一种水蒸气等离子体发生器及其工作方法

本发明属于等离子体发生装置，具体涉及一种水蒸气等离子体发生器及其工作方法。

背景技术：

1、高温等离子体具有高温、高焓、高化学活性的特征，因此被广泛应用于环保领域，比如废弃物的处理及合成气的制备。目前应用较多的是空气等离子体，但是由于空气中含有大量的氮，所以在等离子体发生过程中会产生大量的氮氧化物，对环境造成二次污染。而水蒸气等离子体的主要成分为羟基自由基、氢自由基以及高能电子，不含有二次污染物。同时水蒸气等离子体中富含的自由基可以大大加快反应速率，因此水蒸气等离子体被广泛应用于危险废弃物的处理以及合成气的制备。与空气等离子体发生器不同的是，水蒸气等离子体发生器使用的是常温下呈现液态的水蒸气作为工作气体，因此工作气体极易在到达等离子体发生器前或与发生器本身接触产生冷凝，形成冷凝水液滴，进入电弧室的冷凝水液滴将对等离子体发生器的功率、效率、寿命等产生很大的影响。

2、专利文献us10178750通过设置两个独立的气体入口，在启动阶段先由其中一个气体入口通入启动气体以产生电弧对等离子体发生器进行预热，待等离子体发生器整体预热完成后再由另外一个气体入口通入工作气体水蒸气。这种做法可以有效防止水蒸气在进入等离子体发生器时发生冷凝。

3、专利文献cn115175427a通过在等离子体发生器的阳极部分安装一个螺旋管式蒸发器，与阳极组成一个蒸发室，启动阶段由启动气体产生高温等离子体对设备进行预热，后将用以产生工作气体水蒸气的水直接通入蒸发室内，并被加热汽化为水蒸气。这种做法由于蒸气在等离子体发生器内部产生，因此，避免了工作气体在输送过程中的冷凝问题。

4、现有的技术方案，都针对水蒸气等离子体发生器工作气体易冷凝的特点进行了设计，但这两种做法都使等离子体发生器结构复杂化，如三段式电极、二路进气以及加装螺旋管式蒸发器等。同时第一种做法还将面临如何实现充分预热的问题，第二种做法因为不是直接通入气体，因此无法准确控制工作气体流量，将导致等离子体发生器的不稳定运行。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述不足，本发明的目的是以解决传统水蒸气等离子体发生器结构复杂的问题，同时防止水蒸气在进入等离子体发生器时发生冷凝。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种水蒸气等离子体发生器，包括：等离子体发生器外壳、前电极水隔套、前电极、前电极进水通道、前电极出水通道、前电极接线端子、绝缘件、后电极组件、后电极进水管道、后电极出水管道、涡流发生器、进气管道、回流引导件、后电极接线端子、水气进出口连接件，后电极组件一端与回流引导件的一端螺纹连接，前电极与后电极同轴设置在水蒸气等离子体发生器内，涡流发生器设置在前电极与绝缘件之间，前电极水隔套设置在前电极外侧。

3、进一步地，所述后电极组件包含后电极底座和棒状阴极，棒状阴极镶嵌于后电极底座上。后电极底座由热导率较高的金属制成，如铜，棒状阴极由锆或者铪制成。

4、相应的，本发明还提供了一种水蒸气等离子体发生方法，包括以下步骤：

5、第一步，使空气经过止回阀进入气体加热器升温至200-250℃，后通入水蒸气等离子体发生器内；

6、第二步，启动等离子体发生器冷却系统，启动等离子体电源，此时等离子体发生器以热空气作为工作气体运行；

7、第三步，待等离子体发生器稳定运行，使水蒸气经过止回阀进入气体加热器升温至相同温度并与空气混合通入等离子体发生器；

8、第四步，逐渐减小空气的流量，同时逐渐增大水蒸气的流量；

9、第五步，空气的流量减小至0，水蒸气流量增大至目标流量，此时等离子体发生器以纯水蒸气作为工作气体持续运行。

10、本发明的有益效果：

11、本发明所述的水蒸气等离子体发生器及其工作方法，水蒸气等离子体发生器采用较为简单的两段式电极结构，不需要再前后电极之间插入中间段及其冷却系统；将空气在进入等离子体发生器之前进行加热，可让水蒸气在进入等离子体发生器前与之混合并由一个气体入口通入，减少了气体入口，简化了结构。

技术特征：

1.一种水蒸气等离子体发生器，包括等离子体发生器(1)主体、后电极接线端子(14)、后电极水隔套(3)、回流引导件(4)、后电极出水口(5)、绝缘件(6)、后电极组件(7)、涡流发生器(8)、气体入口(9)、前电极(10)、等离子体发生器外壳(11)、前电极进水口(12)、前电极水隔套(13)、后电极接线端子(14)、前电极出水口(15)、后电极进水口(16)；

2.根据权利要求1所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述后电极组件(7)包含后电极底座和棒状阴极，棒状阴极镶嵌于后电极底座上；后电极底座由铜制成；棒状阴极由锆或者铪制成。

3.根据权利要求1所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述后电极组件(7)一端与回流引导件(4)一端通过螺纹连接，并与后电极水隔套(3)使用螺纹相连，构成后电极集成件。

4.根据权利要求1所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述后电极水隔套(3)的一端开有螺纹孔，用以安装后电极进水连接件，后电极接线端子(14)安装在后电极进水连接件上。

5.根据权利要求3所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述前电极水隔套(13)设置在前电极(10)外侧，通过螺纹连接，并与等离子体发生器外壳(11)使用螺纹连接，构成前电极(10)集成件；前电极(10)接线端子安装在等离子体发生器外壳(11)上。

6.根据权利要求1所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述前电极(10)集成件与后电极集成件通过绝缘件(6)连接，所述绝缘件(6)为绝缘材料pi制成，形状为法兰状，在绝缘件(6)的两个端面上均开有螺纹孔，分别与前电极(10)和后电极使用螺栓连接。

7.根据权利要求5所述的一种水蒸气等离子体发生器，其特征在于：所述涡流发生器(8)设置在前电极(10)集成件和后电极集成件之间，所述涡流发生器(8)在切线方向上开有6-12个圆形小孔，绝缘件(6)的气体通道与所述圆形小孔的轴线在同一直线上。

8.一种水蒸气等离子体发生方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种水蒸气等离子体发生器及其工作方法，发生器包括等离子体发生器外壳、前电极水隔套、前电极、前电极进水通道、前电极出水通道、前电极接线端子、绝缘件、后电极组件、后电极进水管道、后电极出水管道、涡流发生器、进气管道、回流引导件、后电极接线端子、水气进出口连接件，后电极组件一端与回流引导件的一端螺纹连接，前电极与后电极同轴设置在水蒸气等离子体发生器内，涡流发生器设置在前电极与绝缘件之间，前电极水隔套设置在前电极外侧。本发明采用较为简单的两段式电极结构，不需要再前后电极之间插入中间段及其冷却系统；将空气在进入等离子体发生器之前进行加热，减少了气体入口，简化了结构。

技术研发人员：王镇,曹卫
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13