CN1058126A - 传递电弧的等离子燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种等离子燃烧器，其中在等离子气体的环形通 道(17)和位于喷嘴接头(3)与燃烧器壳体(16)之间的 一个环形通道(33)之间设置了在圆周上均匀分布的 通道(43，44)，该通道分流了一部分等离子气体，用于 冷却喷嘴的端部区域和挤走沉积的导电尘粒以及向 后冲击的等离子电弧。一个滑动地装在环形通道 (33)上的凸缘(29)通过取决于温度所进行的相对运 动同样也防止了尘粒或污物形成电桥。从而消除了 等离子燃烧器工作时出现的寄生电弧的影响。

Description

本发明涉及一种传递电弧的等离子燃烧器，它包括一个中央电极，一个同轴心喷嘴接头，在电极和喷嘴接头之间设有一个可由一个环形通道供给等离子气体的环形通道，一个具有外壁，中间壁和内壁的同轴心的燃烧器壳体，在喷嘴和该壳体之间位于前端处设置了一环形通道，该通道的内壁部分地由一个将喷嘴接头和燃烧器壳体两者电隔离的管状绝缘结构构成。

等离子燃烧器在工作中的一个基本问题是出现平行于主电弧燃烧的寄生电弧（附加电弧），这种寄生电弧尤其将下部的喷嘴壳或燃烧器壳的下缘边以及喷嘴或燃烧器前端的外部区域封闭在电流通路中。寄生电弧不仅影响电弧柱的稳定性，从而在很大程度上影响等离子燃烧器的或用等离子燃烧器工作的设备的效率和经济性，而且一般来说甚至会完全破坏等离子燃烧器。

由DE-PS3328777可知，为了防止寄生电弧，在电极和喷嘴之间位于喷嘴内侧处的环形通道上设置了一电绝缘内衬。但这种措施只能起到部分的保护作用，因为寄生电弧可以在绝缘内衬的外面找到电流通路。

DE-PS3435680公开了另一个克服寄生电弧的措施，即水冷却的喷嘴的内壁部分与前端壁部分相邻接的区段通过两个分开的分别穿过相关壁件的整个横截面的绝缘件而与前端壁部分的与外壁部分相邻接的区段绝缘开来，其中一个绝缘件装在喷嘴的前端壁部分中。然而当炉气氛温度很高时，找到一个适用于喷嘴前端壁的绝缘材料是很难和很昂贵的。

上述构思的进一步发展是将设置在喷嘴前端面中的绝缘件装入一个前端处的槽中，这种等离子燃烧器也得到实施。前端处的槽一方面由喷嘴接管或喷嘴接头的外壁，另一方面由燃烧器壳体构成，其中燃烧器壳体在其前端上有一个指向燃烧器轴线的凸缘，它对位于后面的绝缘件起到了一定的防热保护作用。然而，当该燃烧器在一个具有导电粒子，例如金属尘粒或冶金渣粒的气氛中工作时，导电粒子可能会沉积在被冷却的绝缘件上，从而在喷嘴接头和燃烧器壳体之间形成一个电桥，寄生电弧就又可以经过燃烧器壳体的外侧的前端缘边流动。

本发明的任务是，进一步地，也就是说，卓有成效地限制和减小形成寄生电弧的危险，尤其是在使用交流电工作时。

本发明的任务是这样解决的，即在等离子气体的环形通道和前端的环形通道之间设置了在圆周上均匀分布的通道或通孔。这些通道使一部分等离子气体分流，而导入前端的环形通道中。流过这些通道的气体冷却了前端的环形通道的出口区域。可能出现的导电蒸汽或尘粒将被阻止而不会进入通道中。此外，防止了向后冲击的等离子电弧或卷曲电弧，并且将要挤入环形通道的熔体或熔渣尘粒飞溅物挤出并使之冷却。再者，由于流过环形通道的气体的冷却作用，位于出口区域的涂层的寿命大大增加。总体上是提高了等离子燃烧器的使用寿命。

