一种用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统的制作方法

1.本发明涉及等离子体熔融气化危险废弃物技术领域，尤其涉及一种用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统。


背景技术：

2.随等离子体熔融气化炉的处理规模不断增长，炉体尺寸持续扩展，对等离子体炬的加热效率和加热均匀的要求不断提高。一般的，相较于非转移式等离子体炬，转移式等离子体炬的电流能够穿透物料层，具有较高的加热效率；但前者的布置可单台炉子中多点灵活布置，加热均匀性较好。如何将转移式等离子体炬的高热效率和非转移式等离子体炬的灵活性结合，是等离子体熔融气化的一个重要课题。
3.传统转移式等离子体炬系统，如说明书附图6和7所示，一般由等离子体炬电源、高压引弧装置、切换开关机构s1、转移式等离子体炬100、等离子体熔融炉炉底电极113、等离子体炬高度调节装置组成。其基本工作原理为：高度调节装置将炬100下降至炉底电极113附近。通过气体分配器106将工作气体引入等离子体炬内。通过启动高压引弧装置和等离子体炬电源，在后电极101和瞄准电极112之间、以及后电极101和底电极113之间，分别形成并联电弧109和110。高温等离子体射流通过瞄准电极112出口射出。后电极冷却通道103和前电极冷却通道108，分别对后电极101和瞄准电极112冷却。其电路原理如图7所示，r2和r3分别代表两路电弧。随后通过切换开关s1断开r2通路，使电路仅仅通过r3导通。通过调节等离子体炬100的高度，即可改变110电弧弧长，实现等离子体炬输出功率的调节。
4.但是上述传统的转移式等离子体炬系统用在废弃物气化熔融行业存在以下固有问题：转移式等离子体炬需设置炉底电极，并辅以水冷和必要的绝缘。水冷炉底电极的存在大幅增加了熔融炉的设计、施工难度，使炉体寿命缩短，并带来漏液的安全隐患；转移式等离子体炬普遍需要设计大电流切换开关，以实现弧根从瞄准电极到炉底主电极的跳跃。且切换开关价格高昂；由于转移式等离子体炬一般与炉底电极对应存在，熔融炉一般只能设计一台转移式等离子体炬，这导致炬对炉体各处的加热的均匀性不佳，难以精细调节。
5.所以提供一种用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统，能够解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于，现有的转移式等离子体炬存在炉体设计施工难度大、炉体使用寿命短、存在漏液的安全隐患、炬对炉体各处加热的均匀性不佳、需要设计大电流切换开关，所以提供一种用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统，所述用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统包括：等离子体炬电源、高压引弧装置、第一转移式等离子体炬、第二转移式等离子体炬
和引弧金属板，所述等离子体炬电源的正极与所述第一转移式等离子体炬电连接，负极与所述第二转移式等离子体炬电连接，所述高压引弧装置的一端同时与所述第一转移式等离子体炬和所述等离子体炬电源的正极电连接，另一端同时与所述第二转移式等离子体炬和所述等离子体炬电源的负极电连接，所述第一转移式等离子体炬的下端和所述第二转移式等离子体炬的下端同时与所述引弧金属板电连接，所述引弧金属板接地；所述第一转移式等离子体炬的上端和所述第二转移式等离子体炬的上端分别设置有高度调节装置。
7.进一步地，所述第一转移式等离子体炬包括第一夹持底座、第一后电极、第一气体分配器、第一瞄准电极、第一辅助电极和不锈钢外壳，所述第一后电极的上端和所述第一夹持底座固定连接，所述第一气体分配器用于连接所述第一后电极和所述第一瞄准电极，所述不锈钢外壳设置在所述第一后电极和所述第一瞄准电极之间，所述第一瞄准电极的外壳的下端固定设置有所述第一辅助电极。
