CN104902664B - 多级串联电弧等离子体喷枪 - Google Patents

Abstract

一种多级串联电弧等离子体喷枪，涉及等离子体设备，由阴极组件和多级阳极组件组成，阴极组件由第一绝缘枪架、阴极后座和阴极构成；多级阳极组件包括第一阳极组件和第二阳极组件，第一阳极组件由第二绝缘枪架和第一阳极构成，第二阳极组件由第三绝缘枪架和第二阳极构成；各组件依次进行串联连接，各绝缘枪架中的各冷却水连通孔进行相互连通；阴极的头端进入到第一阳极尾端的喇叭口空间中，第一阳极的头端进入到第二阳极尾端的喇叭口空间中；原料气室连通到第一放电区，工作气室连通到第二放电区。本发明在等离子体喷枪内产生多级高温等离子体电弧，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。

Description

多级串联电弧等离子体喷枪

技术领域

本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪。

背景技术

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。

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、氧和氢氧原子团，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。

等离子体喷枪的阴极和阳极喷嘴是易损件，需经常进行更换。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。

现有的等离子体喷枪多为单级电弧方式，存在分解不完全及加热效率不高的缺点。

发明内容

本发明的目的是要克服现有单级电弧等离子体喷枪存在分解不完全及加热效率不高的缺点，提供一种多级串联电弧等离子体喷枪，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，并且避免冷却水泄漏，使易损部件容易更换。

本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪，包括绝缘枪架、阴极和阳极，其特征是等离子体喷枪由阴极组件1和多级阳极组件组成，在阴极组件1和多级阳极组件中各有冷却水连通孔；阴极组件1由第一绝缘枪架1-1、阴极后座1-14和阴极1-6构成，第一绝缘枪架1-1中有集水室1-11和轴向通孔，阴极组件1的冷却水连通孔设置在第一绝缘枪架1-1的壁体中，阴极后座1-14安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，阴极后座1-14中有进水通道1-15和回水腔1-13，阴极1-6安装在阴极后座1-14的前端，阴极1-6的体内有冷却腔1-7，进水通道1-15通过阴极1-6体内的冷却腔1-7连通到回水腔1-13，进水通道1-15有冷却水输入接口1-16接入，回水腔1-13连通到集水室1-11，集水室1-11连通到第一绝缘枪架中的冷却水连通孔；所述的多级阳极组件包括第一阳极组件2和第二阳极组件3，第一阳极组件2由第二绝缘枪架2-1和第一阳极2-6构成，第二绝缘枪架2-1为中空的回转体结构，第一阳极组件2的冷却水连通孔设置在第二绝缘枪架2-1的壁体中，第一阳极2-6安装在第二绝缘枪架2-1的内空间中，第一阳极2-6为喷管结构，第一阳极2-6由后向前依次为喇叭口收窄段、直孔喉口段和喇叭形扩张段，所述的喇叭口收窄段构成第一放电区2-26，所述的直孔喉口段构成第一压缩孔道2-11，所述的喇叭形扩张段构成第一喷射腔2-10，第一阳极2-6的外壁与第二绝缘枪架2-1内壁之间的空间构成第一阳极的冷却水套2-17，第一阳极的冷却水套2-17连通到第二绝缘枪架中的冷却水连通孔；第二阳极组件3由第三绝缘枪架3-1和第二阳极3-8构成，第三绝缘枪架3-1为中空的回转体结构，第二阳极组件3的冷却水连通孔设置在第三绝缘枪架3-1的壁体中，第二阳极3-8安装在第三绝缘枪架3-1的内空间中，第二阳极3-8为喷管结构，第二阳极3-8由后向前依次为喇叭收窄段、直管喉口段和喇叭扩张段，所述的喇叭收窄段构成第二放电区3-18，所述的直管喉口段构成第二压缩孔道3-10，所述的喇叭扩张段构成第二喷射腔3-9，第二阳极3-8的外壁与第三绝缘枪架3-1内壁之间的空间构成第二阳极的冷却水套3-11，第二阳极的冷却水套3-11连通到第三绝缘枪架中的冷却水连通孔；阴极组件1、第一阳极组件2和第二阳极组件3依次进行串联连接，第一绝缘枪架1-1、第二绝缘枪架2-1和第三绝缘枪架3-1中的各冷却水连通孔进行相互连通；阴极1-6的头端进入到第一阳极2-6尾端的喇叭口空间中，第一阳极2-6的头端进入到第二阳极3-8尾端的喇叭口空间中；第一阳极组件2后端的内空间构成原料气室2-27，原料气室有原料气输入接口2-28接入，原料气室2-27连通到第一放电区2-26；第一阳极组件2前端的内空间或第二阳极组件3后端的内空间构成工作气室，工作气室有工作气输入口接入，工作气室连通到第二放电区3-18。

