CN102851083B

CN102851083B - 等离子体气化喷枪

Info

Publication number: CN102851083B
Application number: CN 201210336461
Authority: CN
Inventors: 周开根
Original assignee: QUZHOU CITY GUANGYUAN HOUSEHOLD GARBAGE TECHNOLOGY INSTITUTE
Current assignee: QUZHOU CITY GUANGYUAN HOUSEHOLD GARBAGE TECHNOLOGY INSTITUTE
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102851083A

Abstract

一种等离子体气化喷枪，涉及到一种等离子体气化设备。喷枪主要由后座、中枪体、绝缘连接件、前枪体、第一电极和第三电极组成，其中，中枪体的构造内有压缩喷口、第一气化腔、压缩通道和冷却水套a，绝缘连接件的内空间构成第二气化腔，第一电极由后座伸入到中枪体的入口空间内，压缩喷口处的金属壁体形成第二电极，第三电极设置在第二气化腔之中，第三电极的头部伸入到压缩通道的空间中，压缩通道处的金属壁体形成第四电极。工作时，在第一气化腔内和第二气化腔内分别有等离子体电弧生成，水蒸汽快速分解为H^*、O^*、H₂ ^*、HO^*、O₂ ^*、H₂O^*活性化学物并且和气化原料进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。

Description

等离子体气化喷枪

技术领域

本发明涉及气化设备，特别是涉及到一种等离子体气化设备。

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、垃圾焚烧和废物处理等。近几年来，利用等离子体处理危险有害的废弃物和生活垃圾的技术发展很快，等离子体的处理方式和一般的焚烧方式大不一样，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，因此，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏5万度以上，火炬边缘温度也可达到3千度以上，被处理的物质受到高温等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质。

当前，常规煤气化装置中使用的气化剂为水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气，在气化炉工作时，直接把水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气送入气化炉，使水蒸汽与炭发生造气反应生成合成气，其反应为吸热反应，需要由空气或氧气与炭发生氧化反应为其提供热量，这种气化方式的气化率仅为70%左右，这将增加煤炭资源消耗，同时，合成气中产生大量的二氧化碳废气，不仅影响到合成气的品质，而且使后级生产中排放大量的温室气体。如把煤粉或水煤浆通过等离子体喷枪进行煤气化反应，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，并且不需建造气化炉，可以大幅降低投资费用。

我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。然而，我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。如把生物质通过等离子体气化装置转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖。

生活垃圾由于热值低，化学成分中的固定炭含量少，如用常规的水蒸汽、空气或氧气作气化剂来气化生活垃圾，水蒸汽与炭反应生成合成气所进行的是吸热反应，将会消耗气化炉的热量，气化炉需要输入空气或氧气，并且消耗燃料，使得合成气中废气含量高，所得到的合成气中有用成分相当低，几乎是废气。如把生活垃圾通过分选、干燥处理、制粉等工序制成粉料，然后把有机垃圾的粉料通过等离子体喷枪来进行气化，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，实现无污染处理生活垃圾，同时把垃圾废物转化为人类需要的化工原料。

发明内容

本发明的目的是设计制造一种能把包括煤粉、有机垃圾粉料、生物质粉料在气化装置内完成气化反应的等离子体气化喷枪，替代气化炉进行煤气化生产、生活垃圾气化生产和生物质气化生产，普及应用后，大幅降低投资费用，并且克服常规技术存在的气化率低、煤炭资源消耗量大、排放的温室气体多及生产的合成气品质不高的缺点。

