部下方的阴极23杆径上的弹簧20。

阴极帽23.1的侧面上可设有阴极散热片13，用来消除阴极23高温热量的影响。阴极散热片13可环绕阴极帽23.1侧面设置多层。

阴极23可采用钨或钨合金材料制作。阴极帽23.1可采用铜或铜合金材料制作。

请参考图2和图3。阳极26从下方安装在安装座19上，并与阴极23相对设置。阳极26通过其上端进入安装座19的冷却腔室29，并进一步进入至本体的弧根室25中与阴极23的下端相对设置。

请参考图4，并结合参考图2和图3。载气进气结构本体中的气室22内可设置旋流器24。旋流器24设有旋流器主体24.1；旋流器主体24.1环绕阴极23和阳极26设置，即环绕阴极23的下端和阳极26的上端设置，并将阴极23的下端和阳极26的上端封闭在一个封闭空间内，此封闭空间即形成弧根室25。

旋流器主体24.1的侧壁上设有多个气孔24.2，将弧根室25与气室22连通起来。气孔24.2可在旋流器主体24.1的侧壁圆周上均匀分布，并按侧壁圆周径向的切向设置。例如，可在旋流器主体24.1的侧壁圆周上均布3～8个气孔24.2，并采取径向15～20度切向加工。

等离子炬载气进入气室22，通过旋流器24的小孔24.2，螺旋状进入弧根室25产生等离子体，然后放电气体螺旋状通过阳极26的弧柱通道。

通过在旋流器24四周开有切向气孔24.2，并沿径向和轴向倾斜角度加工。载气通过旋流器24四周气孔24.2后，在阳极26通道中形成高速螺旋进气，从而在阳极26通道表面形成冷气体保护膜，防止高温弧柱对阳极26的烧蚀。

进入气室22中的气体还可对阴极23进行冷却，即载气进气结构可同时作为阴极冷却结构；阴极冷却结构与设置在阴极帽23.1侧面上的阴极散热片13结构共同对阴极23进行冷却，可防止阴极23高温超高，从而极大提高了阴极23使用寿命。

阴极23与本体之间可通过设置绝缘套21进行隔离。绝缘套21同时可起到密封作用。

请参考图5，并结合参考图2和图3。阳极26上下贯通设有弧柱通道；弧柱通道中包括设于上端的第一扩口结构和设于下端的第二扩口结构。其中，

第一扩口结构为上大下小的喇叭口；第二扩口结构为上小下大的喇叭口，并采用按台阶式向外递延的多重扩口结构，即多重扩口结构中依次设有口径逐渐扩大的扩口台阶26.2。第二扩口结构下端从安装座19下方露出。

阴极23通过调整螺丝12，弹簧20及绝缘套21，可精准调节阴极头23.2与阳极26上部第一扩口结构之间的间隙，从而调节弧根长度，优化点火时间。

在阳极26的外侧上也可设置阳极散热片26.1；阳极散热片26.1安装在位于冷却腔室29中的阳极26部分的外侧上，并可环绕阳极26侧面设置多层阳极散热片26.1。

阳极26可采用铜或铜合金材料制作。

当安装座19的冷却腔室29中通入循环水时，可对阳极26进行冷却水保护，防止高温损毁。将阳极26气体出口通道(弧柱通道)制作成多重扩口台阶结构，可使出口高温气体与尾气充分混合，提高加热效率，同时也可避免阳极26通道表面高温烧蚀。

第二扩口结构的下端可突出于安装座19的底面设置。在第二扩口结构突出的下端侧面可设置磁环27；磁环27环绕阳极26设于第二扩口结构的下端，并可采用压盖28将磁环27固定在阳极26的下端上。磁环27约束等离子体(阳极弧柱)，形成高温中心弧柱，也可防止带电粒子扩散，轰击阳极26表面，提高阳极26使用寿命。

阴极23，载气进气结构和阳极26等各部分结构之间可采用密封元件进行密封。

请参考图1，并结合参考图2和图3。可在本体的上部设置连通内部气室22的载气入口18。载气可使用惰性气体。并且，可在安装座19的上部两侧相对设置连通冷却腔室29的冷却水入口17和冷却水出口15。冷却水由冷却水入口17进入冷却腔室29，对阳极26进行冷却，再由冷却水出口15排出。

阳极接线端子14可设置在安装座19的顶面上，阴极接线端子16可设置在阴极帽23.1侧面上连接的法兰片上。

请参考图7，图7是本发明一较佳实施例的一种尾气处理系统结构示意图。如图7所示，本发明的一种尾气处理系统，设有上述的等离子炬。

本发明的尾气处理系统包括依次连接的等离子炬1，反应腔7，过渡腔8，储水槽10和喷淋吸收塔11。其中，等离子炬1安装在反应腔7之上，反应腔7下方连通过渡腔8，过渡腔8安装在储水槽10的一侧上，喷淋吸收塔11安装在储水槽10的相对另一侧上。

在等离子炬1上设有惰性气体入口3，在反应腔7的上侧设有尾气入口2，在反应腔7的下侧设有压缩空气入口4。在储水槽10上接有泵9；泵9通过不同的阀门分别连接过渡腔8和喷淋吸收塔11。在喷淋吸收塔11的顶部设有总排气口5。

本发明的尾气处理系统工作时，惰性气体(等离子炬载气)进入等离子炬1，产生高温等离子弧柱6。尾气通过管道2，进入反应腔7；压缩空气(cda)通过管道4进入反应腔7。由于等离子弧高温的作用，尾气中的化合物气体，产生高温裂解、燃烧，生成容易吸收的物质。

然后，高温气体经过渡腔8降温，再进入喷淋吸收塔11进行净化处理。

最后，净化后的气体经总排气口5排出。储水槽10中的液体通过泵9加压，一部分进入过渡腔8，一部分进入喷淋吸收塔11。

本发明的等离子炬结构紧凑，安装维护方便，使用本发明的等离子炬的尾气处理系统，不仅限于处理含氟化合物尾气，对其它废气燃烧处理、固废处理或其他加热用途也同样适用。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。