本发明中，所述的阳极组件为二级以上，各级阳极组件进行串联连接，后级阳极的头端进入到相邻前级阳极的尾端喇叭口空间中；前端的阳极组件中有冷却水输出，当阳极组件为二级时，第二阳极的冷却水套3-11有冷却水输出接口3-4接出；在阴极1-6头部的外围有旋转气槽1-20，原料气室2-27通过旋转气槽1-20连通到第一放电区2-26；在第一阳极2-6头部的外围有旋流气槽2-7，工作气室通过旋流气槽2-7连通到第二放电区3-18；阴极后座1-14以螺纹旋合方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中或以夹压方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，在阴极后座1-14的后端有锁紧螺母1-17；阴极组件1与阳极组件之间、各级阳极组件之间通过定位榫槽进行同轴定位；在第一阳极2-6头部的壁体中有环形冷却槽2-12，环形冷却槽2-12与第一阳极的冷却水套2-17相通；在第二阳极3-8头部的壁体中有冷却环槽3-7，冷却环槽3-7与第二阳极的冷却水套3-11相通；在各绝缘枪架的壁体中有串联孔，在串联孔中使用穿心螺杆5把各组件进行紧密连接；阴极后座1-14、阴极1-6与第一绝缘枪架1-1之间使用密封圈进行密封；各级阳极组件中的阳级与绝缘枪架之间使用密封环进行密封；各组件之间使用密封垫进行密封。

本发明适合热解水制氢、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，把冷却水输入接口1-16连接到冷却系统的供水管路上，把冷却水输出接口3-4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2-28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1-14连接到阴极1-6上，把等离子体工作电源的正极连接到前端阳极组件中的阳极上。当阳极组件为二级的等离子体喷枪工作时，冷却水通过冷却水输入接口1-16进入到阴极后座的进水通道1-15中，经导流管1-8前端的出水口对阴极1-6的冷却腔1-7壁体进行冲刷冷却，冷却水吸收了阴极1-6的热量后，进入到回水腔1-13，再经过水孔进入到集水室1-11，然后由冷却水连通孔进入到第一阳极的冷却水套2-17中，吸收第一阳极2-6的热量后，再由冷却水连通孔进入到第二阳极的冷却水套3-11中，吸收第二阳极3-8的热量后，由冷却水输出接口3-4返回到冷却系统的回路中；水蒸汽或被加热处理的其它气体由原料气输入接口2-28进入到原料气室2-27中，然后通过旋转气槽1-20以螺旋气流方式进入到第一放电区2-26；工作气由工作气输入口2-8进入到工作气室中，然后通过旋流气槽2-7以旋转气流方式进入到第二放电区3-18；通过阴极1-6和第二阳极3-8的电气连接在阴极1-6与第一阳极2-6之间以及在第一阳极2-6与第二阳极3-8之间施加电能，阴极1-6的头端便发射电子，阴极1-6头端发射的电子受到原料气流约束，经第一压缩孔道2-11进入第一喷射腔2-10，被第一喷射腔2-10的管壁吸收，使得阴极1-6的头端与第一喷射腔2-10的管壁产生第一级高温等离子体电弧；第一阳极2-6的头端同时发射电子，第一阳极2-6头端发射的电子受到工作气流约束，经第二压缩孔道3-10进入到第二喷射腔3-9，被第二喷射腔3-9的管壁吸收，使得第一阳极2-6的头端与第二喷射腔3-9的管壁之间产生第二级高温等离子体电弧，第一级高温等离子体电弧与第二级高温等离子体电弧进行串联，从第二喷射腔3-9的出口喷出，形成等离子体火炬。上述过程中，水蒸汽进入到第一放电区2-26时，水蒸汽在强电场的作用下被电离成为活性化学物，活性化学物与第一级高温等离子体电弧混合，通过第一压缩孔道2-11进入到第一喷射腔2-10中，在高温环境中被分解为氢和氧的活性物质，然后又在第二放电区3-18和第二压缩孔道3-10中与第二级高温等离子体电弧混合，得到进一步的电离和升温，使水蒸汽达到更大程度的分解。

