CN205336641U - 利用熔丝引弧的等离子体热解装置 - Google Patents

Abstract

一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，涉及到等离子体设备，包括第一电极、第二电极、第三电极和电极架，第一电极为圆盘体结构，支持架的左侧部分为圆槽体结构，支持架的右侧部分为圆筒体结构，在支持架的左端壁体中心有通孔，在支持架左侧的圆槽口有安装台阶，第一电极安装在安装台阶上；支持架连接到第三电极上，第三电极通过绝缘连接件连接到电极架上，第二电极安装在电极架上，第二电极的圆棒体从第三电极的圆环体内空间中穿过，第二电极的头端伸入到支持架的圆筒体内空间中，支持架的圆筒内空间构成等离子体发生室。本实用新型利用熔丝引弧来使等离子体装置的二个电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体的能量，提高了效率和节省电能。

Description

利用熔丝引弧的等离子体热解装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体设备，特别是涉及到一种电弧等离子体装置。

背景技术

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，被处理的化工有害气体受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。

在固体废物处置领域，把水蒸气通过等离子体装置分解为氢、氧活性化学物后再作为气化剂送入气化炉，与生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物进行气化反应，所进行的反应是放热反应，不需输入氧气或空气助燃，因此可以把生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物转化为符合化工原料应用要求的富氢合成气。

研发一种结构合理、适合其目标产物应用的等离子体装置是本领域研发人员的任务，提高等离子体装置的效率、减少电能消耗是本领域研发人员所追求的目标。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适合处理化工有害气体或热解用途的等离子体装置，并使装置结构简单合理和效率高，以减少电能消耗。

本实用新型的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，包括第一电极3、第二电极5、第三电极6和电极架9，其特征是第一电极3为圆盘体结构，圆盘体的中心有贯通的圆孔，其贯通圆孔的右端有扩口的凹槽3-1；支持架2的左侧部分为圆槽体结构，支持架2的右侧部分为圆筒体结构，左侧部分的圆槽体内空间与右侧部分的圆筒体内空间相通，在支持架2的左端壁体中心有通孔，在支持架2左侧的圆槽口有安装台阶2-1，第一电极3安装在安装台阶2-1上；支持架2的圆筒体右端连接到第三电极6上，第三电极6通过绝缘连接件8连接到电极架9上，第二电极5安装在电极架9上，第三电极6为圆环体结构，第二电极5为圆棒体结构，第二电极5的圆棒体从第三电极6的圆环体内空间中穿过，第二电极5的头端伸入到支持架2的圆筒体内空间中，第二电极5的棒体与第三电极6的圆环壁体之间的空间构成电离通道Ⅹ，支持架2的圆筒内空间构成等离子体发生室Ⅲ，等离子体发生室Ⅲ有产物出口Ⅱ接出；在第一电极3圆盘体中心的圆孔与支持架2左端壁体中心的通孔之间有穿心牵紧杆1进行紧密连接，穿心牵紧杆1的内空间构成引弧熔丝的过孔。

本实用新型中，穿心牵紧杆1的空心入口构成熔丝安装口1-4，熔丝安装口1-4的壁体上有紧固螺孔1-5，穿心牵紧杆1的内空间与第一电极3的凹槽3-1进行贯通相连；支持架2左侧部分的圆槽体内空间构成环形冷却室Ⅻ，环形冷却室Ⅻ有冷却剂进口Ⅺ接入和冷却剂出口Ⅰ接出；在第一电极3的左侧有冷却环槽3-2，冷却环槽3-2与环形冷却室Ⅻ相通；产物出口Ⅱ设置在支持架2的壁体上；在支持架2左端壁体中心的通孔中有密封槽2-2；绝缘连接件（8）为圆环体结构，绝缘连接件（8）的圆环内空间构成环形气室（Ⅵ），在绝缘连接件（8）的壁体上有介质输入接口（Ⅴ）接入到环形气室（Ⅵ），环形气室（Ⅵ）通过电离通道（Ⅹ）连通到支持架（2）内的等离子体发生室（Ⅲ）；电极架9为中空回转体结构，在电极架9上有安装螺口9-3和连接螺口9-2，安装螺口9-3用于安装第二电极5，连接螺口9-2连接到绝缘连接件8上，在中空回转体内有导流管9-1，第二电极5的圆棒体结构内有冷却腔Ⅳ，导流管9-1伸入到冷却腔Ⅳ中，导流管9-1的外围空间构成冷却剂回流通道Ⅷ，导流管9-1有冷却液进口Ⅸ接入，冷却剂回流通道Ⅷ有冷却液出口Ⅶ接出；在电极架9的壁体上有第一电气接口10接入，第一电气接口10连通到第二电极5；在第三电极6的壁体上有第二电气接口11接入；在穿心牵紧杆1的左端有第三电气接口14接入，第三电气接口14连通到第一电极3。