本发明的第一种等离子体气化喷枪，主要由后座（2）、中枪体（3）、绝缘连接件（5）、前枪体（6）、第一电极（1）和第三电极（4）组成，后座（2）连接在中枪体（3）的入口端，中枪体（3）的出口端通过绝缘连接件（5）连接在前枪体（6）上，第一电极（1）由后座伸入到中枪体（3）的入口空间内，第三电极（4）连接在前枪体（6）上，其中：后座（2）为圆柱体结构，后座（2）的中心上有通孔，后座（2）的中心通孔轴线与后座（2）的轴线重合；中枪体（3）的构造内有压缩喷口（X）、第一气化腔（I）、压缩通道（II）和冷却水套a（IX），第一气化腔（I）的空间呈圆柱体结构，压缩喷口（X）为第一气化腔（I）的入口，压缩通道（II）为第一气化腔（I）的出口，冷却水套a（IX）在压缩喷口（X）、第一气化腔（I）和压缩通道（II）的外围，中枪体（3）的入口在压缩喷口（X）端，中枪体（3）的出口与压缩通道（II）重合，在中枪体（3）入口处的壁体上有工作气输入接口（3-10）和原料输入接口（3-2），工作气输入接口（3-10）在原料输入接口（3-2）之后,工作气输入接口（3-10）和原料输入接口（3-2）通过压缩喷口（X）连通到第一气化腔（I）；绝缘连接件（5）为圆筒体结构，绝缘连接件（5）的内空间构成第二气化腔（III），第二气化腔（III）通过压缩通道（II）连通到第一气化腔（I）；前枪体（6）为圆环体结构，圆环体的环内壁体上连接有电极基座（6-5），电极基座（6-5）呈圆柱体结构，电极基座（6-5）的轴线与圆环体的环心轴线重合，圆环体的环内壁体和电极基座（6-5）之间的空间构成产物出口（V），产物出口（V）和第二气化腔（III）的出口重合；第一电极（1）为圆棒体结构，第一电极（1）的基座连接在后座（2）的后端上，第一电极（1）的圆棒体通过后座（2）的轴心通孔伸入到中枪体（3）的入口空间内，第一电极（1）的头部和中枪体（3）入口处壁体之间的空隙构成工作气通道，第一电极（1）的头端接近压缩喷口（X），第一电极（1）的头端与压缩喷口（X）的金属壁体之间有放电空间，压缩喷口（X）处的金属壁体形成第二电极，第二电极上有环形放电面a（10）；第三电极（4）为圆棒体结构，第三电极（4）的后端连接在前枪体的电极基座（6-5）上，第三电极（4）的圆棒体设置在第二气化腔（III）之中，第三电极（4）的头部伸入到压缩通道（II）的空间中，第三电极（4）与压缩通道（II）的金属壁体之间有放电空间，压缩通道（II）的金属壁体形成第四电极，第四电极上有环形放电面b（9）；工作时，在第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（I）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和环形放电面a（10）上，第二气化腔（III）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和环形放电面b（9）上。

本发明中，在中枪体（3）入口处的壁体上有环形气腔（XIII），环形气腔（XIII）有工作气喷口（XII）以切向方式连通到中枪体（3）的入口内，所述的工作气喷口（XII）为至少2只；工作气输入接口（3-10）通过环形气腔（XIII）和工作气喷口（XII）连通到中枪体（3）的入口内，原料输入接口（3-2）直接连通到中枪体（3）的入口内。

本发明中，前枪体（6）的结构内有环形冷却腔（Ⅳ），前枪体（6）上的电极基座（6-5）内有冷却剂通道c（VIII），前枪体（6）的环形冷却腔（Ⅳ）向内有冷却剂通道a（VI）连通到冷却剂通道c（VIII），环形冷却腔（Ⅳ）向外有冷却剂接口g（6-1）接出。

本发明中，在第一电极（1）的头端或第三电极（4）的头端设置气化剂喷嘴；第一电极（1）为圆棒实体或圆棒空心结构，当第一电极（1）为圆棒空心结构时，在第一电极（1）内有气化剂/冷却剂通道d（XV），当气化剂喷嘴设置在第一电极（1）的头端时，气化剂/冷却剂通道d（XV）作为气化剂通道；第三电极（4）为圆棒实体或圆棒空心结构，当第三电极（4）为圆棒空心结构时，在第三电极（4）内有冷却腔（XXVII），当气化剂喷嘴设置在第三电极（4）的头端时，冷却腔（XXVII）兼作气化剂通道。

本发明中，当气化剂喷嘴不设置在第一电极（1）的头端时，在第一电极（1）内有导流管a（1-7），导流管a（1-7）内有冷却剂通道m（XXIV），导流管a（1-7）外壁与第一电极（1）的圆棒空心内壁之间的空隙构成冷却剂通道d（XV）；当气化剂喷嘴不设置在第三电极（4）的头端时，电极基座（6-5）内有导流管b（6-3），导流管b（6-3）伸入到第三电极（4）内的冷却腔（XXVII）中，导流管b（6-3）内有冷却剂通道b（VII），导流管b（6-3）的外壁与第三电极的基座（6-5）壁体之间的空隙构成冷却剂通道c（VIII）。

本发明中，压缩喷口（X）的进口处有逐渐收窄的压缩角（a＇），压缩角（a＇）的压缩角度为60°～90°,压缩喷口（X）在第一气化腔（I）内的扩散角为120°～180°；第一气化腔（I）至压缩通道（II）呈逐渐收窄的结构，收窄角度为75°～180°。

本发明中，在绝缘连接件（5）的筒体内有绝热内衬（7），在绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。