本发明在等离子体喷枪内产生多级串联的高温等离子体电弧，使等离子体电弧的能量更大，喷枪的加热效率得到更大的提高，满足更高加热温度要求的场合使用。当本发明用于热解水制氢、煤气化、固体废物处置领域时，作为气化剂的水蒸汽分解率更高，把作为气化剂的水蒸汽分解后喷入气化炉，与垃圾炭或煤炭进行的造气反应是放热反应，释放的热能可以提供垃圾或煤炭烘干、热解所需。当本发明用于处理有害废气时，能使有害气体得到更完全的分解和分子从新组合，变有害气体为中性的无害气体。

上述的发明中，利用绝缘枪架的壁体作为冷却水套的外壁，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。

上述的发明中，把原料气和工作气分别以旋转气流方式进入到第一放电区2-26、第二放电区3-18，以有效保护放电区的金属壁体，气流中心不会产生真空或负压，使保护气流能全面覆盖阴极1-6的头部和第一阳极2-6的头部，实现对阴极1-6的头部和第一阳极2-6的头部进行有效的气流保护，结合冷却保护措施，使阴极1-6、第一阳极2-6和第二阳极3-8不易被烧蚀。

上述的发明中，采用组件分体设计和制造、再进行串联组装的措施，可以克服部件的加工难度，使得喷枪内的结构更紧凑，并且便于易损件更换。

本发明的有益效果是：在等离子体喷枪内产生多级高温等离子体电弧，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。本发明利用绝缘枪架的壁体作为冷却水套的外壁，实现减小喷枪的体积及节省金属材料用量，并且避免冷却水泄漏。本发明使等离子体喷枪达到更高的处理温度，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。

附图说明

图1是本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪中的阴极组件结构图。

图2是本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪中的第一阳极组件结构图。

图3是本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪中的第二阳极组件结构图。

图4是本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪的组装示意图。

图5是本发明的一种多级串联电弧等离子体喷枪的结构图。

图6是本发明的另一种多级串联电弧等离子体喷枪中的阴极组件结构图。

图7是本发明的另一种多级串联电弧等离子体喷枪中的第一阳极组件结构图。

图8是图2或图7的A-A剖视图。

图9是本发明的另一种多级串联电弧等离子体喷枪中的第二阳极组件结构图。

图10是本发明的另一种多级串联电弧等离子体喷枪的组装示意图。

图11是本发明的另一种多级串联电弧等离子体喷枪的结构图。

图中：1.阴极组件，1-1.第一绝缘枪架，1-2.串联孔，1-3.冷却水连通孔，1-4.定位榫头，1-5.紫铜密封垫圈，1-6.阴极，1-7.冷却腔，1-8.导流管，1-9.密封圈，1-10.密封槽，1-11.集水室，1-12.过水孔，1-13.回水腔，1-14.阴极后座，1-15.进水通道，1-16.冷却水输入接口，1-17.锁紧螺母，1-18.垫片，1-19.密封垫，1-20.旋转气槽；2.第一阳极组件，2-1.第二绝缘枪架，2-2.串联孔，2-3.环绕水室，2-4.冷却水连通孔，2-5.定位榫头，2-6.第一阳极，2-7.旋流气槽，2-8.工作气输入口，2-9.工作气室，2-10.第一喷射腔，2-11.第一压缩孔道，2-12.环形冷却槽，2-13.凸沿，2-14.密封环，2-15.出水孔，2-16.密封面，2-17.第一阳极的冷却水套，2-18.密封垫，2-19.冷却水连通孔，2-20.密封垫，2-21.环形水室，2-22.进水孔，2-23.冷却水连通孔，2-24.定位榫槽，2-25.锁紧螺帽，2-26.第一放电区，2-27.原料气室，2-28.原料气输入接口，2-29.隔热板，2-30.密封环；3.第二阳极组件，3-1.第三绝缘枪架，3-2.串联孔，3-3.冷却水连通孔，3-4.冷却水输出接口，3-5.安装法兰，3-6.第二阳极头部的外壁，3-7.冷却环槽，3-8.第二阳极，3-9.第二喷射腔，3-10.第二压缩孔道，3-11.第二阳极的冷却水套，3-12.密封圈，3-13.凸环，3-14.密封垫，3-15.密封环，3-16.密封环槽，3-17.定位榫头，3-18.第二放电区，3-19.紧固螺帽，3-21.工作气室，3-22.工作气输入口，3-23.定位榫槽，3-24.安装螺纹，4.密封垫，5.穿心螺杆，6.隔热套，6-1.旋转气槽，7.密封垫，8.旋流器，8-1.旋流气槽。