本实用新型中，所述的引弧熔丝为低熔点材料的棒材、线或丝，包括铝线、细铜线或锡铅合金材料的保险丝，应用时，引弧熔丝设置在穿心牵紧杆1内的熔丝过孔1-2中，引弧熔丝从第一电极3的凹槽3-1中伸出，进入到支持架2的圆筒体内空间中并接近第二电极5的头端，引弧熔丝的头端与第二电极5的头端的初始引弧距离优选为5-30mm,引弧熔丝的后端被紧固螺栓16固定在熔丝安装口1-4中。

在等离子体装置中，等离子体电弧在二个主电极之间产生，在二个主电极之间能维持等离子体电弧稳定运行的条件下，二个主电极之间的空间距离越大，等离子体电弧的行程越长，其电子相互碰撞的机会和次数就会更多，其能量就会越大，当用于处理工业有害气体时，有害气体受到高温高压等离子体冲击的强度会更大，其重新组合变为无害物质的效率会更高。本实用新型利用熔丝进行引弧，先使用引弧熔丝使二个主电极之间的引弧距离缩短，以降低引弧电压，然后引弧熔丝被熔蚀而缩短，使二个主电极之间产生高温等离子体电弧。本实用新型采取利用熔丝引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体的能量，提高了效率和节省电能；本实用新型适合在不频繁启动的长期连续运行的设备上应用，省略了引弧电极的驱动装置，降低了制造成本，结构简单合理，操作简便，熔丝极为廉价，其成本可以忽略，因此，本实用新型具有极高的性价比。所述的二个主电极为第一电极3和第二电极5。

本实用新型在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，为了进一步提高等离子体装置的效率，本实用新型在结构中设置了第三电极6，第二电极5从第三电极6的圆环体内空间中穿过，使第三电极6内壁与第二电极5外壁之间的空间构成电离通道Ⅹ。应用时，等离子体工作电源连接到第一电气接口10，然后通过电极架9的金属材质连接到第二电极5，把高压电源连接到第二电气接口11，第三电气接口14为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口，第三电气接口14通过穿心牵紧杆1的金属材质连接到第一电极3和引弧熔丝；所述的等离子体工作电源为180-600V电压的电源，其特点是低电压大电流，所述的高压电源为10000V以上的电源，其特点是高电压小电流。然后把工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气接入介质输入接口Ⅴ，由环形气室Ⅵ进入电离通道Ⅹ中，便在电离通道Ⅹ内形成气流隔离放电方式的电场，使工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气被电离而增加活性，被电离活化的工业有害气体再在高温等离子体电弧的作用下，更容易及更彻底被处理成中性的无害物质，或被电离活化的水蒸气更容易被分解而作为固体有机废物的气化剂应用。在具体工作时，引弧熔丝的头端伸入到距第二电极5的头端5-30mm空间中，10000V以上的高压电源使第二电极5与第三电极6之间的电离通道Ⅹ中进行气流隔离方式的放电，同时使引弧熔丝的头端与第二电极5之间进行放电，在引弧熔丝的头端与第二电极5上形成初始电弧，然后引弧熔丝被熔蚀缩后，至引弧熔丝的头端被熔蚀到第一电极3的凹槽3-1中时，便把电弧引到第一电极3上，使第一电极3与第二电极5的头端之间形成高温等离子体电弧。

本实用新型先使高压电源作用在第二电极5与第三电极6之间的电离通道Ⅹ中，对工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气进行电离和活化，然后使高压电源作用在第一电极3与第二电极5之间，通过熔蚀熔丝的方法进行第一电极3与第二电极5之间的引弧，使之产生高温等离子体电弧，把工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气进行目标处理，更容易得到目标产物，提高了效率和节省电能。其中，产生高温等离子体电弧的电能由等离子体工作电源提供。