由于这些通道穿过管状的绝缘结构，正好防止了导电蒸汽或尘粒沉积在关键的位置上。

如果管状绝缘结构由两个环件构成则是具有优点的，其中的一个环件（第一个）对着一个冷却循环回路并包括在该冷却循环回路中，另一个环件（第二个）由耐高温绝缘材料（例如陶瓷）制成，它保护着由耐压绝缘材料制做的第一个环件不受温度突变、高温度梯度和污物的破坏。

由耐高温材料制做的环件最好以一定的径向间隙和轴向间隙进行支承。由于工作条件决定的摆动激发作用，该环可以转动，这样也附加地防止了由于导电尘粒的沉积而形成电桥。

前端的环形通道最好有一朝着燃烧器轴线方向锥形地逐渐变窄的（可收缩的）出口部分，在此部分构成前端通道的喷嘴外部件的内径在前端处要小于在环形通道前的锥形分布之前的管状绝缘结构的外径。这种优选的环形结构对绝缘结构抵抗热辐射提供了一个特殊的保护。

构成前端环形通道的喷嘴外部件的内壁有一个滑动地导在喷嘴内部件上的凸缘。当喷嘴外部件纵向膨胀时，在该凸缘和喷嘴内部件之间产生的相对运动同样也防止了污物形成电桥。

前端的环形通道的整个内表面和外表面可以由绝缘材料构成或者具有一层绝缘材料涂层。

在附图中示出了本发明的一个实施例的纵剖视图，下面对该实施例进行较详细的描述。

等离子燃烧器包括一个具有截锥体形的外表面或端表面2的中央电极1，围绕该电极同轴心地装有一个喷嘴接管或接头3（即端部喷嘴），该接头3包括内壁部分4，端壁部分5和外壁部分6。内壁部分4具有一个小锥度的壁段7，其表面线基本上平行于电极1的截锥体形端表面2的表面线。在端壁部分5和外壁部分6之间有一个较大锥度的过渡段8。在燃烧器口的区域中，一个由钨材料制做的抗磨环9装在喷嘴接头3中。沿电弧方向看，端壁部分5的端面超过电极1的平的端面10。

喷嘴接头3的内壁部分4经一外螺纹与一个由强化高效合成材料制成的绝缘环体11固定在一起，但相互可以重新拆开。环体11经一个螺纹对与一个喷嘴内部件12相连，该部件12又经一个螺纹与一个燃烧器壳内管13相连。这样，喷嘴3的轴向位置由环体11，喷嘴内部件12和内管13来确定。

燃烧器壳内管13的上端与一个未示出的管连接件相连，同时该管连接件也将燃烧器壳16的中间管14和外管15保持住。

内管13和电极1之间构成等离子气体的环形通道17，该通道要通到电极1和喷嘴接头3之间的环形通道段19中。为此绝缘环体11上设置了平行于燃烧器轴线20的通孔21。

在喷嘴内部件12的下端部上有一个开口向外的凹槽，其中装有个由抗温度突变和耐高温材料（陶瓷）制成的绝缘环22和一个由不透水（压力水）的耐压材料（陶瓷）制成的下部绝缘环24。耐高温的绝缘环在朝通道17方向上有一个环槽23，绝缘环22在轴向和径向上都有一定的安装间隙，因此它不是固定地保持着的，而是可以转动的，绝缘环22和喷嘴内部件12的一部分以及喷嘴接头3的外壁6构成一个共同的外表面。不透压力水的绝缘环24从喷嘴内部件12一直伸到喷嘴接头3的外壁6的内侧。

围绕喷嘴内部件12装有一个金属环体25，它有一个圆柱形外表面，该表面约大于绝缘环22和喷嘴3的公共外表面。

中管14的下端密封地与喷嘴内部件12相连，并且具有部分圆柱形外表面，其直径大于环体25的外表面的直径。

在外管15上装有一个喷嘴外部件26，该外部件26由一个喷嘴外壳27和一个内壁28组成。内壁28经凸缘29密封地且滑动地装在环体25上。凸缘29有一个朝着燃烧器轴线20指向的环形突起30，该突起30可以在喷嘴内部件12和绝缘环22的公共外表面上滑动。此外在凸缘29上还设有一个间距支撑件31，它将喷嘴外部件26的中间壁或导向壁32保持住。中部壁32密封地且可滑动地导在燃烧器壳体14的下部圆柱形表面上。