具体实施方式

实施例1 图1-5所示的实施方式中，一种多级串联电弧等离子体喷枪由阴极组件1和多级阳极组件组成，在阴极组件1和多级阳极组件中各有冷却水连通孔，各组件中的冷却水连通孔各有八条，呈环形分布在绝缘枪架的壁体中，阴极组件1与阳极组件之间、各级阳极组件之间通过定位榫槽进行同轴定位。阴极组件1由第一绝缘枪架1-1、阴极后座1-14和阴极1-6构成，第一绝缘枪架1-1中有集水室1-11和轴向通孔，阴极组件1的冷却水连通孔设置在第一绝缘枪架1-1的壁体中，阴极后座1-14以夹压方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，在阴极后座1-14的后端有锁紧螺母1-17，阴极后座1-14中有进水通道1-15和回水腔1-13，阴极1-6安装在阴极后座1-14的前端，阴极1-6的体内有冷却腔1-7，进水通道1-15通过阴极1-6体内的冷却腔1-7连通到回水腔1-13，进水通道1-15有冷却水输入接口1-16接入，回水腔1-13连通到集水室1-11，集水室1-11连通到第一绝缘枪架中的冷却水连通孔。所述的阳极组件为二级以上，各级阳极组件进行串联连接，后级阳极的头端进入到相邻前级阳极的尾端喇叭口空间中，前端的阳极组件中有冷却水输出，所述的多级阳极组件包括第一阳极组件2和第二阳极组件3。第一阳极组件2由第二绝缘枪架2-1和第一阳极2-6构成，第二绝缘枪架2-1为中空的回转体结构，第一阳极组件2的冷却水连通孔设置在第二绝缘枪架2-1的壁体中，第一阳极2-6安装在第二绝缘枪架2-1的内空间中，第一阳极2-6为喷管结构，第一阳极2-6由后向前依次为喇叭口收窄段、直孔喉口段和喇叭形扩张段，所述的喇叭口收窄段构成第一放电区2-26，所述的直孔喉口段构成第一压缩孔道2-11，所述的喇叭形扩张段构成第一喷射腔2-10，第一阳极2-6的外壁与第二绝缘枪架2-1内壁之间的空间构成第一阳极的冷却水套2-17，第一阳极的冷却水套2-17连通到第二绝缘枪架中的冷却水连通孔，在第一阳极2-6头部的壁体中有环形冷却槽2-12，环形冷却槽2-12与第一阳极的冷却水套2-17相通。第二阳极组件3由第三绝缘枪架3-1和第二阳极3-8构成，第三绝缘枪架3-1为中空的回转体结构，第二阳极组件3的冷却水连通孔设置在第三绝缘枪架3-1的壁体中，第二阳极3-8安装在第三绝缘枪架3-1的内空间中，第二阳极3-8为喷管结构，第二阳极3-8由后向前依次为喇叭收窄段、直管喉口段和喇叭扩张段，所述的喇叭收窄段构成第二放电区3-18，所述的直管喉口段构成第二压缩孔道3-10，所述的喇叭扩张段构成第二喷射腔3-9，第二阳极3-8的外壁与第三绝缘枪架3-1内壁之间的空间构成第二阳极的冷却水套3-11，第二阳极的冷却水套3-11连通到第三绝缘枪架中的冷却水连通孔，在第二阳极3-8头部的壁体中有冷却环槽3-7，冷却环槽3-7与第二阳极的冷却水套3-11相通。阴极组件1、第一阳极组件2和第二阳极组件3依次进行串联连接，第一绝缘枪架1-1、第二绝缘枪架2-1和第三绝缘枪架3-1中的各冷却水连通孔进行相互连通。阴极1-6的头端进入到第一阳极2-6尾端的喇叭口空间中，在阴极1-6头部的外围有旋转气槽1-20；第一阳极2-6的头端进入到第二阳极3-8尾端的喇叭口空间中，在第一阳极2-6头部的外围有旋流气槽2-7；第一阳极组件2后端的内空间构成原料气室2-27，原料气室有原料气输入接口2-28接入，原料气室2-27通过旋转气槽1-20连通到第一放电区2-26；第一阳极组件2前端的内空间或第二阳极组件3后端的内空间构成工作气室，工作气室有工作气输入口接入，工作气室通过旋流气槽2-7连通到第二放电区3-18。当本实施例为二级电弧等离子体喷枪时，第二阳极的冷却水套3-11有冷却水输出接口3-4接出；在各绝缘枪架的壁体中有串联孔，各绝缘枪架中各有八只串联孔，串联孔与冷却水连通孔错开位置呈环形分布在绝缘枪架的壁体中，在串联孔中使用穿心螺杆5把各组件进行紧密连接；阴极后座1-14、阴极1-6与第一绝缘枪架1-1之间使用密封圈进行密封；各级阳极组件中的阳级与绝缘枪架之间使用密封环进行密封；各组件之间使用密封垫进行密封。