运行时，产生的等离子体电弧的弧根在第一电极3的右端面上，为了避免引弧熔丝被烧结在第一电极3的体上，给设备下次运行更换引弧熔丝时带来困难，本实用新型在第一电极3的右端设置扩口的凹槽3-1，使引弧作用完成后的引弧熔丝头部与第一电极3之间具有一定的空间距离。

本实用新型的有益效果是：适合在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，先使处理介质进行电离活化，再把处理介质在高温等离子体电弧的作用下进行处理，更容易得到目标产物。采取熔丝引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体的能量，提高了效率和节省电能；本实用新型省略了引弧电极的驱动装置，降低了制造成本，结构简单合理和操作简便。

附图说明

图1是本实用新型利用熔丝引弧的等离子体热解装置的结构图。

图2是本实用新型装置中的穿心牵紧杆结构图。

图中：1.穿心牵紧杆，1-1.内六角大头，1-2.熔丝过孔，1-3.牵紧螺头，1-4.熔丝安装口，1-5.紧固螺孔，2.支持架，2a.支持架的圆槽体部分，2b.支持架的圆筒体部分，2-1.安装台阶，2-2.密封槽，3.第一电极，3-1.凹槽，3-2.冷却环槽，4.引弧熔丝，5.第二电极，5-1.安装螺头，6.第三电极，7.密封环，8.绝缘连接件，9.电极架，9-1.导流管，9-2.连接螺口，9-3.安装螺口，10.第一电气接口，11.第二电气接口，12.密封圈，13.密封垫，14.第三电气接口，15.密封套环，16.紧固螺栓，17.螺母，Ⅰ.冷却剂出口，Ⅱ.产物出口，Ⅲ.等离子体发生室，Ⅳ.冷却腔，Ⅴ.介质输入接口，Ⅵ.环形气室，Ⅶ.冷却液出口，Ⅷ.冷却剂回流通道，Ⅸ.冷却液进口，Ⅹ.电离通道，Ⅺ.冷却剂进口，Ⅻ.环形冷却室。

