一种阳极腔室焚烧的等离子体炬系统

1.本发明涉及废物处理领域，尤其涉及一种阳极腔室焚烧的等离子体炬系统。


背景技术：

2.过去人们利用等离子体炬焚烧物体时，是利用水冷阳极喷口外的等离子体束流作用在物料上焚烧，等离子体产生后阳极和阴极会产生极高的高温，高温对阳极和阴极损害比较严重，因此等离子体炬的阴极和阳极都要采用强水冷。传统等离子体炬存在以下缺陷：焚烧热效率低，束流扩展空间有限，且焚烧过程容易暴露大气产生氧化反应形成大量的氮氧化物等。
3.另外，对于固体渣料来说，其在进入燃烧室后需要链条驱动，或采用绞龙驱动向前推进，这些驱动过程需要额外的动力，增加了能耗。
4.因此，研制一种解决或缓解上述问题的的热解腔室十分必要。


技术实现要素：

5.本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种阳极腔室焚烧的等离子体炬系统，以至少解决或缓解现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种阳极腔室焚烧的等离子体炬系统，包括炬阴极；
8.水冷阳极，所述水冷阳极内形成有电离通道，所述水冷阳极具有绝缘密封端和与电离通道贯通的喷口，所述炬阴极设于电离通道的中心，其一端靠近喷口设置，另一端穿过绝缘密封端后连接一电源，以能够与水冷阳极形成回路，所述绝缘密封端处开设有与电离通道贯通的进气口，以使从进气口进入的气体，能够被击穿电离为等离子体束流后经喷口喷出；
9.连接于水冷阳极喷口外的无水冷阳极，所述无水冷阳极与所述水冷阳极同电位连接并接地，所述无水冷阳极内形成有经喷口与电离通道轴向贯通的焚烧通道，所述无水冷阳极上开设有与焚烧通道贯通的进料口和出料口，进料口靠近喷口设置，出料口远离喷口设置，以使从进料口进入的物料，能够被喷口喷出的等离子体束流作用，于焚烧通道内焚烧后从出料口流出；
10.所述进气口连接一供气源，所述进料口连接一给料结构；
11.所述焚烧通道和所述电离通道水平设置，或由电离通道向焚烧通道方向向下倾斜设置。
12.使用时，闭合水冷阳极和炬阴极形成的回路，同时通过供气源向电离通道内通入气体，其中气体可以但不局限于为氦气、氩气、氮气等，进入电离通道的气体被击穿电离形成等离子体束流，等离子体束流从水冷阳极的喷口喷出，进入到无水冷阳极的焚烧通道中，作用在从进料口进入的物料上焚烧物料，焚烧后产生的废料可以从出料口流出。
13.其中，无水冷阳极的设置，具有以下优势：
14.其一，增大了等离子体束流在焚烧通道中的扩展空间，具体的，无水冷阳极与水冷阳极同电位连接，使得无水冷阳极的表面可以形成电场，吸引等离子体束流沿焚烧通道向出料口方向扩展；焚烧通道和电离通道轴向对应设置，也有利于等离子体束流在焚烧通道内向出料口方向扩展，等离子体束流扩展空间增大，有利于等离子体束流与焚烧通道内的物料充分混合，充分焚烧物料。
15.其二，降低了水冷阳极的水冷难度，具体的，无水冷阳极的设置，使得水冷阳极的的电流相应减少，水冷阳极的冷却难度也随之降低，如此有利于其寿命的延长。
16.其三，降低了能量损耗，具体的，水冷阳极由于水冷难度降低节省下来的能量被扩展到焚烧通道中，应用在物料焚烧中，有利于物料充分焚烧；此外，无水冷阳极可以无需水冷冷却，避免了阳极水冷热损耗，从而大大提高了物料焚烧的热效率。
17.其四，提供给物料一个相对密闭的空间，在通入惰性气体时，持续的等离子体束流使得外界的空气不易进入焚烧通道中，避免了氮氧化物的形成。
18.在其中一个示例中，系统还包括驱动件，所述驱动件能够驱动包含水冷阳极和无水冷阳极在内的主体，使无水冷阳极靠近水冷阳极的一端，相对另一端旋转以调节焚烧通道和电离通道的倾斜角度，其中驱动件可以但不局限于采用液压升降顶，还可以采用其他能够完成角度倾斜的结构。