本实施中：阴极组件1采用阴极后座1-14夹压在第一绝缘枪架1-1的两端进行定位的设计,在阴极后座1-14的前端周边有突出的外沿,在阴极后座1-14的后端有螺纹,在第一绝缘枪架1-1轴向通孔前端的周边有环槽，组装阴极组件1时,使阴极后座1-14由第一绝缘枪架1-1的前端插入轴向通孔，阴极后座1-14的后部由轴向通孔的后端伸出，阴极后座1-14前端的突出外沿嵌入在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔前端周边的环槽中，在环槽中使用密封圈1-9进行密封，阴极后座1-14的后部与轴向通孔的后端进行紧配密封或使用聚四氟乙烯生料带进行密封，再使用锁紧螺母1-17旋合在阴极后座1-14后端的螺纹上进行夹压方式的定位和密封；阴极1-6旋合在阴极后座1-14的前端上，使用紫铜密封垫圈1-5进行阴极1-6与阴极后座1-14之间的密封。在第一阳极组件2中，为了克服加工难度，第二绝缘枪架2-1由三节部件相互嵌合组成，在各嵌合端面上有密封垫进行密封，在第二绝缘枪架2-1前部的中空周边有凹槽，在第一阳极2-6前部的外周有凸沿2-13，第一阳极2-6前部外周的凸沿2-13嵌入在第二绝缘枪架2-1前部中空周边的凹槽中，在凹槽中使用密封环进行密封，在第一阳极2-6的后部有外螺纹，使用锁紧螺帽2-25旋紧在第一阳极2-6后部的外螺纹上使第一阳极2-6夹压在第二绝缘枪架2-1的壁体上，在第二绝缘枪架2-1的壁体中有进水孔2-22、环形水室2-21、出水孔2-15、环绕水室2-3和冷却水连通孔，第一阳极的冷却水套2-17的后部通过进水孔2-22连通到环形水室2-21，第一阳极的冷却水套2-17的前部通过出水孔2-15连通到环绕水室2-3，环形水室2-21连通到后端的冷却水连通孔，环绕水室2-3连通到前端的冷却水连通孔，在环形水室2-21与环绕水室2-3之间有中段的冷却水连通孔进行连通。在第二阳极组件3中，第三绝缘枪架3-1的前端有承插口，第二阳极头部的外壁3-6嵌入到第三绝缘枪架3-1前端的承插口中，在承插口中有密封圈进行密封，在第二阳极3-8的后端有外螺纹，使用紧固螺帽3-19旋紧在第二阳极3-8后端的外螺纹上使第二阳极3-8夹压在第三绝缘枪架3-1的壁体上。

本实施例适合热解水制氢、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，把冷却水输入接口1-16连接到冷却系统的供水管路上，把冷却水输出接口3-4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2-28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1-14连接到阴极1-6上，把等离子体工作电源的正极连接到前端阳极组件中的阳极上。工作时，冷却水对阴极1-6的冷却腔1-7壁体、第一阳极2-6的壁体和第二阳极3-8的壁体进行冲刷冷却，把水蒸汽或被加热处理的其它气体输入到等离子体喷枪的第一放电区2-26中，把工作气输入到等离子体喷枪的第二放电区3-18；通过阴极1-6和第二阳极3-8的电气连接在阴极1-6与第一阳极2-6之间以及在第一阳极2-6与第二阳极3-8之间施加电能，使等离子体喷枪内产生二级串联的高温等离子体电弧，从第二喷射腔3-9的出口喷出，水蒸汽在离子体喷枪内强电场的作用下和高温环境中被分解为氢和氧的活性物质。当本实施例用于生活垃圾处置或煤气化生产时，高温的水蒸汽的活化分解物与等离子体电弧喷入到气化炉中，与垃圾炭或煤炭进行热化学反应，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的化学合成气，所进行的化学反应为放热反应，放热反应所产生的热量提供给炉内垃圾或煤炭进行烘干、热解所需。