具体实施方式

实施例1图1所示的实施方式中，利用熔丝引弧的等离子体热解装置主要由第一电极3、第二电极5、第三电极6、支持架2、穿心牵紧杆1、绝缘连接件8和电极架9组成，其中，第一电极3为圆盘体结构，圆盘体的中心有贯通的圆孔，其贯通圆孔的右端有扩口的凹槽3-1，在第一电极3的左侧有冷却环槽3-2；第二电极5为圆头的圆棒体结构，第二电极5为圆棒体尾部有安装螺头5-1，第二电极5的圆棒体结构内有冷却腔Ⅳ；第三电极6为圆环体结构；支持架2的左侧部分为圆槽体结构，支持架2的右侧部分为圆筒体结构，左侧部分的圆槽体内空间与右侧部分的圆筒体内空间相通，在支持架2的左端壁体中心有通孔，在通孔中的左端有剖面为楔形的密封槽2-2；在支持架2左侧的圆槽口有安装台阶2-1；穿心牵紧杆1为贯穿的空心结构，穿心牵紧杆1的左端有牵紧螺头1-3，穿心牵紧杆1的右端有内六角大头1-1；绝缘连接件8为圆环体结构；电极架9为中空回转体结构，在电极架9上有安装螺口9-3和连接螺口9-2，安装螺口9-3用于安装第二电极5，连接螺口9-2连接到绝缘连接件8上，在中空回转体内有导流管9-1，导流管9-1伸入到第二电极5的冷却腔Ⅳ中，导流管9-1的外围空间构成冷却剂回流通道Ⅷ，导流管9-1有冷却液进口Ⅸ接入，冷却剂回流通道Ⅷ有冷却液出口Ⅶ接出；第一电极3安装在支持架2圆槽口的安装台阶2-1上，在第一电极3与安装台阶2-1之间有密封垫13，在第一电极3圆盘体中心的圆孔与支持架2左端壁体中心的通孔之间有穿心牵紧杆1，安装时，穿心牵紧杆1从第一电极3圆盘体中心的圆孔中穿过，穿心牵紧杆1的内六角大头1-1深入到第一电极3的凹槽3-1中，在内六角大头1-1与第一电极3中心圆孔周边的壁体之间有密封圈12，穿心牵紧杆1的牵紧螺头1-3从支持架2左端壁体中心的通孔中伸出，用螺母17旋合在牵紧螺头1-3上，使第一电极3与安装台阶2-1进行紧密连接，在通孔中左端的密封槽2-2中有剖面结构为楔形的密封套环15，穿心牵紧杆1的内空间与第一电极3的凹槽3-1进行贯通相连，穿心牵紧杆1的内空间构成熔丝过孔1-2，熔丝过孔1-2的入口构成熔丝安装口1-4，熔丝安装口1-4的壁体上有紧固螺孔1-5，引弧熔丝4设置在熔丝过孔1-2中，引弧熔丝4的后端被紧固螺栓16固定在熔丝安装口1-4中，引弧熔丝4的前端从第一电极3的凹槽3-1中伸出，引弧熔丝4的前端进入到支持架2的圆筒体内空间中并接近到距第二电极5的头端5-30mm的位置；支持架2左侧部分的圆槽体内空间构成环形冷却室Ⅻ，环形冷却室Ⅻ有冷却剂进口Ⅺ接入和冷却剂出口Ⅰ接出，环形冷却室Ⅻ与第一电极3左侧的冷却环槽3-2相通；支持架2的圆筒体右端连接到第三电极6的左端，第三电极6的右端通过绝缘连接件8连接到电极架9左端上，第二电极5安装在电极架9上，在电极架9的安装螺口9-3的前端与第二电极5之间有紫铜材质的密封环7，第二电极5的圆棒体从第三电极6的圆环体内空间中穿过，第二电极5的头端伸入到支持架2的圆筒体内空间中，第二电极5的棒体与第三电极6的圆环壁体之间的空间构成电离通道Ⅹ，支持架2的圆筒内空间构成等离子体发生室Ⅲ，等离子体发生室Ⅲ有产物出口Ⅱ接出，产物出口Ⅱ设置在支持架2的壁体上；绝缘连接件8的圆环内空间构成环形气室Ⅵ，在绝缘连接件8的壁体上有介质输入接口Ⅴ接入，介质输入接口Ⅴ通过环形气室Ⅵ连通到电离通道Ⅹ。本实施例中，在电极架9的壁体上有第一电气接口10接入，第一电气接口10利用电极架9的金属材料与第二电极5进行电气连接；在第三电极6的壁体上有第二电气接口11接入；在穿心牵紧杆1的左端有第三电气接口14接入，第三电气接口14利用穿心牵紧杆1的金属材料与第一电极3和引弧熔丝进行电气连接；所述的引弧熔丝4选用低熔点的锡铅合金材料的保险丝；第一电极3和第二电极5选用钨合金材料制作；穿心牵紧杆1、第三电极6和电极架9选用普通金属材料制作；支持架2的圆筒体结构部分选用耐高温非金属材料制作；绝缘连接件8选用胶木材料或聚四氟乙烯材料制作；密封环7选用紫铜材料制作；密封圈12选用具有导电性能的石墨石棉混合材料制作。

上述实施例，为了减少加工难度，便于组装以及便于使用不同耐高温等级的材料，把支持架2分割为圆槽体部分2a、圆筒体部分2b二个部件进行制作，再把圆槽体部分2a与圆筒体部分2b采用螺纹连接进行组合，分割后进行连接的部位见图1中的虚线所示，其中，圆筒体部分2b选用耐高温非金属材料制作，圆槽体部分2a选用普通的金属材料或非金属材料制作。

上述实施例在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，应用时，先装配引弧熔丝4，使引弧熔丝4的头端与第二电极5的空间距离为5-30mm，把180-600V的等离子体工作电源连接到第一电气接口10，把10000V以上的高压电源连接到第二电气接口11，第三电气接口14为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口；然后把工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气通过介质输入接口Ⅴ输入到环形气室Ⅵ中，再通过电离通道Ⅹ进入到等离子体发生室Ⅲ中，10000V以上的高压电源使电离通道Ⅹ中进行气流隔离方式的放电，工业有害气体或水蒸气或其他气源的工作气被电离而增加活性，同时使引弧熔丝4的头端与第二电极5之间进行放电，在引弧熔丝4的头端与第二电极5的头端之间形成初始电弧，引弧熔丝4的头端被熔蚀至第一电极3的凹槽3-1中，从而把电弧引到第一电极3上，在第一电极3与第二电极5之间的等离子体发生室Ⅲ内形成高温等离子体电弧；在经过电离通道Ⅹ被电离活化的工业有害气体再在等离子体发生室Ⅲ内的高温等离子体电弧的作用下，其有害气体的分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质，处理后的目标产物从支持架2壁体上的产物出口Ⅱ输出；或水蒸气通过电离活化后，再经高温等离子体电弧分解为氢、氧活性化学物作为气化剂利用，使固体有机废物气化为有用的化学原料气。