19.驱动件的设置，可以调节焚烧通道和电离通道的倾斜角度，以控制物料在焚烧通道内停留的时间，从而针对不同物料，实现其充分焚烧处理。尤其对于固体物料来说，倾斜设置，可以边下料边焚烧，不仅有利于充分焚烧物料，并有利于焚烧后的废料流出；对于气体物料来说，倾斜设置，也能在一定程度上增加气体在焚烧通道中停留的时间，便于气体与等离子体束流充分接触，从而实现气体充分焚烧，一般倾斜角度调整范围为0-45度。
20.在一个示例中，为了更加方便固体物料的焚烧处理，将所述焚烧通道和所述电离通道倾斜设置，所述进料口设于无水冷阳极的上侧，所述出料口设于无水冷阳极的下侧。使用时，固体物料从进料口进入，在固体物料自身重力和等离子体束流的推动作用下，固体物料向出料口方向移动，边移动、边焚烧、边实现焚烧后废料从出料口流出，使得固体物料可以被连续焚烧处理，且不耗能量。
21.在一个示例中，所述给料结构包括与进料口相连的料斗，所述料斗的顶部设有密封盖，所述料斗内于进料口上方设有进料开关，其中进料开关可以为闸板阀。如此设置，对于固体物料来说，可以预先在料斗内投放一定量的物料，焚烧处理时，通过进料开关来控制固体物料的进料量，从而在不额外增加能耗的基础上，实现了固体物料焚烧处理，有利于节省成本。
22.在一个示例中，所述水冷阳极的电离通道缩口设置，且焚烧通道的直径至少大于喷口处的电离通道直径，如此便于等离子体束流更为迅速的从喷口扩展到焚烧通道中，更有利于降低水冷阳极的水冷难度，其中大口径焚烧通道，尤其适用于固体物料的焚烧处理。
23.在一个示例中，为了降低无水冷阳极的热损失，在无水冷阳极外还设有保温隔热层。其中，保温隔热层的材料可以但不局限于采用隔热水泥或陶瓷，还可以为耐火砖等材料。
24.在一个示例中，所述保温隔热层外还设有金属壳体，所述金属壳体接地，采用金属外壳可以增加整体牢固度，接地可以保证安全使用。
25.在一个示例中，所述无水冷阳极可以但不局限于采用石墨或铁材料，还可以采用其他金属；所述水冷阳极一般采用铜材料；所述炬阴极一般采用水冷铜包覆的钨材料。
26.在一个示例中，所述进气孔为螺旋进气孔。
27.本发明采用上述结构，所具有的优点是：
28.1、本技术等离子体炬系统，与水冷阳极和炬阴极配合设置的无水冷阳极，其具有以下优势：其一，增大了等离子体束流在焚烧通道中的扩展空间，具体的，无水冷阳极与水冷阳极同电位连接，使得无水冷阳极的表面可以形成电场，吸引等离子体束流沿焚烧通道向出料口方向扩展；焚烧通道和电离通道轴向对应设置，也有利于等离子体束流在焚烧通道内向出料口方向扩展，等离子体束流扩展空间增大，有利于等离子体束流与焚烧通道内的物料充分混合，充分焚烧物料。其二，降低了水冷阳极的水冷难度，具体的，无水冷阳极的设置，使得水冷阳极的电流相应减少，水冷阳极的冷却难度也随之降低，如此有利于其寿命的延长。其三，降低了能量损耗，具体的，炬阳极和水冷阳极由于水冷难度降低节省下来的能量被扩展到焚烧通道中，应用在物料焚烧中，有利于物料充分焚烧；此外，无水冷阳极可以无需水冷冷却，避免了阳极水冷热损耗，此外其外部的包覆的保温隔热材料设计，也避免了热量损失，从而大大提高了物料焚烧的热效率。其四，提供给物料一个相对密闭的空间，在通入惰性气体时，持续的等离子体束流使得外界的空气不易进入焚烧通道中，可以避免氮氧化物的形成。
29.2、焚烧通道和电离通道的倾斜角度可调，可以控制物料在焚烧通道内停留的时间，从而针对不同物料，实现其充分焚烧处理，尤其对于固体物料来说。