实施例2 图6-11所示的实施方式中，另一种多级串联电弧等离子体喷枪的总体结构与第一实施例的相同，不再赘述。与第一实施例的不同之处为：在阴极组件1中，第一绝缘枪架1-1的轴向通孔前部构成阴极的定位孔，轴向通孔后部的壁体上有内螺纹，阴极1-6后端的外周有突沿，阴极1-6由后向前嵌入到轴向通孔前部中，阴极1-6后端外周的突沿与第一绝缘枪架1-1壁体之间使用密封圈1-9进行密封，阴极后座1-14的后部有外螺纹，阴极后座1-14以螺纹旋合方式安装在第一绝缘枪架1-1的轴向通孔中，轴向通孔的后部使用聚四氟乙烯生料带进行密封，在阴极后座1-14的后端有锁紧螺母1-17；在第一阳极组件2中，第二绝缘枪架2-1由前、后二个部件构成，前部件中有第一阳极的定位槽，在第一阳极2-6的前部壁体外周有凸沿2-13，凸沿2-13与定位槽配合，在定位槽中使用密封环2-14进行密封，在第一阳极2-6的后部有配合夹压的环形台阶，构成第二绝缘枪架2-1的前、后二个部件把第一阳极2-6夹压在第二绝缘枪架2-1中，第一阳极2-6后部的环形台阶与第二绝缘枪架2-1壁体之间有密封环；在第二阳极组件3中，第三绝缘枪架3-1由前、后二个部件构成，在第二阳极头部的外壁3-6上有配合夹压的凸环3-13，在第二阳极3-8的后部有配合夹压的环形平台，构成第三绝缘枪架3-1的前、后二个部件把第二阳极3-8夹压在第三绝缘枪架3-1中，在凸环3-13与第三绝缘枪架3-1的壁体之间有密封圈进行密封，在第二阳极3-8后部的环形平台与第三绝缘枪架3-1的壁体之间有密封环进行密封；在第二阳极3-8的头部有安装螺纹3-24，用于安装在气化炉上。

上述的实施例中，绝缘枪架选用聚四氟乙烯材料或电木材料制作，阴极后座选用不锈钢材料制作，阴极选用钨合金材料制作，第一阳极选用钨合金材料或铬锆铜材料制作，第二阳极选用钨合金材料或铬锆铜材料或不锈钢材料制作。

Claims (9)

1.一种多级串联电弧等离子体喷枪，包括绝缘枪架、阴极和阳极，其特征是等离子体喷枪由阴极组件（1）和多级阳极组件组成，利用绝缘枪架的壁体作为冷却水套的外壁，在阴极组件（1）和多级阳极组件中各有冷却水连通孔；阴极组件（1）由第一绝缘枪架（1-1）、阴极后座（1-14）和阴极（1-6）构成，第一绝缘枪架（1-1）中有集水室（1-11）和轴向通孔，阴极组件（1）的冷却水连通孔设置在第一绝缘枪架（1-1）的壁体中，阴极后座（1-14）安装在第一绝缘枪架（1-1）的轴向通孔中，阴极后座（1-14）中有进水通道（1-15）和回水腔（1-13），阴极（1-6）安装在阴极后座（1-14）的前端，阴极（1-6）的体内有冷却腔（1-7），进水通道（1-15）通过阴极（1-6）体内的冷却腔（1-7）连通到回水腔（1-13），进水通道（1-15）有冷却水输入接口（1-16）接入，回水腔（1-13）连通到集水室（1-11），集水室（1-11）连通到第一绝缘枪架中的冷却水连通孔；