喷嘴接头3的外壁6，耐高温的绝缘环22，凸缘29和喷嘴外部件26的内壁28构成一个后端封闭，前端打开的环形通道33，通过喷嘴接头3的倾斜的壁段8和内壁28的一个锥形段34，使得环形通道33在朝着前端的方向上形成一个锥形的指向等离子燃烧器轴线20的分布结构。

此外在喷嘴内部件12上还固定着一个用于冷却介质循环的导向件35。

冷却介质经由燃烧器壳内管13和中管14构成的环形通道36流到在周向上均匀分布的通道段37，38，这两个通道段37，38穿过中管14的下部和喷嘴内部件12。然后冷却介质流过由喷嘴接头3的内壁4和导向件35构成的环形通道，并且被导向件35偏转，使之向上到达导向件35和喷嘴内部件12之间，然后经穿过喷嘴内部件12和环体25的通道段30，40进入喷嘴外部件26。在喷嘴外部件26中，冷却介质首先在内壁28和中壁32之间流动，并被中壁32偏转方向，然后流过由中壁32和外壁27构成的环形通道，再流过由中管14和外管15构成的环形通道41，直到出口。燃烧器壳16和喷嘴外部件26以及喷嘴接头3具有一个公共的冷却介质循环回路。

通道段37至40在整个圆周上分别地布置在均匀分布的径向截面上。另外各有一通道段或孔43分别穿过另一些与上述截面不同的径向截面，并穿过喷嘴内部件12。这些通道段或孔43从主环形通道17通到绝缘环22的环槽23中。此外，耐高温的绝缘环22中还设置了孔或通道段44，这些孔44从其环槽23通向其外表面并由此通向前端的环形通道33。从总体上来说，由此形成一个从主环形通道17到前端的环形通道33之间的通道（或通孔）或气体管路连接。

Claims (7)

1、传递电弧的等离子燃烧器，包括一个中央电极，一个同轴心的喷嘴接头，在中央电极和喷嘴接头之间有一个可经一个环形通道供给等离子气体的环形间隙，一个同轴心的燃烧器壳体，该壳体有外壁，中间壁和内壁，在喷嘴接头和燃烧器壳体之间一个设置在前端的环形通道，该通道的内壁部分地由一个将喷嘴接头和燃烧器壳体电隔离的管状绝缘结构构成，其特征在于，在等离子气体的环形通道(17)和前端的环形通道(33)之间设有一些在圆周上均匀分布的通道(43，44)。

2、按照权利要求1的等离子燃烧器，其特征在于，通道（43，44）穿过管状绝缘结构（22，24）进入前端的通道（33）中。

3、按照权利要求2的等离子燃烧器，其特征在于，管状绝缘结构（22，24）包括一个处于一个冷却循环回路中的由耐压绝缘材料制成的环（24）以及一个构成前端环形通道（33）的一部分壁的、由耐高温材料制成的环（22），通道（43，44）穿过耐高温的环（22）进入前端的通道（33）。

4、按照权利要求3的等离子燃烧器，其特征在于，构成前端环形通道（33）的一部分壁的、由耐高温材料制做的环（22）是以一定的轴向间隙和径向间隙进行支承的。

5、按照权利要求2至4中之一所述的等离子燃烧器，其特征在于，前端的环形通道（21）有一个朝着燃烧器轴线（20）方向可收缩的出口部分，构成前端通道（33）的喷嘴外部件（26，28，34）的内径在前端处小于管状绝缘结构（22，24）的外径。

6、按照前述权利要求中之一的等离子燃烧器，其特征在于，构成前端通道（33）的喷嘴外部件（26）的内壁（28）有一个滑动地装在喷嘴内部件（12，25）上的凸缘（29）。

7、按照前述权利要求中之一的等离子燃烧器，其特征在于，前端的环形通道（33）的整个内表面和/或外表面由绝缘材料构成或者具有一绝缘材料涂层。

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