30.通过焚烧通道和电离通道倾斜，及进料口和出料口的位置设置，及料斗和进料开关配合的给料结构设置，便于固体物料在自身重力和等离子体束流的推动作用下，边移动、边焚烧、边实现焚烧后废料从出料口流出，使得固体物料可以被连续焚烧处理，且不额外增加能耗，节省了成本。
31.3、焚烧通道的直径至少大于喷口处的电离通道直径设置，便于等离子体束流更为迅速的从喷口扩展到焚烧通道中，更有利于水冷阳极的水冷难度。
附图说明
32.图1为本发明其中一实施例的部分剖视结构示意图；
33.图2为本发明其另一实施例的部分剖视结构示意图。
34.图中，1、炬阴极，2、水冷阳极，3、电源，4、无水冷阳极，5、供气源，6、给料结构，7、驱动件，8、保温隔热层，9、金属壳体，10、法兰；
35.21、电离通道，22、绝缘密封端，23、喷口，24、进气口；
36.41、焚烧通道，42、进料口，43、出料口；
37.61、料斗，62、密封盖，63、进料开关。
具体实施方式
38.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下
面公开的具体实施例的限制。
39.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.如图1所示，本实施例中，该阳极腔室焚烧的等离子体炬系统，包括：
41.炬阴极1；
42.水冷阳极2，所述水冷阳极2内形成有电离通道21，所述水冷阳极2具有绝缘密封端22和与电离通道贯通的喷口23，所述炬阴极1设于电离通道21的中心，其一端靠近喷口23设置，另一端穿过绝缘密封端22后连接一电源3，以能够与水冷阳极2形成回路，所述绝缘密封端22处开设有与电离通道21贯通的进气口24，以使从进气口24进入的气体，能够被击穿电离为等离子体束流后经喷口23喷出；
43.连接于水冷阳极2喷口外的无水冷阳极4，所述无水冷阳极4与所述水冷阳极2同电位连接并接地，所述无水冷阳极4内形成有经喷口23与电离通道21轴向贯通的焚烧通道41，所述无水冷阳极4上开设有与焚烧通道41贯通的进料口42和出料口43，进料口42靠近喷口23设置，出料口43远离喷口23设置，以使从进料口43进入的物料，能够被喷口喷出的等离子体束流作用，于焚烧通道41内焚烧后从出料口43流出；
44.所述进气口24连接一供气源5，所述进料口42连接一给料结构6；
45.所述焚烧通道41和所述电离通道21水平设置，或由电离通道21向焚烧通道41方向向下倾斜设置，水平设置相对来说更适用于气体。
46.使用时，闭合水冷阳极2和炬阴极1形成的回路，同时通过供气源5向电离通道21内通入气体，其中气体可以但不局限于为氦气、氩气、氮气等，进入电离通道21的气体被击穿电离形成等离子体束流，等离子体束流从水冷阳极2的喷口喷出，进入到无水冷阳极4的焚烧通道41中，作用在从进料口进入的物料上焚烧物料，焚烧后产生的废料可以从出料口43流出。
47.其中，无水冷阳极4的设置，具有以下优势：
48.其一，增大了等离子体束流在焚烧通道41中的扩展空间，具体的，无水冷阳极4与水冷阳极2同电位连接，使得无水冷阳极4的表面可以形成电场，吸引等离子体束流沿焚烧通道41向出料口方向扩展；焚烧通道41和电离通道21轴向对应设置，也有利于等离子体束流在焚烧通道41内向出料口方向扩展，等离子体束流扩展空间增大，有利于等离子体束流与焚烧通道41内的物料充分混合，充分焚烧物料。
49.其二，降低了水冷阳极2的水冷难度，具体的，无水冷阳极4的设置，使得水冷阳极的电流相应减少，水冷阳极的冷却难度也随之降低，如此有利于其寿命的延长。
50.其三，降低了能量损耗，具体的，炬阳极1和水冷阳极2由于水冷难度降低节省下来的能量被扩展到焚烧通道41中，应用在物料焚烧中，有利于物料充分焚烧；此外，无水冷阳极4可以无需水冷冷却，避免了阳极水冷热损耗，从而大大提高了物料焚烧的热效率。