所述的多级阳极组件包括第一阳极组件（2）和第二阳极组件（3），第一阳极组件（2）由第二绝缘枪架（2-1）和第一阳极（2-6）构成，第二绝缘枪架（2-1）为中空的回转体结构，第一阳极组件（2）的冷却水连通孔设置在第二绝缘枪架（2-1）的壁体中，第一阳极（2-6）安装在第二绝缘枪架（2-1）的内空间中，第一阳极（2-6）为喷管结构，第一阳极（2-6）由后向前依次为喇叭口收窄段、直孔喉口段和喇叭形扩张段，所述的喇叭口收窄段构成第一放电区（2-26），所述的直孔喉口段构成第一压缩孔道（2-11），所述的喇叭形扩张段构成第一喷射腔（2-10），第一阳极（2-6）的外壁与第二绝缘枪架（2-1）内壁之间的空间构成第一阳极的冷却水套（2-17），第一阳极的冷却水套（2-17）连通到第二绝缘枪架中的冷却水连通孔；

第二阳极组件（3）由第三绝缘枪架（3-1）和第二阳极（3-8）构成，第三绝缘枪架（3-1）为中空的回转体结构，第二阳极组件（3）的冷却水连通孔设置在第三绝缘枪架（3-1）的壁体中，第二阳极（3-8）安装在第三绝缘枪架（3-1）的内空间中，第二阳极（3-8）为喷管结构，第二阳极（3-8）由后向前依次为喇叭收窄段、直管喉口段和喇叭扩张段，所述的喇叭收窄段构成第二放电区（3-18），所述的直管喉口段构成第二压缩孔道（3-10），所述的喇叭扩张段构成第二喷射腔（3-9），第二阳极（3-8）的外壁与第三绝缘枪架（3-1）内壁之间的空间构成第二阳极的冷却水套（3-11），第二阳极的冷却水套（3-11）连通到第三绝缘枪架中的冷却水连通孔；

阴极组件（1）、第一阳极组件（2）和第二阳极组件（3）依次进行串联连接，在各绝缘枪架的壁体中有串联孔，在串联孔中使用穿心螺杆（5）把各组件进行紧密连接，第一绝缘枪架（1-1）、第二绝缘枪架（2-1）和第三绝缘枪架（3-1）中的各冷却水连通孔进行相互连通；阴极（1-6）的头端进入到第一阳极（2-6）尾端的喇叭口空间中，第一阳极（2-6）的头端进入到第二阳极（3-8）尾端的喇叭口空间中；第一阳极组件（2）后端的内空间构成原料气室（2-27），原料气室有原料气输入接口（2-28）接入，原料气室（2-27）连通到第一放电区（2-26）；第一阳极组件（2）前端的内空间或第二阳极组件（3）后端的内空间构成工作气室，工作气室有工作气输入口接入，工作气室连通到第二放电区（3-18）。

2.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是阳极组件为二级以上，各级阳极组件进行串联连接，后级阳极的头端进入到相邻前级阳极的尾端喇叭口空间中。

3.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是前端的阳极组件中有冷却水输出，当阳极组件为二级时，第二阳极的冷却水套（3-11）有冷却水输出接口（3-4）接出。

4.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是在阴极（1-6）头部的外围有旋转气槽（1-20），原料气室（2-27）通过旋转气槽（1-20）连通到第一放电区（2-26）；在第一阳极（2-6）头部的外围有旋流气槽（2-7），工作气室通过旋流气槽（2-7）连通到第二放电区（3-18）。

5.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是阴极后座（1-14）以螺纹旋合方式安装在第一绝缘枪架（1-1）的轴向通孔中或以夹压方式安装在第一绝缘枪架（1-1）的轴向通孔中，在阴极后座（1-14）的后端有锁紧螺母（1-17）。

6.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是阴极组件（1）与阳极组件之间、各级阳极组件之间通过定位榫槽进行同轴定位。

7.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是在第一阳极（2-6）头部的壁体中有环形冷却槽（2-12），环形冷却槽（2-12）与第一阳极的冷却水套（2-17）相通。

8.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是在第二阳极（3-8）头部的壁体中有冷却环槽（3-7），冷却环槽（3-7）与第二阳极的冷却水套（3-11）相通。

9.根据权利要求1所述的一种多级串联电弧等离子体喷枪，其特征是阴极后座（1-14）、阴极（1-6）与第一绝缘枪架（1-1）之间使用密封圈进行密封；各级阳极组件中的阳级与绝缘枪架之间使用密封环进行密封；各组件之间使用密封垫进行密封。