8.进一步地，所述第一后电极和对应外壳之间设置有第一冷却液通道，所述第一瞄准电极和对应外壳之间设置有第二冷却液通道。
9.进一步地，所述第一夹持底座开设有第一通孔，所述第一通孔内设置有导线用于所述等离子体炬电源、所述高压引弧装置和所述第一后电极。
10.进一步地，所述第二转移式等离子体炬包括包括第二夹持底座、第二后电极、第二气体分配器、第二瞄准电极、第二辅助电极、电磁线圈和第二外部绝缘层，所述第二后电极的上端和所述第二夹持底座固定连接，所述第二气体分配器用于连接所述第二后电极和所述第二瞄准电极，所述第二外部绝缘层设置在所述第二后电极和所述第二瞄准电极之间，所述第二瞄准电极的外壳的下端固定设置有所述第二辅助电极，所述电磁线圈套设正对所述第二后电极外部。
11.进一步地，所述第二后电极和对应外壳之间设置有第三冷却液通道，所述第二瞄准电极和对应外壳之间设置有第四冷却液通道。
12.进一步地，所述第二夹持底座开设有第二通孔，所述第二通孔内设置有导线用于所述等离子体炬电源、所述高压引弧装置和所述第二后电极。
13.进一步地，所述第一后电极和所述第二后电极的材料均为纯铜或铜基合金。
14.进一步地，第一辅助电极和所述第二辅助电极的材料均为不锈钢或高纯石墨。
15.进一步地，所述第一辅助电极为空心圆柱体，所述空圆柱体上对称开设有槽，所述第二辅助电极与所述第一辅助电极结构相同。
16.实施本发明，具有如下有益效果：1、本发明采用独特双炬构型，无需炉底电极，大幅简化熔融炉的复杂程度，兼顾了转移式等离子体炬的高效率和熔融炉的可靠性。
17.2、本发明在炉体上布置两套转移式等离子体炬，相比传统单炬构型，提高熔池加热均匀性和灵活性。
18.3、采用独特的工作流程，取消了切换开关，降低了转移式炬的技术复杂性和成本，简化操作难度。
19.4、本发明中的两套炬系统使用一套电源和高压引弧装置，相比传统多个非转移式炬组合使用的系统，大幅降低了设备造价和故障率。
附图说明
20.图1是本发明的基本结构图；图2是本发明的基本电路示意图；图3是本发明辅助电极和瞄准电极的安装细节图；图4是本发明辅助电极的外形图；图5是本发明加热通道示意图；图6是传统转移式等离子炬基本结构图；图7是传统转移式等离子体炬基本电路示意图。
21.具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
23.请参阅说明书附图1至5，本实施例中所要解决的技术问题在于，现有的转移式等离子体炬存在炉体设计施工难度大、炉体使用寿命短、存在漏液的安全隐患、炬对炉体各处加热的均匀性不佳、需要设计大电流切换开关，所以提供一种用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统，所述用于废弃物熔融的新型转移式等离子体双炬系统包括：等离子体炬电源4、高压引弧装置5、第一转移式等离子体炬300、第二转移式等离子体炬310和引弧金属板，等离子体炬电源4的正极与第一转移式等离子体炬300电连接，负极与第二转移式等离子体炬310电连接，高压引弧装置5的一端同时与第一转移式等离子体炬300和等离子体炬电源4的正极电连接，另一端同时与第二转移式等离子体炬310和等离子体炬电源4的负极电连接，第一转移式等离子体炬300的下端和第二转移式等离子体炬310的下端同时与引弧金属板电连接，引弧金属板接地；第一转移式等离子体炬300的上端和第二转移式等离子体炬310的上端分别设置有高度调节装置2。
24.第一转移式等离子体炬300包括第一夹持底座、第一后电极301、第一气体分配器303、第一瞄准电极304、第一辅助电极307和不锈钢外壳，第一后电极301的上端和第一夹持底座固定连接，第一气体分配器303用于连接第一后电极301和第一瞄准电极304，不锈钢外壳设置在第一后电极301和第一瞄准电极304之间，第一瞄准电极的外壳的下端固定设置有第一辅助电极307。