本发明的包含上述部件的第二种等离子体气化喷枪，其特征是第三电极（4）的后部设置在第二气化腔（III）内，第三电极（4）的前部通过压缩通道（II）伸入到第一气化腔（I）内并接近压缩喷口（X），第三电极（4）的头端与设置在压缩喷口（X）另一侧的第一电极（1）头端之间有放电空间，压缩喷口（X）的金属壁体形成辅助电极；工作时，第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（I）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和第三电极（4）的头端上，第二气化腔（III）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和环形放电面b（9）上。

上述发明中，压缩喷口（X）的金属壁体与压缩通道（II）的金属壁体之间用绝缘部件隔开，具体实施时，绝缘部件采用圆筒体结构或套环结构或垫片结构；冷却水套a（IX）在压缩喷口（X）的外围，压缩通道（II）的外围有冷却水套b（XIX）。

上述发明中，在第一气化腔（I）内有绝热衬套（12），在第一气化腔（I）的壁体外侧有压缩线圈b（13）；在第二气化腔（III）内有绝热内衬（7），在第二气化腔（III）的绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。

上述的发明中，所述的放电空间定义为能使两电极之间通过引弧形成电弧的距离空间，考虑到工作气流的干涉影响，在等离子体喷枪内两电极之间的距离按小于6kv/mm进行计算确定，具体实施时，在确定工作气压力的情况下，按引弧电源和工作电源的电压来设计两电极之间的距离，或者按确定的两电极之间的距离来设计引弧电源和工作电源的电压。

上述的发明中，在第一气化腔（I）的壁体外侧有压缩线圈b（13）和在绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）的作用是，使第一气化腔（I）内的电弧和第二气化腔（III）内的的电弧向中心压缩，以增加电弧中心的温度及延长绝热材料的使用寿命。

上述的发明中，后座（2）、中枪体（3）、绝缘圆筒体、绝缘连接件（5）和前枪体（6）之间的连接采用螺纹连接方式或法兰连接方式。

上述的发明中：后座（2）、绝缘圆筒体和绝缘连接件（5）选用非金属绝缘材料，所述的非金属材料包括胶木、陶瓷、石英玻璃；中枪体（3）和前枪体（6）选用一般常用金属材料，所述的一般常用金属材料包括碳钢、球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黃铜、紫铜；环形放电面a（10）和环形放电面b（9）选用难熔金属材料，所述的难熔金属材料包括钨、钽、钼、铌的合金材料；第一电极（1）除头部外、导流管a（1-7）和导流管b（6-3）选用一般常用金属材料，第一电极（1）的头部和第三电极（4）选用难熔金属材料；绝热内衬（7）和绝热衬套（12）选用氧化锆纤维或氧化铝纤维材料。中枪体（3）和前枪体（6）部件，由于车床加工不能全部到位，采用溶模铸造工艺制造毛坯，然后通过精加工完成，或采用分解加工进行组合的方式制造。

上述的第一种发明中，电气连接在第一电极（1）和前枪体（6）上，其中，第一电极（1）连接在直流供电电源的正极或负极其中的一极，前枪体（6）连接在直流供电电源的另一极。上述的第二种发明中，电气连接在第一电极（1）和第四电极相连的壁体上，其中，第一电极（1）连接在直流供电电源的正极或负极其中的一极，第四电极相连的壁体连接在直流供电电源的另一极。在第一电极（1）的基座上设置电源接口方式或使用抱箍方式作为电气连接件；在中枪体的第四电极相连壁体上或在前枪体（6）的外壁上设置电源接口方式或使用抱箍方式作为电气连接件。

上述发明的各部件的冷却回路采用并联方式或串联方式连接到冷却系统的管网上。

上述的等离子体气化喷枪安装在锅炉或合成气收集设备上使用，采用法兰安装或底座螺栓安装或抱箍安装方式，当采用法兰安装方式时，在前枪体（6）前部的外壳上设置法兰盘及在服务设备上设置配对的法兰盘；当采用底座螺栓安装方式时，在中枪体（3）的外壳上设置底座。

上述的等离子体气化喷枪工作时，采用氢气、天然气、合成气其中的一种为工作气体，采用水蒸汽或水为气化剂，采用煤粉、有机质垃圾粉料或生物质粉料其中的一种或几种为气化原料，具体实施时，工作气的供气压力为0.5～1MPa。工作时，在第一电极（1）的头端上、环形放电面a（10）之间及在第三电极（4）、环形放电面b（9）之间分别形成电弧，工作气的气流作用使得第一电极（1）头端上和环形放电面a（10）之间的电弧通过压缩喷口（X）进入到第一气化腔（I）内，第三电极（4）和环形放电面b（9）之间电弧通过压缩通道（II）进入到第二气化腔（III）内，使得第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内形成高温等离子体电弧，这时，工作气携气化原料通过压缩喷口（X）进入第一气化腔（I）内，在高温环境和强电场环境中，水蒸汽快速分解为H^*、O^*、H₂ ^*、HO^*、O₂ ^*、H₂O^*活性化学物，并且和气化原料快速进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气，其反应式为：

