CN107892949A - 一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置，包括：炉体和多个非转移弧等离子枪，多个所述非转移弧等离子枪均匀设置于所述炉体的侧壁上，所述非转移弧等离子枪的介质为水；本发明采用内送煤粉等离子技术制备煤气，采用水为等离子介质，以水的等离子体与煤粉进行反应生成煤气，能够在一定程度上冷却阴阳极，降低了阴阳极的烧损；煤粉反应充分，利用率高，能够快速有效地生成煤气，反应过程中几乎不生成二氧化碳，几乎没有尾气污染，煤渣余热得以有效利用。

Description

一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置

技术领域

本发明属于煤气制备技术领域，具体涉及一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置。

背景技术

常规煤气化装置中直接把水蒸汽加空气或水蒸汽加氧气作为气化剂送入气化炉，使水蒸汽与煤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。据资料介绍，全国目前数千台常压固定层间歇式煤气发生炉一年要排放温室气体数千万吨，已被国家有关部门列为节能减排的重点技术改造对象。

等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99﹪的物质（不包括尚未确认的暗物质）都处于等离子态。等离子体其温度分布范围则从10 K的低温到核聚变等离子体的10亿K超高温并拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。采用等离子技术制备煤气有望提高产气效率，降低传统工艺大量排放温室气体的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置，煤粉反应充分，利用率高，能够快速有效地生成煤气，反应过程中几乎不生成二氧化碳，几乎没有尾气污染，煤渣余热得以有效利用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置，包括：炉体和多个非转移弧等离子枪，多个所述非转移弧等离子枪均匀设置于所述炉体的侧壁上，所述非转移弧等离子枪的介质为水；

所述非转移弧等离子枪包括：壳体、阴极头、阳极头、绝缘体和陶瓷管，所述壳体的内部通过所述绝缘体、陶瓷管设置有阴极头，所述壳体与所述阳极头连接；

所述阴极头与所述阳极头、陶瓷管间形成介质通路，所述阳极头与所述阴极头间形成等离子弧，所述阴极头的内部为中空结构，所述阴极头上设置有多个通孔，所述通孔将所述中空结构与所述介质通路连通；

所述阳极头上设置有煤粉通道，煤粉与高温等离子体反应生成煤气和煤渣。

进一步的，还包括浇注料，所述浇注料浇注在所述炉体内部，用于隔绝高温，防止炉体烧损。

进一步的，所述炉体的顶部设置有煤气出口，所述炉体的底部设置有水气进口，经所述水气进口进入所述炉体的气体包括：氧气和水蒸气。

进一步的，还包括：支架，所述炉体的底部为锥形，所述支架与所述炉体的底部连接，对炉体进行支撑。

进一步的，还包括：介质水管和煤粉进料管，所述介质水管与所述阴极头连接并与所述中空结构连通；

所述煤粉进料管与所述阳极头连接并与所述煤粉通道连通。

进一步的，所述绝缘体包括：内绝缘体和外绝缘体，所述介质水管设置在内绝缘体上，所述内绝缘体设置在外绝缘体的内部，所述外绝缘体设置在壳体内部，所述陶瓷管设置在壳体内部，所述陶瓷管位于外绝缘体与阳极头之间。