25.第一后电极301和对应外壳之间设置有第一冷却液通道302，第一瞄准电极304和对应外壳之间设置有第二冷却液通道305。
26.第一夹持底座开设有第一通孔，第一通孔内设置有导线用于等离子体炬电源4、高压引弧装置5和第一后电极301。
27.第二转移式等离子体炬310包括包括第二夹持底座、第二后电极311、第二气体分
配器313、第二瞄准电极314、第二辅助电极317、电磁线圈和第二外部绝缘层，第二后电极311的上端和第二夹持底座固定连接，第二气体分配器313用于连接第二后电极311和第二瞄准电极314，第二外部绝缘层设置在第二后电极311和第二瞄准电极314之间，第二瞄准电极的外壳下端固定设置有第二辅助电极317，电磁线圈套设正对第二后电极311外部。
28.第二后电极311和对应外壳之间设置有第三冷却液通道312，第二瞄准电极314和对应外壳之间设置有第四冷却液通道315。
29.第二夹持底座开设有第二通孔，第二通孔内设置有导线用于等离子体炬电源4、高压引弧装置5和第二后电极311。
30.第一后电极301和第二后电极311的材料均为纯铜或铜基合金。
31.第一辅助电极307和第二辅助电极317的材料均为不锈钢或高纯石墨。
32.第一辅助电极307为空心圆柱体，空圆柱体上对称开设有槽，第二辅助电极317与第一辅助电极307结构相同。
33.全系统的主要工作流程如下：高度调节装置2降低等离子体炬300和310，使各自辅助电极307和317接触在引弧金属板330；气流分配器303和313通入设定流量的工作气体；启动高压引弧装置5，同时在后电极301和瞄准电极304之间，以及后电极311和瞄准电极315之间形成电击穿，使整个双炬系统的电路导通；随后启动主电源，在后电极301和瞄准电极304之间，以及后电极311和瞄准电极314之间建立稳定电弧。由于引弧金属板330和两个瞄准电极同电位，在工作气流的气动力作用下，电弧306和电弧316最终稳定在各自后电极301、311和引弧金属板330之间；先后通过高度调节装置2拉起等离子体炬，至此，实现了等离子体炬系统的引弧；根据熔融炉加热需求，独立完成每只等离子体炬的高度调节，以精确调节不同区域温度。
34.至此完成等离子体炬系统的启动过程。
35.需要注意，若出现等离子体炬断弧中，导致运行中断，可根据上述工作流程重新启动系统即可；熔池形成后，引弧金属板被熔融态的物料覆盖，从上至下分别为熔融态物料表面8、熔融态物料层9和熔融态金属层10。执行流程第一步时，辅助电极307和317只需接触熔池表面即可。
36.作为一个具体的实施方式，辅助电极307和317为高纯石墨材质，通过螺纹固定安装在瞄准电极304和314对应外壳上（如图5所示）。等离子体炬300接电源正极，等离子体炬310接电源负极。如此，等离子体炬300为正极性炬、等离子体炬310为反极性炬。通入两只炬的工作气体为干燥空气、氮气或两者的任意混合气体。
37.当等离子体炬系统启动时，后电极301为阳极，后电极311为阴极。一般的，阴极电极的寿命只有阳极寿命的1/3
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1/2。为防止因后电极311寿命问题导致提前停机，并更换等离子体炬，在311外围增加电磁线圈330，以恒定电流在后电极311内形成稳恒磁场。通过增加磁力驱动，延缓电弧316对后电极311的烧蚀，使后电极301和311达到相近的使用寿命。
38.通过分别测量等离子体炬300和等离子体炬310的外壳与公共接地点的电势差（可
外接简易电压表），即可判断辅助电极307和311是否与引弧金属板或熔融态物料层接触。
39.应当注意，本实施例只是体现本发明所述结构和效果的一个特例。诸如交换炬300和炬310的电极极性、采用新的工作气体、采用其它具体结构的辅助电极等做法，均应视为符合本发明精神，并应当纳入本发明的保护范围之内。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。