C(s)+4H^*=CH₄

C(s)+O^*=CO

C(s)+2H₂ ^*=CH₄

CH₄+H₂O^*=CO+3H₂

2C(s)+2HO^*=2CO+H₂

C(s)+O₂ ^*=CO₂

2C(s)+O₂ ^*=2CO

C(s)+CO₂=2CO

在第一气化腔（I）内生成富氢合成气中，再通过压缩通道（II）进入到第二气化腔（III）内，其中残余的未气化物质继续完成气化，使气化原料在等离子体气化喷枪内完全转化为富氢合成气。等离子体气化喷枪内生成的富氢合成气可直接作为气体燃料利用，实现增值燃烧和清洁燃烧，克服浪费资源和污染环境的缺点；或者把富氢合成气通过净化处理后作为化工原料利用，用来生产甲醇、二甲醚或合成氨。

本发明的有益效果是：用等离子体气化喷枪进行煤气化生产、生活垃圾气化生产和生物质气化生产，使生产线的建设费用大幅降低，并且克服了常规技术存在的气化率低、煤炭资源消耗量大的缺点；作为生活垃圾和生物质的气化措施，把生活垃圾或生物质转化为高品质的合成气，符合生产甲醇或二甲醚的原料气要求，为实现生活垃圾零排放、无污染、资源化处置提供支持。

附图说明

图1是本发明的一种等离子体气化喷枪结构图；

图2是本发明的另一种等离子体气化喷枪结构图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是图1的B-B剖面图；

图5是图2的C-C剖面图；

图6是图2的D-D剖面图；

图7是图1的第一电极头放大图；

图8是图7的E-E剖面图。

图中：1.第一电极，1-1.第一电极的基座，1-2.第一电极的圆棒体，1-3.第一电极的电极头，1-3＇.第一电极的另一种电极头，1-4.第一电极的电源接口，1-5.冷却剂接口a，1-6.冷却剂接口b，1-7.导流管a；2.后座；3.中枪体，3-1.中枪体的过渡件，3-2.原料输入接口，3-3.冷却水套a的外壳，3-4.冷却剂接口c，3-5.中枪体的内喷嘴，3-6.第二电极，3-7.冷却水套a的内套，3-8.第四电极，3-9.冷却剂接口d，3-10.工作气输入接口，3-11.绝缘筒体，3-12.冷却剂接口e，3-13.冷却水套b的外壳，3-14.冷却剂接口f，3-15.冷却肋片，3-16.气化剂喷嘴；4.第三电极，4＇.另一种的第三电极；5.绝缘连接件；6.前枪体，6-1.气化剂/冷却剂接口g，6-2.前枪体主件，6-3.导流管b，6-4.冷却剂接口h，6-5.电极基座；7.绝热内衬；8.压缩线圈a；9.环形放电面b；10.环形放电面a；11.密封圈a；12.绝热衬套；13.压缩线圈b；14.密封圈b；15.密封圈c；I.第一气化腔，II.压缩通道，III.第二气化腔，Ⅳ.环形冷却腔，V.产物出口，VI.气化剂/冷却剂通道a，VII.冷却剂通道b，VIII.气化剂/冷却剂通道c，IX.冷却水套a，X.压缩喷口，XI.中枪体的入口，XII..工作气喷口，XIII.环形气腔，XIV.气室，XV.气化剂/冷却剂通道d，XVI.冷却剂通道e，XVII.冷却剂通道f，XVIII.冷却剂通道g，XIX.冷却水套b，XX.冷却剂通道h，XXI.冷却剂通道j，XXII.冷却剂通道k，XXIII.冷却剂环道，XXIV.冷却剂通道m，XXV.冷却剂通道n,XXVI.第一电极头的冷却腔,XXVII.第三电极的冷却腔；a＇.压缩角。

