[实用新型]等离子发生器的长寿阴极

说明书

技术领域

本实用新型涉及与生物质等离子气化炉相配套的等离子发生器，具体地指一种等离子发生器的长寿阴极。

背景技术

目前，利用生物质发电主要是直接燃烧。相对于直燃型电厂而言，生物质气化联合循环发电有更大的优势，其发电效率更高、对环境更加友好，它将是未来生物质发电的主要方向。生物质气化联合循环发电技术的关键工艺是生物质气化这个环节，在众多形式的生物质气化器中，等离子气化器无疑是最引人注目的方式之一。等离子气化炉的等离子体温度非常高，而且含有大量的活性粒子，其主要有以下优点：其一，等离子体气化炉可在常压下运行，给料系统简单，在线维修方便；其二，等离子气化炉的气流速度较低，给料灵活，不需对燃料进行预处理；其三，等离子气化炉对环境非常有利，污染物排放量低，无机成分可转化为玻璃熔渣，经处理后可作安全的建筑材料；其四，等离子气化炉能将硫化物转化为比SO_X更易出去的H₂S。

虽然等离子气化炉优点众多，但其等离子发生器的阴极寿命不长一直是制约它应用的瓶颈。常规的等离子发生器主要有两种结构，分别为杆式和空心柱状结构。杆式结构由于阴极头部放电面积较小、电弧比较集中，导致阴极头部的局部热应力大，温度很高。空心柱状结构的阴极头部放电面积虽然较大，但由于电场力的方向与电子逸出的方向垂直，大部分的电子在电场力作用下还是在阴极内部移动，直至从其头部环状面处逸出，这样电弧还是会集中在该环状面处，导致此处的温度依然很高。而且，这两种结构的等离子发生器的冷却工质为水，其传热系数不高，不能对电极进行充分的冷却，导致电极烧蚀严重，寿命很短，严重影响等离子发生器的运行与维护。而且阴极多为贵重金属制成，制造成本很高。

发明内容

本实用新型的目的就是要克服现有技术所存在的缺陷，提供一种头部放电面积大、电弧比较分散、局部热应力较小的等离子发生器的长寿阴极。

为实现上述目的，本实用新型所设计的等离子发生器的长寿阴极，包括阴极头、阴极座和导电管，所述阴极头的末端安装在阴极座内，所述导电管套装在阴极座的外层，所述阴极头的前端设计呈内凹抛物面形状，该内凹抛物面的后面设置有冷却腔，冷却腔的侧壁上分别设置有冷却工质进口和冷却工质出口。

进一步地，所述阴极头前端的长度为200～500mm，以适应不同功率的等离子发生器的需要。

更进一步地，所述冷却腔中采用的冷却工质为Cu-水纳米流体。以Cu-水纳米流体代替水作为冷却工质，大幅度地提高了阴极头的散热性能，从而减轻阴极头的烧蚀。

本实用新型的工作原理是这样的：当等离子发生器的阴极同阳极接触后，直流电源将阴、阳两极串入回路之中并输送稳恒电流，当阴极缓缓离开阳极后，电压随之建立起来，两极之间立即形成等离子火炬。在直流电源将阴、阳两极串入回路之中并输送稳恒电流的同时，冷却系统也随机启动，冷却工质对阴、阳两极进行冷却，从而达到避免阴、阳两极过热的效果。

本实用新型的优点在于：所设计等离子发生器的阴极头前端结构为内凹抛物面型，增加了放电面积，避免了柱状电极放电面积小而导致的电弧集中，而且电子逸出的方向与电场力的方向一致，又避免了空心柱状电极逸出方向与电场力方向不同而导致的电弧集中，较好地解决了两种传统电极头部结构的缺点，可大幅降低阴极头的局部高温和局部热应力。并且，以Cu-水纳米流体代替水作为冷却工质，能很大幅度地提高阴极头的散热性能，从而减轻阴极头的烧蚀，延长其工作寿命，降低其使用成本。

附图说明

附图为一种等离子发生器的长寿阴极的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

图中所示的等离子发生器的长寿阴极，包括阴极头1、阴极座2和导电管3。阴极头1是由高导电、高导热的银合金材料制成的，其前端的长度为200～500mm，其末端通过螺纹连接固定在阴极座2内。导电管3套装在阴极座2的外层，起导电作用。与传统的杆状和环形柱状的阴极头部不同，上述阴极头1的前端设计呈内凹抛物面形状，该内凹抛物面的后面设置有冷却腔4，冷却腔4中采用的冷却工质为Cu-水纳米流体，冷却腔4的侧壁上分别设置有冷却工质进口5和冷却工质出口6。

本实用新型工作时：当阴极头1同阳极7接触后，直流电源将阴、阳极串入回路之中并输送稳恒电流，当阴极整体缓缓离开阳极7后，电压随之建立起来，两极之间立即形成等离子火炬。为了使本实用新型达到最佳的工作效果，根据等离子发生器的功率不同，阴极头1的前端(不包括螺纹)长度为200～500mm；Cu-水纳米流体的流量为4～12T/h，压力为0.25Mpa～0.4Mpa，温度＜40℃。