[实用新型]一种电弧等离子体喷枪

说明书

技术领域

本实用新型涉及电加热设备，特别是涉及到一种等离子体加热设备。

背景技术

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、垃圾焚烧和废物处理等。近几年来，利用等离子体处理危险有害的废弃物和生活垃圾的技术发展很快，等离子体的处理方式和一般的焚烧方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象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。在等离子体发生器中，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，温度可达几万度以上。等离子体加热的方法还有：欧姆加热，它是利用等离子体的阻抗来加热的；磁压缩加热，外磁场加到等离子体上会对它产生压缩作用，因而引起升温，这种方法使在已加热的等离子体上可使它继续升温；中性原子注入法加热，将高能中性原子注入磁场中获得高温；利用等离子体中存在静波、等离子体波、磁声波、磁流体力学波和电磁波的不稳定性质来加温；还有磁泵加热和离子回旋共振波加热；利用激光束、强的高能粒子束、微波辐射和利用激震波产生等离子体加热，因此，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏5万度以上，火炬边缘温度也可达到3千度以上，被处理的垃圾废物受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。

当前，常规煤气化装置中使用的气化剂为水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气，在气化炉工作时，直接把水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气送入气化炉，使水蒸汽与炭发生造气反应生成合成气，其反应为吸热反应，需要由空气或氧气与炭发生氧化反应为其提供热量，这种气化方式的气化率仅为70％左右，这将增加煤炭资源消耗，同时，合成气中产生大量的二氧化碳废气，不仅影响到合成气的品质，而且使后级生产中排放大量的温室气体。如利用等离子体喷枪把水蒸汽气化剂加热分解后再喷入气化炉内与焦炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，可以为气化炉提供原料烘干和热解所需的热量，从而使气化炉不需输入空气或氧气，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，当用作生产甲醇的原料气时，生产每吨甲醇比常规技术减少煤耗40％左右、减排二氧化碳45％左右。

生活垃圾由于热值低，化学成分中的固定炭含量少，如用常规的水蒸汽、空气或氧气作气化剂来气化生活垃圾，水蒸汽与炭反应生成合成气所进行的是吸热反应，将会消耗气化炉的热量，气化炉需要输入空气或氧气，并且消耗燃料，使得合成气中废气含量高，所得到的合成气中有用成分相当低，几乎是废气，达不到化工原料的应用要求。已有研究把等离子体技术应用在生活垃圾气化领域，利用等离子体喷枪把气化剂水蒸汽加热到4000℃以上，使水分子分解为氢、氧的活性化学物喷入气化炉，与垃圾炭进行化学反应，所进行的是放热反应，可以为气化炉提供原料烘干和热解所需的热量，从而使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚，实现零排放处理生活垃圾，同时把垃圾废物转化为人类需要的化工原料。因此，利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后喷入气化炉和把水蒸汽直接送入气化炉的效果是大不一样的，如要将生活垃圾气化的合成气成为有用之材，应优选等离子体加热分解水蒸汽作为气化剂的气化技术。

等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水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时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，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很容易做到。

用等离子体喷枪加热分解水蒸汽做气化剂来气化煤或垃圾将成为今后的首选，但现有的等离子体喷枪为了防止电极被烧蚀，采用循环水冷却电极的方式来保护电极，其中，循环冷却水将带走至少30％的热能，使得等离子体喷枪的效率只在70％左右。现有的等离子体喷枪存在效率不高和电极易被烧蚀的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪存在的效率不高和电极易被烧蚀的缺点，设计制造一种效率高和电极不易烧蚀的电弧等离子体喷枪，用于煤气化装置、垃圾生物质气化装置或热解水制氢装置，克服直接使用水蒸汽作为气化剂所存在的气化率低、煤炭资源消耗量大、排放的温室气体多及生产的合成气品质不高的缺点，以降低煤炭资源消耗和减排温室气体。