具体实施方式

实施例1图1所示的实施方式是本发明的第一种等离子体气化喷枪，主要由后座（2）、中枪体（3）、绝缘连接件（5）、前枪体（6）、第一电极（1）和第三电极（4）组成，后座（2）连接在中枪体（3）的入口端，中枪体（3）的出口端通过绝缘连接件（5）连接在前枪体（6）上。其中：后座（2）为圆柱体结构，选用胶木材料制造，后座（2）的中心上有通孔，后座（2）的中心通孔轴线与后座（2）的轴线重合；中枪体（3）采用分体零件组合的加工方案，中枪体（3）由过渡件（3-1）、冷却水套a的外壳（3-3）、内喷嘴（3-5）、第二电极（3-6）、冷却水套a的内套（3-7）和第四电极（3-8）组合而成，第二电极（3-6）和第四电极（3-8）选用铈钨合金材料制造，内喷嘴（3-5）选用紫铜材料制造，其余部件选用不锈钢材料制造，中枪体（3）的构造内有压缩喷口（X）、第一气化腔（I）、压缩通道（II）和冷却水套a（IX），第一气化腔（I）的空间呈圆柱体结构，压缩喷口（X）为第一气化腔（I）的入口，压缩通道（II）为第一气化腔（I）的出口，冷却水套a（IX）在压缩喷口（X）、第一气化腔（I）和压缩通道（II）的外围，冷却水套a（IX）有冷却剂接口c（3-4）和冷却剂接口d（3-9）接出，中枪体（3）的入口在压缩喷口（X）端，中枪体（3）的出口与压缩通道（II）重合，在中枪体（3）的过渡件（3-1）壁体上有工作气输入接口（3-10）、环形气腔（XIII）和原料输入接口（3-2），工作气输入接口（3-10）和环形气腔（XIII）在原料输入接口（3-2）之后，工作气输入接口（3-10）连通到环形气腔（XIII），环形气腔（XIII）有4只工作气喷口（XII）以切向方式连通到中枪体（3）的入口内，原料输入接口（3-2）直接连通到中枪体（3）的入口内，中枪体（3）的入口通过压缩喷口（X）连通到第一气化腔（I）；绝缘连接件（5）为圆筒体结构，选用氧化铝陶瓷材料制造，绝缘连接件（5）的内空间构成第二气化腔（III），第二气化腔（III）通过压缩通道（II）连通到第一气化腔（I）；前枪体（6）选用不锈钢材料制造，前枪体（6）为圆环体结构，圆环体的环内壁体上连接有电极基座（6-5），电极基座（6-5）呈圆柱体结构，电极基座（6-5）内有冷却剂通道c（VIII），电极基座（6-5）的轴线与圆环体的环心轴线重合，圆环体的环内壁体和电极基座（6-5）之间的空间构成产物出口（V），产物出口（V）和第二气化腔（III）的出口重合，前枪体（6）的圆环体内有环形冷却腔（Ⅳ），环形冷却腔（Ⅳ）向内有冷却剂通道a（VI）连通到冷却剂通道c（VIII），环形冷却腔（Ⅳ）向外有冷却剂接口g（6-1）接出；第一电极（1）由基座（1-1）、圆棒体（1-2）和电极头（1-3）组成，基座（1-1）和圆棒体（1-2）采用不锈钢材料制造，电极头（1-3）采用纯钨材料制造，圆棒体（1-2）内有气化剂通道（XV），气化剂通道（XV）有气化剂接口a（1-5）接入，电极头（1-3）内有冷却肋片（3-15），电极头（1-3）的头端中心有气化剂喷嘴（3-16），气化剂通道（XV）通过冷却肋片（3-15）的空隙连通到气化剂喷嘴（3-16），第一电极（1）的基座连接在后座（2）的后端上，第一电极（1）的圆棒体通过后座（2）的轴心通孔伸入到中枪体（3）的入口空间内，第一电极（1）的头部和中枪体（3）入口处壁体之间的空隙构成工作气通道，第一电极（1）的头端接近压缩喷口（X），第一电极（1）的头端与压缩喷口（X）的金属壁体之间有放电空间，第二电极（3-6）嵌入到压缩喷口（X）的壁体中，第二电极（3-6）上有环形放电面a（10）；第三电极（4）选用纯钨材料制造，第三电极（4）为圆棒空心结构，第三电极（4）的后端连接在前枪体的电极基座（6-5）上，第三电极（4）的圆棒体设置在第二气化腔（III）之中，第三电极（4）的头部伸入到压缩通道（II）的空间中，第三电极（4）与压缩通道（II）的金属壁体之间有放电空间，第四电极（3-8）嵌入到压缩通道（II）的壁体中，第四电极（3-8）上有环形放电面b（9）。本实施例中，前枪体（6）的电极基座（6-5）内有导流管b（6-3），导流管b（6-3）伸入到第三电极（4）内的冷却腔（XXVII）中，导流管b（6-3）内有冷却剂通道b（VII），冷却剂通道b（VII）有冷却剂接口h（6-4）接入，导流管b（6-3）的外壁与第三电极的基座（6-5）壁体之间的空隙构成冷却剂通道c（VIII）；在绝缘连接件（5）的筒体内有绝热内衬（7），在绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。本实施例中，压缩喷口（X）的进口处有逐渐收窄的压缩角（a＇），压缩角（a＇）的压缩角度为60°,压缩喷口（X）在第一气化腔（I）内的扩散角为180°；第一气化腔（I）至压缩通道（II）呈逐渐收窄的结构，收窄角度为90°。本实施例在应用时，冷却剂接口c（3-4）和冷却剂接口d（3-9）为一组连通到冷却系统的管网，冷却剂接口g（6-1）和冷却剂接口h（6-4）为一组连通到冷却系统的管网；气化剂接口a（1-5）连通到蒸汽管网；原料输入接口（3-2）连接到料仓；工作气输入接口（3-10）连接到贮气罐；第一电极（1）连接在直流供电电源的负极，前枪体（6）连接在直流供电电源的正极。本实施例用煤粉为气化原料，煤粉的粒径小于70μm；采用氢气为等离子体气化喷枪的工作气，工作气的供气压力为0.7MPa；采用水蒸汽为气化剂，水蒸汽压力为0.5MPa。本实施例在工作时，在第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（I）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和环形放电面a（10）上，第二气化腔（III）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和环形放电面b（9）上，第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内形成高温环境和电场活化环境，提供给煤粉气化所需的能量，煤粉和水蒸汽完成气化反应生成的富氢合成气由产物出口（V）喷出；从产物出口（V）喷出的富氢合成气通过降温后，再进行除尘净化处理，送入后续生产线，用来生产甲醇或二甲醚或合成氨。