51.其四，提供给物料一个相对密闭的空间，在通入惰性气体时，持续的等离子体束流使得外界的空气不易进入焚烧通道41中，避免了氮氧化物的形成。
52.如图2所示，在其中一个实施例中，系统还包括驱动件7，所述驱动件7能够驱动包含水冷阳极2和无水冷阳极4在内的主体，使无水冷阳极4靠近水冷阳极2的一端，相对另一端旋转以调节焚烧通道41和电离通道21的倾斜角度，其中驱动件可以但局限于采用液压升降顶。
53.驱动件的设置，可以调节焚烧通道41和电离通道21的倾斜角度，以控制物料在焚烧通道41内停留的时间，从而针对不同物料，实现其充分焚烧处理。尤其对于固体物料来说，倾斜设置，可以边下料边焚烧，不仅有利于充分焚烧物料，并有利于焚烧后的废料流出；对于气体物料来说，倾斜设置，也能在一定程度上增加气体在焚烧通道41中停留的时间，便于气体与等离子体束流充分接触，从而实现气体充分焚烧，一般倾斜角度调整范围为0-45度。
54.进一步的，所述进气孔24为螺旋进气孔。
55.进一步的，无水冷阳极4可以通过法兰10与水冷阳极2连接。
56.如图1或2所示，在其中一个实施例中，为了更加方便固体物料的焚烧处理，将所述焚烧通道41和所述电离通道21倾斜设置，所述进料口42设于无水冷阳极4的上侧，所述出料口43设于无水冷阳极4的下侧端部。使用时，固体物料从进料口42进入，在固体物料自身重力和等离子体束流的推动作用下，固体物料向出料口43方向移动，边移动、边焚烧、边实现焚烧后废料从出料口43流出，使得固体物料可以被连续焚烧处理，且不耗能量。
57.进一步的，给料结构至少包括以下两种：
58.第一种：对于固体物料来说，所述给料结构6包括与进料口42相连的料斗61，所述料斗61的顶部设有密封盖62，所述料斗61内于进料口上方设有进料开关63，其中进料开关可以为闸板阀。如此设置，可以预先在料斗61内投放一定量的物料，焚烧处理时，通过进料开关63来控制固体物料的进料量，从而在不额外增加能耗的基础上，实现了固体物料焚烧处理，有利于节省成本。
59.第二种：对于气体物料来说，给料结构可以为进气管和进气阀，两者配合实现气体物料的量控制。
60.如图1或2所示，在其中一个实施例中，所述水冷阳极的电离通道21缩口设置，且焚烧通道41的直径至少大于喷口处的电离通道直径，如此便于等离子体束流更为迅速的从喷口23扩展到焚烧通道41中，更有利于降低水冷阳极2的水冷难度，其中大口径焚烧通道41，尤其适用于固体物料的焚烧处理。
61.如图1或2所示，在其中一个实施例中，为了降低无水冷阳极4的热损失，在无水冷阳极4外还设有保温隔热层8。其中，保温隔热层8的材料可以但不局限于采用隔热水泥或陶瓷，还可以为耐火砖等材料。
62.如图2所示，进一步的，所述保温隔热层8外还设有金属壳体9，所述金属壳体接地，采用金属外壳可以增加整体牢固度，接地可以保证安全使用。
63.在其中一个实施例中，所述无水冷阳极4可以但不局限于采用石墨或铁材料；所述水冷阳极2一般采用铜材料；所述炬阴极1一般采用水冷铜包覆的钨材料。
64.在其中一个实施例中，无水冷阳极4通过法兰10与水冷阳极2连接，法兰上无绝缘垫时，无水冷阳极直接与水冷阳极和炬阴极构成回路，如图2；法兰上有绝缘垫时，无水冷阳极和水冷阳极需要分别与炬阴极之间形成回路并接地。
65.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本领域技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员公知技术。