[发明专利]一种中间段结构等离子体发生器

说明书

本发明公开了一种中间段结构等离子体发生器，包含前电极、中间段、后电极、主进气旋气环和辅助进气旋气环，前电极的一端与辅助进气旋气环的一端连接，辅助进气旋气环的另一端与中间段的一端连接，中间段的另一端与主进气旋气环的一端连接，主进气旋气环的另一端与后电极的一端连接。本发明采用独特的中间段结构设计，中间段与前电极无需绝缘设计，通过中间段结构的精巧设计，气动组织、主进气与辅助进气气流分配工艺，实现电弧弧根中间段至前电极跳转，与多级中间段相比结构简单，无需增加大电流电弧跳转装置即可稳定输出大电压、大功率。

技术领域

本发明涉及一种等离子体发生器，特别是一种中间段结构等离子体发生器，属于等离子体领域。

背景技术

热等离子体作为危险废物处理可选技术路线越来越得到重视，其高温高能量密度的特点优势突出。但国内尚未出现兆瓦级及以上大功率等离子体发生器的开发报道以及应用。主要开发难点有：大功率等离子体发生器弧电流往往达到600A甚至1000A以上，电极烧蚀集聚增加；兆瓦级等离子体发生器弧电压超过1500V以上，电弧稳定性与弧根运动控制难度增加。

传统大功率等离子体发生器采用多级中间段结构设计，如US4543470 SKF2兆瓦以上等离子体发生器采用多级中间段结构设计，中间段以及中间段与主电极之间电绝缘，单个中间段长度可达200-400mm，最高弧电压可达3600V以上。上海冈松等离子体科技有限公司开发的CN201520622783.7等离子体发生器采用多级中间段结构来提升弧电压，单个中间段电极约为30mm左右，中间段之间以及中间段与主电极电绝缘。专利CN201810723106.2采用绝缘件作为部分中间段结构。其共同特点是通过多个中间段结构来提升弧电压，且中间段之间以及中间段与主电极之间互相绝缘，等离体发生器引弧成功后均需要大电流电弧切换装置来实现电极间电弧跳转。电极间绝缘设计以及大电流电弧切换装置不仅增加等离子体发生器设计难度，也限制了其应用。

由现有技术的内容可知，一般直流等离子体发生器电极烧蚀主要为热烧蚀与氧化，主要是因为电极所承受局部超高电流密度，电极材料大量蒸发。为了减小电极烧蚀，目前大功率等离体发生器普遍采用小电流大电压工艺设计，通过提高弧电压的方式来增大等离子体发生器运行功率。目前主要通过增加弧长来提高等离子体发生器弧电压：阴阳极之间增加中间插入段增加电弧弧长，或者通过大气量来增加弧长。已有的等离子体发生器中间插入段结构大部分为多级插入段，插入段之间以及插入段与阴阳极之间均为绝缘设计，结构复杂很难使用炉内高温环境应用，且需要大电流电弧切换装置来实现电弧电极间跳转。而电弧通道越往下游，电弧通道流场结构发生变化，湍流度增大，通过大气流量提高弧长存在电弧不稳定现象，往往需要外加强磁场来稳弧，这不仅增加工艺复杂度，也增加了工程应用难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种中间段结构等离子体发生器，结构简单且无需增加大电流电弧跳转装置即可稳定输出大电压、大功率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种中间段结构等离子体发生器，其特征在于：包含前电极、中间段、后电极、主进气旋气环和辅助进气旋气环，前电极的一端与辅助进气旋气环的一端连接，辅助进气旋气环的另一端与中间段的一端连接，中间段的另一端与主进气旋气环的一端连接，主进气旋气环的另一端与后电极的一端连接。

进一步地，所述前电极的外侧设置有前电极冷却机构，前电极冷却机构包含前电极水冷隔套，前电极水冷隔套套设在前电极的外侧，前电极水冷隔套与前电极之间具有两端封闭的间隙构成前电极水冷流道，前电极水冷流道的两端开有前电极进水口和前电极回水口。

进一步地，所述前电极水冷隔套的外侧设置有前电极水冷线圈，前电极水冷隔套的外侧面上设置有与前电极水冷线圈匹配的凹槽，前电极水冷线圈套设在前电极水冷隔套外侧的凹槽内。