实施例2图2所示的实施方式是包含上述第1实施例的部件的第二种等离子体气化喷枪，本实施例与上述第一实施例的不同之处在于：第三电极（4）的后部设置在第二气化腔（III）内，第三电极（4）的前部通过压缩通道（II）伸入到第一气化腔（I）内并接近压缩喷口（X），第三电极（4）的头端与设置在压缩喷口（X）另一侧的第一电极（1）头端之间有放电空间，压缩喷口（X）的金属壁体形成辅助电极；压缩喷口（X）的金属壁体与压缩通道（II）的金属壁体之间用绝缘筒体（3-11）隔开；冷却水套a（IX）在压缩喷口（X）的外围，压缩通道（II）的外围有冷却水套b（XIX）；在第一气化腔（I）内有绝热衬套（12），在第一气化腔（I）的壁体外侧有压缩线圈b（13）；在第二气化腔（III）内有绝热内衬（7），在第二气化腔（III）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。本实施例中，前枪体（6）的环形冷却腔（Ⅳ）同时作为气化剂通道，电极基座（6-5）内的气化剂/冷却剂通道c（VIII）作为气化剂通道，气化剂/冷却剂接口g（6-1）作为气化剂输入接口，第三电极（4）内的冷却腔（XXVII）兼作气化剂通道。本实施例用另一种的第三电极（4＇）替代第三电极（4），在另一种的第三电极（4＇）内有冷却肋片，另一种的第三电极（4＇）的电极头端中心有气化剂喷嘴，冷却腔（XXVII）通过冷却肋片的空隙连通到气化剂喷嘴；用另一种电极头（1-3＇）替代第一电极的电极头（1-3），在第一电极（1）内有导流管a（1-7），导流管a（1-7）内有冷却剂通道m（XXIV），导流管a（1-7）外壁与第一电极（1）的圆棒空心内壁之间的空隙构成冷却剂通道d（XV），导流管a（1-7）内的冷却剂通道m（XXIV）有冷却剂接口a（1-5）接入，在第一电极的基座（1-1）内有冷却剂环道（XXIII）、冷却剂通道n（XXV）、冷却剂通道e（XVI）、冷却剂通道k（XXII），冷却剂环道（XXIII）连通到冷却剂通道d（XV），冷却剂环道（XXIII）同时与冷却剂通道n（XXV）连通，冷却剂通道n（XXV）与冷却剂通道e（XVI）连通。本实施例中，在冷却水套b（XIX）有冷却剂接口e（3-12）和冷却剂接口f（3-14）；中枪体（3）的过渡件（3-1）壁体上有冷却剂通道g（XVIII）和冷却剂通道h（XX）；后座（2）的体内有冷却剂通道f（XVII）和冷却剂通道j（XXI）。本实施例的第一电极（1）、后座（2）和冷却水套a（IX）之间的冷却回路采用串联方式连接到冷却系统的管网，连接方式为：冷却系统的供水管道连接到冷却剂接口a（1-5），冷却剂接口a（1-5）依次通过冷却剂通道m（XXIV）、冷却剂通道d（XV）、冷却剂环道（XXIII）、冷却剂通道n（XXV）、冷却剂通道f（XVII）和冷却剂通道g（XVIII）连通到冷却水套a（IX），冷却水套a（IX）又依次通过冷却剂通道h（XX）、冷却剂通道j（XXI）、冷却剂通道k（XXII）和冷却剂接口b（1-6）连通到冷却系统的回水管道；冷却剂接口e（3-12）和冷却剂接口f（3-14）连接到冷却系统的管网；蒸汽供汽管道连接到气化剂/冷却剂接口g（6-1）,气化剂/冷却剂接口g（6-1）连通到环形冷却腔（Ⅳ），环形冷却腔（Ⅳ）通过气化剂/冷却剂通道a（VI）连通到气化剂/冷却剂通道c（VII），气化剂/冷却剂通道c（VIII）连通到第三电极（4＇）的冷却腔（XXVII），冷却腔（XXVII）通过第三电极（4＇）头端的气化剂喷嘴连通到第一气化腔（I）。本实施例中，第一电极（1）连接在直流供电电源的负极，第四电极（3-8）相连的金属壁体连接在直流供电电源的正极。本实施例工作时，第一气化腔（I）内和第二气化腔（III）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（I）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和第三电极（4）的头端上，第二气化腔（III）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和第四电极（3-8）的环形放电面b（9）上。本实施例的应用如第1实施例所述。

