磁化多电弧热等离子体床形反应器的制造方法
【专利说明】
[0001]技术领域本实用新型涉及一种等离子体化工反应器。其特征在于在这反应器内，用磁化多电弧放电产生平均温度4000°C的大面积热等离子体反应区；其尤其适用于需要高温的煤气化，固体、液体废物高温热解处理，耐高温材料合成，耐高温颗粒材料球化以及冶金等方面的应用。
[0002]【背景技术】热等离子体是物质被加热到几千度以上时产生的一种特殊物质存在状态。在此状态下，物质会产生极强烈的物理化学作用和许多特殊的效应。以热等离子体高温物理化学过程为基础，在当今世界上，产生了一系列崭新的热等离子体工业生产新技术。在一些重要的工业领域，如煤化工，固体、液体废物处理，冶金，材料等领域，热等离子体技术正逐步展现出重大的应用前景。
[0003]所有热等离子体工业应用中，共同的核心技术是热等离子体产生技术。目前产生几百千瓦到几兆瓦功率的热等离子体技术主要是二种方法:等离子体炬和电弧。等离子体炬的典型形式，如专利申请(申请号201320030009.8)中所表明的。等离子体炬产生的热等离子体是一种温度分布极不均匀的高速射流，在很多工业应用情况中，它表现出三个主要缺点:一，射流核心五千度以上的高温等离子体区域只集中在射流中心一个很小的区域，而大部分外层区域温度相对较低，二，射流的外层区域和中心都具有很高的流速。因此用这样的等离子体炬加热粉料时，相当部分的粉料很难进入到真正的高温区。三，随着等离子体炬功率增大，其射流速度也迅速增加，粉料在有限长度的高温等离子体射流中，驻留和被加热的时间越来越短，综合上述三个原因，采用等离子体炬的工业设备，在进行粉料加热时，其效能随着功率增大反而会不断下降。
[0004]电弧的典型形式如专利申请(申请号201110049182.8)中所表明的。它是由二个电极间交、直流放电产生的自由电弧形成等离子体。它的主要缺点是:一，电弧功率主要决定于电弧电流，一般情况下功率在兆瓦时，其电流已高达几千甚至上万安培。因为受到大电流电源经济性影响和电极在大电流情况下损耗过快的限止，更大功率的电弧在技术和经济性上受到了很大限止。二，电弧电极在工作时是消耗性的，除了物理的各种损耗机制外，还有化学损耗，这限止了电弧在氧化性气氛中的应用。同时大量损耗的电极材料也会污染生产过程。三，电弧等离子体的平均温度较低，相应加热效率会有所降低。
[0005]
【发明内容】
本实用新型发明磁化多电弧热等离子体床形反应器，其特征在于，一个带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-0)，依据反应器功率大小，其横截面可以是圆形的，如图2所示，或是跑道形的，如图3所示；其顶部通过一个法兰和一个带有双层水冷结构的顶盖(2-0)相连，该顶盖上设置有多种不同功能的进口，如顶盖进料口(2-1)、顶盖进气口(2-2)、顶盖测量口(2-3)、顶盖光学观察口(2-4);在反应器运用于粉料处理时，顶盖进料口(2-1)上安装有粉料分布器(3-0);和带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-0)对称轴相垂直的一个横截面上，沿其外壁设置多个成偶数的电弧电极法兰口(1-1)，在每个电弧电极法兰口(1-1)上，安装有耐高温直通插板阀(4-1)，该阀的另一端口连接电弧电极器(4-0);每两个电弧电极器(4-0)成一对，在圆形横截面的反应器筒体情况下，每对电弧电极器(4-0)沿反应器筒体的圆形横截面一条直径相对安装；或各自沿相邻的半径方向安装；在跑道形横截面的反应器筒体情况下，电弧电极器(4-0)，都安装在跑道形横截面外壁的直线边上，每对电弧电极器(4-0)可以分别处在相对边，相向安装；或安装在同一边，相邻安装；带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-ο)侧面不同高度位置上，根据需要，设有一些不同功能的进口，如侧面测量口(1-2)、侧面光学观察口(1-3)、侧面进气口(1-4)和反应器筒体的冷却水进出水口(1-5-1，1-5-2);在带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-0)的下端内部砌有多层复合耐火保温层(5-0);带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-0)的下端有反应器出口法兰，与其相连接的是淬冷器￠-0)，多层复合耐火保温层(5-0)内侧下端有一个可以沿其内表面上下运动的反应器内壁机械清疤器(7-0)，在带双层水冷结构的金属反应器筒体(1-0)的外面，安装有和其对称轴同轴的磁场线圈(8-0)。
[0006]本发明的基本工作原理:电弧电极器(4-0)，在结构形式上，它们类似于普通的转移弧等离子体炬。电弧电极器是成对工作的，每对电弧电极器(4-0)内部的主电极分别接到同一个直流恒流电源的正负输出端；工作时，它们是反应器筒内放电电弧的正负电极。多对电弧电极器(4-0)放电时，在反应器筒体内的A-A截面附近同时形成多个放电电弧，这些电弧和由磁场线圈(8-0)产生的磁场相互作用，放电电弧快速移动，拉伸，分叉，重联；在几百高斯的磁场情况下，上述过程以极高频率发生；这时在它们存在的区域产生强大的均匀加热效应；同时各个电弧电极器(4-0)还从它们出口喷射出平均温度4000°C的等离子体射流，多个等离子体射流在同一个横截面附近相互作用，产生很大的射流混合加热效应；在上述二个加热过程共同作用下，在反应器内A-A截面的中心部位就形成了基本均匀的高温等离子体床。为了减少反应器的热损失，在高温等离子体床下部反应器内壁有多层复合耐火保温层(5-0)。与反应器出口直接相连的是淬冷器￠-0)。
[0007]本发明的有益效果是:一，当反应器需要增大功率时，只需通过增加成对的电弧电极器数目，从而增加放电电弧数就能实现。二，这样方式实现的反应器功率增大或减小，所产生的等离子体床的主要特性，如等离子体床的温度、轴向流速、和等离子体床的厚度都可以保持基本不变，只是改变平展的等离子体床的面积。因此反应器的物理、化学状态不会随反应器功率变化而改变。三，作为反应器的工作区，等离子体床中的状态参数分布较均匀，有效反应区域大。四，等离子体床的轴向流速低，这样就能有效延长反应物在其内的