进一步的，所述阳极头呈圆筒状，所述阳极头内部设置有引弧部和喷口。

进一步的，所述阳极头的材料为高纯石墨，所述阴极头的材料为高纯石墨。

进一步的，所述壳体的材料为耐热钢，所述炉体的材料为耐热钢。

进一步的，所述陶瓷管的材料为氧化铝。

本发明的有益效果在于：

（1）煤粉反应充分，利用率高，能够快速有效地生成煤气，反应过程中几乎不生成二氧化碳，几乎没有尾气污染，煤渣余热得以有效利用；

（2）采用内送煤粉等离子技术制备煤气，采用水为等离子介质，以水的等离子体与煤粉进行反应生成煤气，能够在一定程度上冷却阴阳极，降低了阴阳极的烧损；

（3）煤粉中添加加一定量的水，进补充了反应所需的水分，又能为阳极进行一定的冷却保护；介质水路的直径可调，数量可调，以此实现介质水量可调；

（4）等离子枪体结构简单，电能利用率高，便于更换电极。

附图说明

图1为本发明非转移弧等离子内送煤粉制煤气装置结构示意图。

图2为本发明非转移弧等离子内送煤粉制煤气装置俯视图。

图3为本发明非转移弧等离子枪示意图。

图4为本发明阴极头结构示意图。

其中，煤气出口1，炉体2，浇注料3，煤粉4，非转移弧等离子枪5，非转移弧等离子弧加煤粉6，煤渣7，支架8，水气进口9，介质水管111，内绝缘体112，外绝缘体113，壳体114，陶瓷管115，通孔116，阴极头117，进煤粉管118，煤粉通道119，阳极头120，喷口121。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种非转移弧等离子内送煤粉制煤气装置，图1为本发明非转移弧等离子内送煤粉制煤气装置结构示意图，包括：炉体和多个非转移弧等离子枪，多个所述非转移弧等离子枪均匀设置于所述炉体的侧壁上，所述非转移弧等离子枪的介质为水；所述炉体的底部为锥形。

图2为非转移弧等离子内送煤粉制煤气俯视图，还包括浇注料、煤气出口、水气进口，其中，煤气出口焊接在炉体顶部，浇注料浇注在炉体内部，浇注主要作用是隔绝工况高温，防止炉体烧损。煤粉送入非转移弧等离子枪的阳极内部，非转移弧等离子枪插入炉体内部，煤渣落在炉体底端，水气进口焊接在炉体底部。在本发明的一些优选的实施例中，炉体材料为耐热钢，也可以是其他钢材，其作用是承载整个煤气生产，煤气出口材料与炉体相同，便于焊接，其作用是将生成的煤气传送出去。

根据本发明的具体实施例，煤渣为反应剩下的煤粉，其中含有一定量的可利用碳，可与氧气与水蒸气继续生成煤气。水气进口材料与炉体相同，便于焊接，其作用是向煤渣内部输入氧气跟水蒸气，使煤渣内部未利用的碳充分反应以形成煤气。

根据本发明的具体实施例，本发明还包括：支架，支架与所述炉体的锥形底部连接，支架支撑整个炉体，支架的材料为结构钢，也可以是其他钢材，本发明对此不作特别限制。

图3为非转移弧等离子枪示意图，如图3所示，所述非转移弧等离子枪包括：壳体、阴极头、阳极头、绝缘体和陶瓷管，所述壳体的内部分别通过所述绝缘体、陶瓷管设置有阴极头，所述壳体与所述阳极头连接，所述阴极头与所述阳极头、陶瓷管间形成介质通路，所述阳极头与所述阴极头间形成等离子弧，等离子弧将经过介质通路的介质变为高温等离子体，所述阴极头的内部为中空结构，所述阴极头的侧壁上均匀设置有多个通孔，所述通孔将所述中空结构与所述介质通路连通；所述阳极头上设置有煤粉通道，煤粉与所述高温等离子体反应生成煤气和煤渣。非转移弧等离子枪的作用是产生高温等离子弧对煤粉进行加热以生成煤气。

根据本发明的具体实施例，本发明还包括，介质水管和煤粉进料管，所述绝缘体包括：内绝缘体和外绝缘体，介质水管与阴极头螺纹连接，且固定在内绝缘体上，内绝缘体固定在外绝缘体内部，外绝缘体固定在壳体内部，陶瓷管固定在壳体内部，且刚好固定在外绝缘体与阳极头之间，阳极头固定在壳体上。

在本发明的一些优选的实施例中，陶瓷管材料为氧化铝，当然也可以是其他耐热绝缘陶瓷材料，其作用是拘束高温等离子弧，防止壳体烧损。内绝缘体的材料为玻璃钢，其作用是隔离正负电流，使介质水管与壳体不会接触产生电弧，此外，使用内外绝缘体的方式使得非转移弧等离子枪便于拆装，当阴极头烧损后可通过拆装内绝缘体以更换阴极头。外绝缘体的材料为玻璃钢，其作用是隔离正负电流，使介质水管与壳体不接触产生电弧。壳体的材料为耐热钢，也可以是其他钢材，本发明对此不作特别限制，其作用是承载及固定枪体内部零件。介质水管材料为耐热钢，也可以是其他钢材，本发明对此不作特别限制，其作用是向枪体内部输入介质水，并连接负电流，将负电能传送的阴极头上。

根据本发明的具体实施例，所述阳极头呈圆筒状，所述阳极头内部设置有引弧部和喷口，煤粉通道贯穿设置在阳极头上，进煤粉管固定在阳极头上并与所述煤粉通道连接，其作用是将煤粉输入非转移弧等离子喷口之中。在本发明的一些优选的实施例中，阳极头材料为高纯石墨，其作用是与阴极头之间产生高温等离子弧。喷口作用是喷出高温等离子弧，并且保证煤粉与水介质等离子体反应生成煤气。进煤粉管材料为耐热钢，也可以是其他钢材，其作用是将煤粉送入煤粉通道之中。