Claims

1.一种等离子体气化喷枪，其特征是喷枪主要由后座（2）、中枪体（3）、绝缘连接件（5）、前枪体（6）、第一电极（1）和第三电极（4）组成，后座（2）连接在中枪体（3）的入口端，中枪体（3）的出口端通过绝缘连接件（5）连接在前枪体（6）上，第一电极（1）由后座伸入到中枪体（3）的入口空间内，第三电极（4）连接在前枪体（6）上，其中：

后座（2）为圆柱体结构，后座（2）的中心上有通孔，后座（2）的中心通孔轴线与后座（2）的轴线重合；

中枪体（3）的构造内有压缩喷口（Ⅹ）、第一气化腔（Ⅰ）、压缩通道（Ⅱ）和冷却水套a（Ⅸ），第一气化腔（Ⅰ）的空间呈圆柱体结构，压缩喷口（Ⅹ）为第一气化腔（Ⅰ）的入口，压缩通道（Ⅱ）为第一气化腔（Ⅰ）的出口，冷却水套a（Ⅸ）在压缩喷口（Ⅹ）、第一气化腔（Ⅰ）和压缩通道（Ⅱ）的外围，中枪体（3）的入口在压缩喷口（Ⅹ）端，中枪体（3）的出口与压缩通道（Ⅱ）重合，在中枪体（3）入口处的壁体上有工作气输入接口（3-10）和原料输入接口（3-2），工作气输入接口（3-10）在原料输入接口（3-2）之后, 工作气输入接口（3-10）和原料输入接口（3-2）通过压缩喷口（Ⅹ）连通到第一气化腔（Ⅰ）；

绝缘连接件（5）为圆筒体结构，绝缘连接件（5）的内空间构成第二气化腔（Ⅲ），第二气化腔（Ⅲ）通过压缩通道（Ⅱ）连通到第一气化腔（Ⅰ）；

前枪体（6）为圆环体结构，圆环体的环内壁体上连接有电极基座（6-5），电极基座（6-5）呈圆柱体结构，电极基座（6-5）的轴线与圆环体的环心轴线重合，圆环体的环内壁体和电极基座（6-5）之间的空间构成产物出口（Ⅴ），产物出口（Ⅴ）和第二气化腔（Ⅲ）的出口重合；

第一电极（1）为圆棒体结构，第一电极（1）的基座连接在后座（2）的后端上，第一电极（1）的圆棒体通过后座（2）的轴心通孔伸入到中枪体（3）的入口空间内，第一电极（1）的头部和中枪体（3）入口处壁体之间的空隙构成工作气通道，第一电极（1）的头端接近压缩喷口（Ⅹ），第一电极（1）的头端与压缩喷口（Ⅹ）的金属壁体之间有放电空间，压缩喷口（Ⅹ）处的金属壁体形成第二电极，第二电极上有环形放电面a（10）；

第三电极（4）为圆棒体结构，第三电极（4）的后端连接在前枪体的电极基座（6-5）上，第三电极（4）的圆棒体设置在第二气化腔（Ⅲ）之中，第三电极（4）的头部伸入到压缩通道（Ⅱ）的空间中，第三电极（4）与压缩通道（Ⅱ）的金属壁体之间有放电空间，压缩通道（Ⅱ）的金属壁体形成第四电极，第四电极上有环形放电面b（9）；

