一种等离子体气化喷枪的制作方法
【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气化喷枪。
【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，伴随着放电将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。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，被处理的物质受到高温等离子体冲击时，其分子将会分解、原子将会重新组合而生成新的物质，使有害物质变为无害物质。
[0003]在煤气化生产线上，当把水蒸汽通过高温分解后与煤炭进行造气反应，使煤炭更容易气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源；在生活垃圾或工业有机废弃物处置系统中，当把水蒸汽通过高温分解后与再与生活垃圾或工业有机废弃物进行气化反应时，使其转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，实现资源化利用。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，但是，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到。
[0004]在现有的等离子体气化喷枪中，被加热的气体从阴极的外围进入放电区，水蒸汽不易进入火炬的中心区域，因此，现有的等离子体气化喷枪存在水分子分解率低的缺点。等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。
[0005]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，阴极基座呈中轴向前凸出的回转体结构，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，原料气通道有原料气输入接口接入，阴极的头端中心有原料气喷口，原料气通道通过原料气喷口连通到收缩腔。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】
[0006]本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪的缺点，提高等离子体气化喷枪的加热效率，使水分子分解率更高，避免阴极移位，冷却水不会泄漏，并且对等离子体喷枪的阴极进行有效保护，使等离子体气化喷枪能满足煤气化生产、固体废物处置领域及锅炉点火的应用要求。
[0007]本实用新型的一种等离子体气化喷枪，包括阴极和阳极，其特征是气化喷枪主要由喷气式阴极(2)、绝缘基座(I)和阳极(3)组成，其中，喷气式阴极(2)由阴极头(2-1)、管状体(2-2)和后端头(2-3)构成，阴极头(2-1)、管状体(2-2)和后端头(2_3)连为一体，阴极头(2-1)的前端中心有喷气口(212)，在阴极头(2-1)后部的外侧有外六角突沿(213)，外六角突沿(213)的后端构成密封平面(214)，管状体(2-2)连接在阴极头(2-1)与后端头(2-3)之间，管状体(2-2)的内空间构成气流通道(I )，后端头(2-3)上有连接口(232)，连接口(232)通过气流通道(I )连通到喷气口(212);绝缘基座(I)为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座(I)的后段中，中空大径在绝缘基座(I)的前段中，在中空小径段的前端有内六角凹槽(1-2)，内六角凹槽(1-2)的底圈构成密封面，在中空小径段的后端有圆锥密封面(1-6)，在绝缘基座(I)的中空大径段前端有安装接口(1-4);阳极(3)由喷管(3-3)和外壳(3-2)构成，喷管(3-3)呈轴向贯通的结构，喷管(3-3)内的后部有压缩孔道(VE)，压缩孔道(VE)为圆形直孔结构，压缩孔道(VE)的后端为收窄的喇叭口结构，压缩孔道(VE)的前端为渐扩的圆锥形结构，压缩孔道(VE)前端的圆锥形空间构成喷射腔(V)，外壳(3-2)包围在喷管(3-3)的外围，外壳(3-2)与喷管(3-3)之间的内空间构成冷却水套(VI)，冷却水套(VI)有冷却剂进口(3-9)接入和冷却剂出口(3-4)接出；喷气式阴极(2)安装在绝缘基座(I)后段的中空小径中，阴极头(2-1)的外六角突沿(213)嵌入到绝缘基座(I)的内六角凹槽(1-2)中，外六角突沿(213)后端的密封平面(214)与内六角凹槽(1-2)的底圈紧贴密封，喷气式阴极(2)的管状体(2-2)外壁与绝缘基座(I)的中空小径段内壁之间的空间构成环形冷却室(II )，环形冷却室(II)有冷却水输入接口( 1-5)接入和冷却水输出接口(1-1)接出；阳极(3)安装在绝缘基座(I)前段的安装接口(1-4)上，阳极(3)后部的外壁与绝缘基座(I)的中空大径段内壁之间的空间构成环形气室(IV)，环形气室(IV)有工作气接口(1-3)接入，环形气室(IV)连通到阳极喷管(3-3)后端的喇叭口空间中；阴极头(2-1)进入到阳极喷管(3-3)后端的喇叭口空间中，阴极头(2-1)的喷气口(212)周边构成放电端
(211)，阳极喷管(3-3)后端的喇叭口空间构成放电区(麗)，压缩孔道(VE)前端的喷管(3-3)内壁构成放电面(3-6)。本实用新型中，喷气式阴极(2)的后端头(2-3)从绝缘基座(I)的后端伸出，在喷气式阴极(2)的后端头(2-3)外侧有锁紧螺头(233)，锁紧螺头(233)为外螺纹结构，在锁紧螺头(233)上有锁紧螺母(6)进行锁定，在锁紧螺母(6)与绝缘基座(I)后端的圆锥密封面(1-6)之间有平垫圈(8)和圆锥密封圈(7);在阴极头(2-1)的外六角突沿(213)前端与阳极(3)的后端之间有旋流圈(4)，旋流圈(4)上有切向气槽(III)，环形气室(IV)通过切向气槽(III)连通到阳极喷管(3-3)后端的喇叭口空间中；在阳极(3)的后端上有旋流圈(4)的定位凸起(3-10);在阳极外壳(3-2)的后部有安装螺头(3-1)，阳极(3)以螺纹旋合方式安装在绝缘基座(I)前端的安装接口(1-4)上；在喷气式阴极(2)的后端头(2-3)中心有安装螺口(231)，安装螺口(231)为内螺纹结构；后端头(2_3)上的连接口(232)由安装螺口(231)的内空间构成。本实用新型用于工业有害气体处理和水蒸汽加热分解，当用于工业有害气体处理时，把工业有害气体直接从喷气式阴极(2)的连接口(232)送入气化喷枪；当用于水蒸汽加热分解时，在喷气式阴极(2)中有隔离件(5)，隔离件(5)的前端有隔离管(5-1)，隔离件(5)的后端有水蒸汽输入接口(5-2)，隔离件(5)安装在喷气式阴极(2)的连接口(232)上，隔离管(5-1)伸入到管状体(2-2)内的气流通道(I )中，使用时，水蒸汽通过隔离件(5)及隔离管(5-1)进入到喷气式阴极(2)前端的喷气口(212)，避免水蒸汽在气流通道(I )内受到冷却而液化。
[0008]上述的实用新型在具体实施时，在阳极的外壳(3-2)上有电气接口(3-8)，通过阳极的外壳(3-2 )对喷管(3-3 )进行电气连通，工作电源的正极连接到阳极的电气接口( 3-8 )上，工作电源的负极连接到喷气式阴极(2)的后端头(2-3)上，冷却水的供水管分别连接到冷却水输入接口(1-5)上和冷却剂进口(3-9)上，冷却水的回水管分别连接到冷却水输出接口(1-1)上和冷却剂出口(3-4)上，工作气的供气管连接到工作气接口(1-3)上，原料气的输气管连接到连接口(232)上或连接到水蒸汽输入接口(5-2)上。工作时，一路冷却水进入到环形冷却室(II)中，对喷气式阴极(2)进行冷却，通过水流把阴极的热量快速移走；另一路冷却水进入到阳极的冷却水套(VI)中，对阳极的喷管(3-3)进行冷却，通过水流把阳极的热量快速移走；工作气进入到环形气室(IV)中，然后通过切向气槽(III)以旋转气流方式进入到放电区(麗);当在阳极(3)与喷气式阴极(2)之间施加电能时，阴极头(2-1)的喷气口
(212)周边便发射电子，形成高温的等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道(VE)进入到喷射腔(V)中，在等离子体电弧通过压缩孔道(VE)时，电弧受到压缩，使等离子体电弧得到进一步升温，等离子体电弧的弧根分别在阴极头(2-1)前端的放电端(211)上和阳极喷管(3-3)内壁的放电面(3-6)上，等离子体火炬从阳极喷管(3-3)内的喷射腔(V)中喷出?’放电端(211)的等离子体电弧弧根分布在阴极头(2-1)前端中心的喷气口(212)周边，工业有害气体或水蒸汽从阴极头(2-1)前端中心的喷气口(212)喷入放电区(麗)，工业有害气体或水蒸汽从等离子体电弧弧根的中心进入到等离子体