一种热解用途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。等离子体是由电离放电现象所形成的一种状态，伴随着放电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。在等离子体喷枪中，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，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏数万度以上，火炬边缘温度也可达到数千度以上，被处理的物质受到高温等离子体冲击时，其分子将会分解、原子将会重新组合而生成新的物质，使有害物质变为无害物质。
[0003]在煤气化生产线上，当把水蒸汽通过高温分解后与煤炭进行造气反应，使煤炭更容易气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源；在生活垃圾或工业有机废弃物处置系统中，当把水蒸汽通过高温分解后与再与生活垃圾或工业有机废弃物进行气化反应时，使其转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，实现资源化利用。水分子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、氧气、活性氢原子、活性氧原子和活性氢氧原子团，但是，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。
[0004]在现有的等离子体气化喷枪中，被加热的气体从阴极的外围进入放电区，水蒸汽不易进入火炬的中心区域，因此，现有的等离子体气化喷枪存在水分子分解率低的缺点。等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。
[0005]中国专利公告号CN203851357U公开了 “一种等离子体加热分解器”，由阳极套、阳极、阴极基座、阴极和绝缘架组成，其中，阴极基座呈中轴向前凸出的回转体结构，阴极基座的中轴为贯通的空心结构，阴极嵌入到阴极基座中轴的内空间中，阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中，阴极的杆体外壁与阴极基座中轴的内壁之间空间构成水套，阴极的杆体中有原料气通道，原料气通道有原料气输入接口接入，阴极的头端中心有原料气喷口，原料气通道通过原料气喷口连通到收缩腔。该专利把水蒸汽通过阴极头端中心的喷口喷入收缩腔中的放电区，使水蒸汽吸收到阴极头端的热量得到预热，同时对阴极的头端具有冷却作用，克服了常规等离子体喷枪电极易烧蚀的缺点。但是，由于该专利是采取把“阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中”的措施进行水套密封的，材料的热胀冷缩作用将会使阴极松动，造成阴极移位和密封不可靠，水套内的冷却水容易泄漏到收缩腔中的放电区，影响到喷枪正常工作。【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪的缺点，提高等离子体气化喷枪的加热效率，使水分子分解率更高，避免阴极移位，冷却水不会泄漏，并且对等离子体喷枪的阴极进行有效保护，使等离子体气化喷枪能满足煤气化生产、固体废物处置领域及锅炉点火的应用要求。
[0007]本实用新型的一种热解用途的等离子体喷枪，包括阴极和阳极，其特征是等离子体喷枪主要由圆盘体阴极(2)、绝缘基座(1)、隔离件(9)和阳极(3)组成，其中，圆盘体阴极(2 )的圆盘前面中心有凸出体，圆盘前面中心的凸出体构成阴极头，阴极头的中心有喷气口(2-2)，圆盘体阴极(2)的圆盘后部中心有承插口(2-5)，承插口(2-5)与喷气口(2_2)相通，圆盘体周边的沿体后端构成密封平面(2-6);绝缘基座(I)为二段变径的中空回转体结构，中空小径在绝缘基座(I)的后段中，中空大径在绝缘基座(I)的前段中，中空小径段的前端面构成密封端面(1-3)，在中空小径段的后端中心有后接口(1-7)，在中空大径段的前端有前接口(1-2);隔离件(9)的前部为隔离管(9-2)，隔离管(9-2)的内空间构成气流通道(VIII),隔离件(9)的后端有加热介质输入口(9-1 )，加热介质输入口(9-1)与气流通道(VID相通；阳极(3)由喷管(3-4)和外壳(3-2)构成，喷管(3-4)呈轴向贯通的结构，喷管(3-4)内的后部有压缩孔道(III)，压缩孔道(III)为圆形直孔结构，压缩孔道(III)的后端为收窄的喇叭口结构，压缩孔道(III)的前端为渐扩的圆锥形结构，压缩孔道(III)前端的圆锥形空间构成喷射腔(II)，外壳(3-2)包围在喷管(3-4)的外围，外壳(3-2)与喷管(3-4)之间的内空间构成冷却水套(I )，冷却水套(I )有冷却剂进口(3-7)接入和冷却剂出口(3-3)接出；圆盘体阴极(2)安装在绝缘基座(I)的中空小径的前端上，圆盘体阴极(2)上的密封平面(2-6)与绝缘基座(I)中的密封端面(1-3)紧贴密封；隔离件(9)安装在绝缘基座(I)的后接口(1-7)中，隔离件(9)前部的隔离管(9-2)穿过绝缘基座(I)的中空小径内空间伸入到圆盘体阴极(2)的承插口(2-5)中，气流通道(VID连通到圆盘体阴极(2)的喷气口(2-2)，绝缘基座(I)的中空小径内空间构成环形冷却室(VE)，环形冷却室(VE)有冷却水输入接口( 1-4)接入和冷却水输出接口(1-8)接出，圆盘体阴极(2)的圆盘后端构成散热面；阳极(3)安装在绝缘基座(I)的前接口( 1-2)上，绝缘基座(I)的中空大径内空间构成环形气室(VI)，环形气室(VI)有工作气接口( 1-1)接入，环形气室(VI)连通到阳极的压缩孔道(III)后端的喇叭口空间中；阴极头置于阳极的压缩孔道(III)后端的喇叭口空间中，喷气口( 2-2 )周围的端面构成放电端(2-3)，压缩孔道(III)后端的喇叭口空间构成放电区(IV)，压缩孔道(III)前端的喷管(3-4)内壁构成放电面(3-5)。本实用新型中，在圆盘体阴极(2)的沿体上有螺孔(2-1),螺孔(2-1)为二只以上，呈均匀分布；在绝缘基座(I)中有螺栓过孔(1-5)，螺栓过孔(1-5)的数量与圆盘体阴极(2)上的螺孔(2-1)数量相等，螺栓过孔(1-5)的位置与圆盘体阴极(2)的螺孔(2-1)位置进行配合；在螺栓过孔(1-5)的后端有密封环槽(1-6)，密封环槽(1-6)中有密封垫(6);在螺栓过孔(1-5)中有螺栓(8)，螺栓(8)的螺头旋入到圆盘体阴极
(2)上的螺孔(2-1)中，把圆盘体阴极(2)定位在绝缘基座(I)内；圆盘体阴极(2)上的阴极头前端为圆弧面结构；圆盘体阴极(2)后部中心的承插口(2-5)后端有密封圆槽(2-4)，密封圆槽(2-4)中有密封圈(5);在圆盘体阴极(2)与阳极(3)的后端之间有旋流圈(4)，旋流圈(4)上有切向气槽(V)，环形气室(VI)通过切向气槽(V)连通到阳极内压缩孔道(III)后端的喇叭口空间中；在阳极(3)的后端上有旋流圈(4)的定位榫头(3-8);在阳极外壳(3-2)的后部有安装螺头(3-1 )，阳极(3)以螺纹旋合方式安装在绝缘基座(I)的前接口( 1-2)上。
[0008]本实用新型把阴极设计为圆盘体结构，使得圆盘后端的散热面更贴近冷却水输入接口(1-4)和冷却水输出接口( 1-8)，冷却水在喷枪内的行程更短，以快速把阴极的热量移出喷枪，具有冷却效果更好的特点。圆盘体的阴极结构更简单，加工精度要求低，因此加工更容易，可以降低加工成本。
[0009]本实用新型用于工业有害气体处理和水蒸汽加热分解，具体实施时，在阳极的外壳(3-2)上有电气接口(3-6)，通过阳极的外壳(3-2)对喷管(3-4)进行电气连通，工作电源的正极连接到阳极的电气接口(3-6)上，工作电源的负极通过螺栓(8)连接到圆盘体阴极(2)上，冷却水的供水管分别连接到冷却水输入接口(1-4)上和冷却剂进口(3-7)上，冷却水的回水管分别连接到冷却水输出接口(1-8)上和冷却剂出口(3-3)上，工作气的供气管连接到工作气接口(1-1)上，加热介质的输气管连接到加热介质输入口(9-1)上。工作时，一路冷却水流过到环形冷却室(VE)中，对圆盘体阴极(2)进行冲刷冷却，通过水流把阴极的热量快速移走；另一路冷却水进入到阳极的冷却水套(I )中，对