在第一电极（1）的头端或在第三电极（4）的头端设置气化剂喷嘴；

工作时，在第一气化腔（Ⅰ）内和第二气化腔（Ⅲ）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（Ⅰ）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和环形放电面a（10）上，第二气化腔（Ⅲ）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和环形放电面b（9）上。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是在中枪体（3）入口处的壁体上有环形气腔（ⅩⅢ），环形气腔（ⅩⅢ）有工作气喷口（Ⅻ）以切向方式连通到中枪体（3）的入口内，所述的工作气喷口（Ⅻ）为至少2只；工作气输入接口（3-10）通过环形气腔（ⅩⅢ）和工作气喷口（Ⅻ）连通到中枪体（3）的入口内，原料输入接口（3-2）直接连通到中枪体（3）的入口内。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是前枪体（6）的结构内有环形冷却腔（Ⅳ），前枪体（6）上的电极基座（6-5）内有冷却剂通道c（Ⅷ），前枪体（6）的环形冷却腔（Ⅳ）向内有冷却剂通道a（Ⅵ）连通到冷却剂通道c（Ⅷ），环形冷却腔（Ⅳ）向外有冷却剂接口g（6-1）接出。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是压缩喷口（Ⅹ）的进口处有逐渐收窄的压缩角（a＇），压缩角（a＇）的压缩角度为60°～90°, 压缩喷口（Ⅹ）在第一气化腔（Ⅰ）内的扩散角为120°～180°；第一气化腔（Ⅰ）至压缩通道（Ⅱ）呈逐渐收窄的结构，收窄角度为75°～180°。

5.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是在绝缘连接件（5）的筒体内有绝热内衬（7），在绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。

6.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是第一电极（1）为圆棒实体或圆棒空心结构，当第一电极（1）为圆棒空心结构时,在第一电极（1）内有气化剂/冷却剂通道d（ⅩⅤ），当气化剂喷嘴设置在第一电极（1）的头端时，气化剂/冷却剂通道d（ⅩⅤ）作为气化剂通道；第三电极（4）为圆棒实体或圆棒空心结构，当第三电极（4）为圆棒空心结构时，在第三电极（4）内有冷却腔（ⅩⅩⅦ），当气化剂喷嘴设置在第三电极（4）的头端时，冷却腔（ⅩⅩⅦ）兼作气化剂通道。

7.根据权利要求6所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是当气化剂喷嘴不设置在第一电极（1）的头端时，在第一电极（1）内有导流管a（1-7），导流管a（1-7）内有冷却剂通道m（ⅩⅩⅣ），导流管a（1-7）外壁与第一电极（1）的圆棒空心内壁之间的空隙构成冷却剂通道d（ⅩⅤ）；当气化剂喷嘴不设置在第三电极（4）的头端时，电极基座（6-5）内有导流管b（6-3），导流管b（6-3）伸入到第三电极（4）内的冷却腔（ⅩⅩⅦ）中，导流管b（6-3）内有冷却剂通道b（Ⅶ），导流管b（6-3）的外壁与第三电极的基座（6-5）壁体之间的空隙构成冷却剂通道c（Ⅷ）。

8.根据权利要求1所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是第三电极（4）的后部设置在第二气化腔（Ⅲ）内，第三电极（4）的前部通过压缩通道（Ⅱ）伸入到第一气化腔（Ⅰ）内并接近压缩喷口（Ⅹ），第三电极（4）的头端与设置在压缩喷口（Ⅹ）另一侧的第一电极（1）头端之间有放电空间，压缩喷口（Ⅹ）的金属壁体形成辅助电极；工作时，第一气化腔（Ⅰ）内和第二气化腔（Ⅲ）内分别有等离子体电弧生成，第一气化腔（Ⅰ）内的等离子体电弧弧根分别在第一电极（1）的头端上和第三电极（4）的头端上，第二气化腔（Ⅲ）内的等离子体电弧弧根分别在第三电极（4）的棒体上和环形放电面b（9）上。

9.根据权利要求8所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是压缩喷口（Ⅹ）的金属壁体与压缩通道（Ⅱ）的金属壁体之间用绝缘部件隔开；冷却水套a（Ⅸ）在压缩喷口（Ⅹ）的外围，压缩通道（Ⅱ）的外围有冷却水套b（ⅩⅨ）。

10.根据权利要求8所述的一种等离子体气化喷枪，其特征是在第一气化腔（Ⅰ）内有绝热衬套（12），在第一气化腔（Ⅰ）的壁体外侧有压缩线圈b（13）；在第二气化腔（Ⅲ）内有绝热内衬（7），在第二气化腔（Ⅲ）的绝缘连接件（5）的筒体外侧有压缩线圈a（8）。