一种双级串联电弧的等离子体喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及等离子体设备，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、氧和氣氧原子团，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。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪的缺点，避免冷却水泄漏，对等离子体喷枪的阴极和阳极进行有效保护，并且提高等离子体气化喷枪的加热效率，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，以满足热解水制氢、煤气化、电站锅炉点火、固体废物处置、有害气体处理、臭气处理的应用要求。
[0006]本实用新型的一种双级串联电弧的等离子体喷枪，包括绝缘枪架、阴极后座、阴极、第一阳极和第二阳极，绝缘枪架呈回转体结构，阴极后座中有冷却水进口、导流管和冷却水出口，阴极的体内有冷却腔，第一阳极或第二阳极为文丘里喷管结构，第一阳极或第二阳极由后向前依次为喇叭形收窄段、喉口段和喇叭形扩散段，其特征是绝缘枪架2的回转体结构内有第一内腔I1、第二内腔II1、第三内腔X和第四内腔XI，第一内腔I1、第二内腔II1、第三内腔X和第四内腔XI依次由后向前设置，在第一内腔II与第二内腔III之间有隔离体，隔离体的中心有圆孔，在第三内腔X与第四内腔XI之间有隔离凸环，第一内腔II的后端有安装接口 2-6，第二内腔III的前端有承插口 2-4，第四内腔XI的前端有承接口 2-11 ;第一阳极9安装在绝缘枪架2的第二内腔III中，第一阳极9头部的壁体嵌入到第二内腔III前端的承插口 2-4内构成密封面，第一阳极9的尾部由绝缘枪架2的隔离体中心圆孔穿出，第一阳极9的后端进入到第一内腔II中，使用锁紧螺帽4把第一阳极9进行固定，第一阳极9的外壁与第二内腔III内壁之间的空间构成第一阳极的冷却水套，第一阳极的冷却水套有冷却剂入口 2-5接入和冷却剂出口 2-7接出，第一阳极9的头端伸入到第三内腔X的左侧；第二阳极10安装在绝缘枪架2的第四内腔XI中，第二阳极10前部的壁体嵌入到第四内腔XI前端的承接口 2-11中构成密闭面，第二阳极10的后部由绝缘枪架2隔离凸环的环内空间穿出，第二阳极10的后端进入到第三内腔X的右侧，使用锁紧螺母12把第二阳极10进行固定，第二阳极10的外壁与第四内腔XI内壁之间的空间构成第二阳极的冷却水套，第二阳极的冷却水套有冷却进水接口 2-13接入和冷却回水接口 2-10接出；阴极7安装在阴极后座I的前端上，阴极后座I携阴极7安装在绝缘枪架2的第一内腔II中，阴极7的头端伸入到第一阳极9后端的喇叭形收窄段的内空间中，第一内腔II的余量空间构成原料气室，原料气室有原料气输入接口 2-1接入，第一阳极9后端的喇叭形收窄段内空间构成放电区VI，第一阳极9喉口段的内空间构成压缩孔道V，第一阳极9喇叭形扩散段的内空间构成喷射腔IV，第三内腔X的余量空间构成工作气室，工作气室有工作气输入口 2-8接入，第一阳极9的前端与第二阳极10后端的喇叭形收窄段的内空间构成放电腔XIV，第二阳极10喉口段的内空间构成压缩通道XIII，第二阳极10喇叭形扩散段的内空间构成喷射膛ΧΠ。本实用新型中，阴极后座I内有导流管1-2，导流管1-2的管内空间构成进水通道IX，导流管1-2的外围空间构成回流通道I，进水通道IX通过阴极7内的冷却腔连通到回流通道I，进水通道IX有冷却水进口 1-4接入，回流通道I有冷却水出口 1-1接出；为便于在阴极的外壁上安装隔热套，防止水蒸汽被冷却，把阴极7的身段设计为变径的圆柱体结构，在阴极7变径的圆柱体外壁有隔热套6，阴极7的头端为圆弧形结构，在阴极7身段的后端有螺纹接口，阴极7以旋入方式安装在阴极后座I的前端上；在隔热套6的前端有切向气道VL原料气室通过切向气道VII连通到放电区VI ;在第三内腔X中有旋流器13，旋流器13的前端有切向孔道X V，工作气室通过切向孔道X V连通到放电腔XIV ;在第二阳极10前部的壁体中有环形凹槽III’，环形凹槽III’与第二阳极的冷却水套连通；在第二内腔III前端的承插口 2-4中有密封件；在第四内腔XI前端的承接口 2-11中有密封环11。本实用新型适合热解水制氢、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，把冷却水进口 1-4、冷却剂入口 2-5和冷却进水接口 2-13连接到冷却系统的供水管路上，把冷却水出口 1-1、冷却剂出口 2-7和冷却回水接口 2-10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 2-1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I连接到阴极7上，把等离子体工作电源的正极连接到第二阳极10上。
[0007]上述的实用新型中，利用绝缘枪架的壁体作为第一阳极和第二阳极冷却水套的外壁，可以实现减小喷枪的体积及节省金属材料用量，并且便于在承插口 2-4中和在承接口2-11中使用密封材料避免冷却水泄漏，克服现有等离子体喷枪冷却水易泄漏的缺点；把等离子体喷枪设计具有二级阳极串联的结构，使得在等离子体喷枪内产生二级串联的高温等离子体电弧，等离子体电弧的能量更大，使喷枪的加热效率得到更大的提高，从