[发明专利]200KW非转移弧等离子发生器及引弧方法

说明书

(一)技术领域：本发明涉及一种大功率(100KW以上)等离子发生器，属离子产生和火花隙类(H01T)。

(二)背景技术：

我们知道，随着温度上升物质存在固态、液态、气态三态的转化过程，当气态物质温度升至几千度时，使气体分子产生电离，这样物质就变成自由运动并相互作用的正离子和电子组成混合物，这称为物质的第四态即等离子体。其温度分布从100K的低温等离子体到超高温核骤变等离子体的10⁸～10⁹K(1～10亿℃)。现使用的热等离子体发生装置中，是阴极和阳极间的电弧放电作用使流入工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，用作等离子体射流或等离子体喷焰等。传统采用的是直流放电法，将直流电源的正极与热等离子体发生器阳极连接，负极与阴极连接，当所加电压达到一定值后，电极间的工作气体被电离形成等离子体，高速喷射出发生器口，形成等离子体喷焰。此时喷焰具有很高的热焓，其焰芯温度可达10000℃～20000℃，外焰部份也可达到3000℃。正是电弧放电等离子体的高温高热焓等特性已被国外先进国家首选为无害化处理各种工业有毒有害废弃物的技术。功率从25kW到250kW不等，当使用空气作为工作气体时连续工作时间可达30小时，当使用氮气作为工作气体时连续工作时间可达100小时以上。非转移弧等离子体发生器，适用于任何形式的工业废弃物，不管被处理物是固态、液态、气态及是否属于导电性质的都能处理。所述非转移弧就是电弧必须在等离子发生器腔内自己产生，不转移在腔体外；所述转移弧是指必须在腔外放导体，导体与腔体外部产生电弧。

现有的小功率非转移弧等离子发生器(100KW以下)一般结构如图4，设有一个阴极1n在上方中心，设一个有中心孔的阳极2n，两者之间有火花隙3n，直流电源U₀两端通过分别固定在阴极和阳极的导线将电压施加于火花隙3n产生电弧4n。从上可知，小功率非转移弧等离子发生器的阴极和阳极距离很近，弧压低，其缺点如下：1)弧压低，同样功率工作电流大，损耗大，一方面导致效率低；另一方面电流大对电极烧蚀快，寿命短。2)弧压低，相对火焰短，一般只能适用于产生局部发热，如用于切割金属等，应用范围小。3)小功率(100KW以下)和低弧压(几十-100伏)不适宜工业化大规模生产和应用。

(三)发明内容：

本发明提供的200KW非转移弧等离子发生器及引弧方法，就是解决现有的小功率(100KW以下)等离子发生器损耗大、效率低、电极寿命短、应用范围小和不适宜工业化大规模生产和应用的问题。

技术方案如下：

200KW非转移弧等离子发生器，其特征是：

1)从电弧产生至喷出方向顺次设置有阴极1和阴极外周的绝缘筒2、间隙3、小阳极4和支撑小阳极的可调绝缘座5、将主气从外引入中心孔的主气环6、二阳极7、二阳极与主气环间的密封8、二阳极外调节螺母9和最下端有喇叭喷口的大阳极10；2)阴极为实心紫铜电极1.1，阴极外圈为不锈钢筒1.3，紫铜电极和不锈钢筒间的夹层为冷却水道1.2；小阳极、二阳极和大阳极均为紫铜电极，且中心为连通的供电弧送出的孔径相同的中心孔，三个阳极紫铜电极内均设有冷却水道；阴极外圈不锈钢筒从前端至后端为紧套阴极的密封收缩筒颈1.31、锥形筒1.32和直形筒1.33，其中收缩筒颈和直形筒与外部绝缘筒间均用螺纹密封连接；3)在绝缘筒和可调绝缘座外周套螺纹压环11将两者轴向可调连接；在可调绝缘座外装异形法兰12，并用螺钉将可调绝缘座轴向固定于主气环；二阳极和大阳极轴向用法兰连接固定，两法兰间装有绝缘层13；4)用惰性气体作付气15通过可调绝缘座引入小阳极顶部；主气16通过主气环旋入二阳极顶部；保护气17从二阳极和大阳极间旋入大阳极顶部；5)直流电源U₀的负极与阴极连接；直流电源的正极与三个阳极用导线18连接，且各阳极与导线18的连接线上均各装一个转移电弧开关。

上述等离子发生器的具体优化结构和设计参数，在实施例中结合附图说明。

使上述200KW非转移弧等离子发生器工作的引弧方法，其特征是包括如下步骤：