多级串联电弧等离子体喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪。
【背景技术】
[0002]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、垃圾焚烧废物处理等。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，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。
[0003]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以上时，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能做到；应用等离子体喷枪处理危险有害的废弃物和生活垃圾，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产品，实现资源化和无污染处理生活垃圾；在煤气化生产线上如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内，与煤炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，使气化炉不需输入空气或氧气助燃，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，实现节能减排。
[0004]等离子体喷枪的阴极和阳极喷嘴是易损件，需经常进行更换。等离子体喷枪的阳极结构中需有冷却水套，喷嘴式阳极的冷却水套设置在一体化阳极的回转体壁体中，这类阳极需采用熔模技术制造，制造工艺较复杂；喷管式阳极由阳极喷管与阳极外套组成，阳极喷管和阳极外套使用金属材料，阳极喷管嵌入在阳极外套之中，冷却水套由阳极喷管与阳极外套之间的空间构成，冷却水套的两端由嵌入口的紧密结合面进行密封，存在冷却水泄漏情况。
[0005]现有的等离子体喷枪多为单级电弧方式，存在分解不完全及加热效率不高的缺点。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要克服现有单级电弧等离子体喷枪存在分解不完全及加热效率不高的缺点，提供一种多级串联电弧等离子体喷枪，使等离子体喷枪达到更高的处理温度，提高等离子体喷枪的加热效率及分解能力，并且避免冷却水泄漏，使易损部件容易更换。
[0007]本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪，包括绝缘枪架、阴极和阳极，其特征是等离子体喷枪由阴极组件I和多级阳极组件组成，在阴极组件I和多级阳极组件中各有冷却水连通孔；阴极组件I由第一绝缘枪架1-1、阴极后座1-14和阴极1-6构成，第一绝缘枪架1-1中有集水室1-11和轴向通孔，阴极组件I的冷却水连通孔设置在第一绝缘枪架1-1的壁体中，阴极后座1-14安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，阴极后座1-14中有进水通道1-15和回水腔1-13，阴极1-6安装在阴极后座1-14的前端，阴极1_6的体内有冷却腔
1-7，进水通道1-15通过阴极1-6体内的冷却腔1-7连通到回水腔1-13，进水通道1_15有冷却水输入接口 1-16接入，回水腔1-13连通到集水室1-11，集水室1-11连通到第一绝缘枪架中的冷却水连通孔；所述的多级阳极组件包括第一阳极组件2和第二阳极组件3，第一阳极组件2由第二绝缘枪架2-1和第一阳极2-6构成，第二绝缘枪架2-1为中空的回转体结构，第一阳极组件2的冷却水连通孔设置在第二绝缘枪架2-1的壁体中，第一阳极2-6安装在第二绝缘枪架2-1的内空间中，第一阳极2-6为喷管结构，第一阳极2-6由后向前依次为喇叭口收窄段、直孔喉口段和喇叭形扩张段，所述的喇叭口收窄段构成第一放电区2-26，所述的直孔喉口段构成第一压缩孔道2-11，所述的喇叭形扩张段构成第一喷射腔2-10，第一阳极2-6的外壁与第二绝缘枪架2-1内壁之间的空间构成第一阳极的冷却水套2-17，第一阳极的冷却水套2-17连通到第二绝缘枪架中的冷却水连通孔；第二阳极组件3由第三绝缘枪架3-1和第二阳极3-8构成，第三绝缘枪架3-1为中空的回转体结构，第二阳极组件3的冷却水连通孔设置在第三绝缘枪架3-1的壁体中，第二阳极3-8安装在第三绝缘枪架3-1的内空间中，第二阳极3-8为喷管结构，第二阳极3-8由后向前依次为喇叭收窄段、直管喉口段和喇叭扩张段，所述的喇叭收窄段构成第二放电区3-18，所述的直管喉口段构成第二压缩孔道3-10，所述的喇叭扩张段构成第二喷射腔3-9，第二阳极3-8的外壁与第三绝缘枪架3-1内壁之间的空间构成第二阳极的冷却水套3-11，第二阳极的冷却水套3-11连通到第三绝缘枪架中的冷却水连通孔；阴极组件1、第一阳极组件2和第二阳极组件3依次进行串联连接，第一绝缘枪架1-1、第二绝缘枪架2-1和第三绝缘枪架3-1中的各冷却水连通孔进行相互连通；阴极1-6的头端进入到第一阳极2-6尾端的喇叭口空间中，第一阳极2-6的头端进入到第二阳极3-8尾端的喇叭口空间中；第一阳极组件2后端的内空间构成原料气室
2-27，原料气室有原料气输入接口2-28接入，原料气室2-27连通到第一放电区2_26 ;第一阳极组件2前端的内空间或第二阳极组件3后端的内空间构成工作气室，工作气室有工作气输入口接入，工作气室连通到第二放电区3-18。
[0008]本发明中，所述的阳极组件为二级以上，各级阳极组件进行串联连接，后级阳极的头端进入到相邻前级阳极的尾端喇叭口空间中；前端的阳极组件中有冷却水输出，当阳极组件为二级时，第二阳极的冷却水套3-11有冷却水输出接口 3-4接出；在阴极1-6头部的外围有旋转气槽1-20，原料气室2-27通过旋转气槽1-20连通到第一放电区2_26 ;在第一阳极2-6头部的外围有旋流气槽2-7，工作气室通过旋流气槽2-7连通到第二放电区3-18 ；阴极后座1-14以螺纹旋合方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中或以夹压方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，在阴极后座1-14的后端有锁紧螺母1-17 ;阴极组件I与阳极组件之间、各级阳极组件之间通过定位榫槽进行同轴定位；在第一阳极2-6头部的壁体中有环形冷却槽2-12，环形冷却槽2-12与第一阳极的冷却水套2-17相通；在第二阳极3-8头部的壁体中有冷却环槽3-7，冷却环槽3-7与第二阳极的冷却水套3-11相通；在各绝缘枪架的壁体中有串联孔，在串联孔中使用穿心螺杆5把各组件进行紧密连接；阴极后座1-14、阴极1-6与第一绝缘枪架1-1之间使用密封圈进行密封；各级阳极组件中的阳级与绝缘枪架之间使用密封环进行密封；各组件之间使用密封垫进行密封。
[0009]本发明适合热解水制氢、煤气化、生活垃圾处置、工业有害气体处理、臭气处理、电站锅炉点火的应用要求。应用时，把冷却水输入接口 1-16连接到冷却系统的供水管路上，把冷却水输出接口 3-4连接到冷却系统的回水管路上，把水蒸汽的供汽管连接到原料气输入接口 2-28上，把工作气的供气管连接到工作气输入口 2-8上，所述工作气为水蒸汽或氢气或回炉合成气，把等离子体工作电源的负极通过阴极后座1-14连接到阴极1-6上，把等离子体工作电源的正极连接到前端阳极组件中的阳极上。当阳极组件为二级的等离子体喷枪工作时，冷却水通过冷却水输入接口 1-16进入到阴极后座的进水通道1-15中，经导流管
1-8前端的出水口对阴极1-6的冷却腔1-7壁体进行冲刷冷却，冷却水吸收了阴极1-6的