Claims (8)

1.一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，包括第一电极（3）、第二电极（5）、第三电极（6）和电极架（9），其特征是第一电极（3）为圆盘体结构，圆盘体的中心有贯通的圆孔，其贯通圆孔的右端有扩口的凹槽（3-1）；支持架（2）的左侧部分为圆槽体结构，支持架（2）的右侧部分为圆筒体结构，左侧部分的圆槽体内空间与右侧部分的圆筒体内空间相通，在支持架（2）的左端壁体中心有通孔，在支持架（2）左侧的圆槽口有安装台阶（2-1），第一电极（3）安装在安装台阶（2-1）上；支持架（2）的圆筒体右端连接到第三电极（6）上，第三电极（6）通过绝缘连接件（8）连接到电极架（9）上，第二电极（5）安装在电极架（9）上，第三电极（6）为圆环体结构，第二电极（5）为圆棒体结构，第二电极（5）的圆棒体从第三电极（6）的圆环体内空间中穿过，第二电极（5）的头端伸入到支持架（2）的圆筒体内空间中，第二电极（5）的棒体与第三电极（6）的圆环壁体之间的空间构成电离通道（Ⅹ），支持架（2）的圆筒内空间构成等离子体发生室（Ⅲ），等离子体发生室（Ⅲ）有产物出口（Ⅱ）接出；在第一电极（3）圆盘体中心的圆孔与支持架（2）左端壁体中心的通孔之间有穿心牵紧杆（1）进行紧密连接，穿心牵紧杆（1）的内空间构成引弧熔丝的过孔。

2.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是穿心牵紧杆（1）的空心入口构成熔丝安装口（1-4），熔丝安装口（1-4）的壁体上有紧固螺孔（1-5），穿心牵紧杆（1）的内空间与第一电极（3）的凹槽（3-1）进行贯通相连。

3.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是支持架（2）左侧部分的圆槽体内空间构成环形冷却室（Ⅻ），环形冷却室（Ⅻ）有冷却剂进口（Ⅺ）接入和冷却剂出口（Ⅰ）接出；在第一电极（3）的左侧有冷却环槽（3-2），冷却环槽（3-2）与环形冷却室（Ⅻ）相通。

4.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是产物出口（Ⅱ）设置在支持架（2）的壁体上。

5.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是在支持架（2）左端壁体中心的通孔中有密封槽（2-2）。

6.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是绝缘连接件（8）为圆环体结构，绝缘连接件（8）的圆环内空间构成环形气室（Ⅵ），在绝缘连接件（8）的壁体上有介质输入接口（Ⅴ）接入到环形气室（Ⅵ），环形气室（Ⅵ）通过电离通道（Ⅹ）连通到支持架（2）内的等离子体发生室（Ⅲ）。

7.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是电极架（9）为中空回转体结构，在电极架（9）上有安装螺口（9-3）和连接螺口（9-2），安装螺口（9-3）用于安装第二电极（5），连接螺口（9-2）连接到绝缘连接件（8）上，在中空回转体内有导流管（9-1），第二电极（5）的圆棒体结构内有冷却腔（Ⅳ），导流管（9-1）伸入到冷却腔（Ⅳ）中，导流管（9-1）的外围空间构成冷却剂回流通道（Ⅷ），导流管（9-1）有冷却液进口（Ⅸ）接入，冷却剂回流通道（Ⅷ）有冷却液出口（Ⅶ）接出。

8.根据权利要求1所述的一种利用熔丝引弧的等离子体热解装置，其特征是在电极架（9）的壁体上有第一电气接口（10）接入，第一电气接口（10）连通到第二电极（5）；在第三电极（6）的壁体上有第二电气接口（11）接入；在穿心牵紧杆（1）的左端有第三电气接口（14）接入，第三电气接口（14）连通到第一电极（3）。