图4为阴极头示意图，如图4所示，所述阴极头上设置有通孔，通孔的作用是将介质水输入阴极头与阳极头之间，形成水蒸气并被电离成等离子体；通过控制介质水路的直径及数量能够调节介质水量的大小。阴极头的材料为高纯石墨，其作用是与阳极头之间形成高温等离子弧，具体的，煤粉作为原料输入非转移弧等离子枪之中，与水介质等离子体形成煤气跟煤渣。非转移弧等离子弧加煤粉中既有水介质等离子体又有高温水蒸气，还有煤粉，三者混合反应后生成煤气。

运行过程中，先通入介质水，使介质水进入阴阳极之间。启动等离子电源，令阴阳极之间产生高温等离子体。高温等离子体使介质水瞬间蒸发上千倍形成气体，并进一步受热形成高温高速等离子体。向进煤粉管中通入煤粉，使煤粉进入等离子喷口之中，煤粉与等离子喷口之中的水介质等离子体反应将生成煤气跟煤渣。

由于介质水在高温等离子体的作用下膨胀千万倍，形成高温高速的等离子体，等离子体会对进入其中的煤粉进行加热加速，通过调节等离子枪内部的结构，能够控制煤粉加热加速的程度，使煤粉在瞬间加热的熔融或半熔融状态，速度加速到亚音速或音速状态。煤粉在熔融或半熔融状态与高温水介质等离子体进行反应极易生成煤气。同时，由于煤粉被瞬间加热到音速或亚音速状态，反应速度极快，反应效率极高。未完全反应的煤渣落入炉体底部，与输入的氧气与水蒸气进一步进行反应，使得煤渣充分反应生成煤气，实现煤粉有效利用。

综上所述本发明的非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置，煤粉反应充分，利用率高，能够快速有效地生成煤气，反应过程中几乎不生成二氧化碳，几乎没有尾气污染，煤渣余热得以有效利用；采用内送煤粉等离子技术制备煤气，采用水为等离子介质，以水的等离子体与煤粉进行反应生成煤气，能够在一定程度上冷却阴阳极，降低了阴阳极的烧损。煤粉中添加加一定量的水，进补充了反应所需的水分，又能为阳极进行一定的冷却保护；介质水路的直径可调，数量可调，以此实现介质水量可调；等离子枪体结构简单，电能利用率高，便于更换电极。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种非转移弧等离子枪内送煤粉制煤气装置，其特征在于，包括：炉体和多个非转移弧等离子枪，多个所述非转移弧等离子枪均匀设置于所述炉体的侧壁上，所述非转移弧等离子枪的介质为水；

所述非转移弧等离子枪包括：壳体、阴极头、阳极头、绝缘体和陶瓷管，所述壳体的内部通过所述绝缘体、陶瓷管设置有阴极头，所述壳体与所述阳极头连接；

所述阴极头与所述阳极头、陶瓷管间形成介质通路，所述阳极头与所述阴极头间形成等离子弧，所述阴极头的内部为中空结构，所述阴极头上设置有多个通孔，所述通孔将所述中空结构与所述介质通路连通；

所述阳极头上设置有煤粉通道，煤粉与高温等离子体反应生成煤气和煤渣。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括浇注料，所述浇注料浇注在所述炉体内部，用于隔绝高温，防止炉体烧损。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉体的顶部设置有煤气出口，所述炉体的底部设置有水气进口，经所述水气进口进入所述炉体的气体包括：氧气和水蒸气。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：支架，所述炉体的底部为锥形，所述支架与所述炉体的底部连接，对炉体进行支撑。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：介质水管和煤粉进料管，所述介质水管与所述阴极头连接并与所述中空结构连通；

所述煤粉进料管与所述阳极头连接并与所述煤粉通道连通。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述绝缘体包括：内绝缘体和外绝缘体，所述介质水管设置在内绝缘体上，所述内绝缘体设置在外绝缘体的内部，所述外绝缘体设置在壳体内部，所述陶瓷管设置在壳体内部，所述陶瓷管位于外绝缘体与阳极头之间。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极头呈圆筒状，所述阳极头内部设置有引弧部和喷口。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极头的材料为高纯石墨，所述阴极头的材料为高纯石墨。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体的材料为耐热钢，所述炉体的材料为耐热钢。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陶瓷管的材料为氧化铝。