CN109442431A - 一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统及应用 - Google Patents

一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，所述系统包括固废等离子焚烧熔融炉，该固废等离子焚烧熔融炉包括炉膛，该系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度。本系统与传统的采用电流调节直流等离子炬的功率输出方法相比，本系统的等离子火炬发生器阴极和阳极损耗小，减少了电源系统的调整，固废等离子焚烧熔融炉温度可控，设备运行更加安全可靠。

Description

一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统及应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其是一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统及应用，该系统适用于固废等离子焚烧熔融炉。
背景技术
随着资源的日益枯竭和环保要求的不断提高，传统的固体废物处理技术已不能适应污染治理的需要，热等离子体具有高温、高焓、高能量密度等特点，已经在冶金、化工和环保等领域得到广泛的应用，应用热等离子体技术的固废等离子焚烧熔融炉具有处理范围广、成本低、低二噁英合成的优点。在连续熔融固废过程中，随着下料量的变化，焚烧熔融炉的温度不断发生变化，为了保持固废的充分熔融，就需要不断调节等离子枪的输出功率，以维持炉膛温度。通常调节功率的方式是改变直流恒流电源输出电流以达到调节功率的目的。根据以往的研究，等离子炬的伏安特性为负阻特性，当气体流量不变时，随着电流的增大，温度升高，空气的电导率增大，使得弧阻下降，由于弧阻的下降速率大于电流的增加速率，弧间电压减小，等离子炬实际输出功率W＝I↑×U↓增加不大。而电流不变的情况下，当增大气体流量时，气体流速随之增加，对等离子炬弧根冷却作用加剧，对电弧的压缩程度增加，弧阻上升，导致弧压升高，等离子炬输出功率W＝I×U↑显著增加。
此外，采用电流调整等离子炬输出功率时，由于功率增大，射流的温度升高，通过阳极表面损失的热量也就增大，导致等离子炬的效率降低；在同样功率下，工作气体流量增加，对电弧的压缩冷却作用加剧，通过阳极表面损失的热量也就降低，等离子炬的效率增加，工作气体流量的增加还使得弧的旋转速度增大，从而可以保护阳极，提高其使用寿命。
因此，目前等离子体炬的功率调节普遍采用电流调节功率的方法，该方法存在阴极和阳极损耗大，整流电源柜运行维护成本高的缺点，此外由于等离子炬的伏安特性导致电流调节功率方式所能调节的功率范围较小，存在固废等离子焚烧熔融炉温度无法控制等难题。
综上，有必要为采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节提供一种更直接、有效的功率调节方式，以解决上述技术问题。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统及应用，该系统与传统的采用电流调节直流等离子炬的功率输出方法相比，本系统的等离子火炬发生器阴极和阳极损耗小，减少了电源系统的调整，固废等离子焚烧熔融炉温度可控，设备运行更加安全可靠。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，所述系统包括固废等离子焚烧熔融炉，该固废等离子焚烧熔融炉包括炉膛，该系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度。
而且，所述系统能够控制固废等离子焚烧熔融炉内的温度维持恒定。
而且，所述系统还包括温度传感器，该温度传感器能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉内的温度。
而且，所述固废等离子焚烧熔融炉为连续排渣焚烧熔融炉或间歇排渣焚烧熔融炉。
而且，所述系统还包括等离子火炬发生器、直流恒流源、温度传感器、气体流量传感器、气体流量调节阀、集控站、信号线、压缩气体供应管路和直流动力电缆，所述等离子火炬发生器设置于固废等离子焚烧熔融炉上，且等离子火炬发生器的输出端设置于炉膛内，等离子炬发生器的输出端发生等离子炬能够加热炉膛；所述离子火炬发生器通过压缩气体供应管路与压缩气体相连接设置，该离子火炬发生器也通过信号线与集控站相连接设置，该离子火炬发生器还通过直流动力电缆与直流恒流源相连接设置；所述直流恒流源也与集控站相连接设置；
所述固废等离子焚烧熔融炉上设置多个温度传感器，该温度传感器能够检测炉膛的侧壁、顶部和底部的温度；所述温度传感器通过信号线与集控站相连接设置；
所述压缩气体供应管路的输入端与等离子火炬发生器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体流量传感器、气体流量调节阀，该气体流量传感器能够检测压缩气体供应管路内的压缩气体的流量，该气体流量调节阀能够调节压缩气体供应管路内的压缩气体的流量；所述气体流量传感器、气体流量调节阀也分别通过信号线与集控站相连接设置；
所述集控站能够控制直流恒流源、气体流量调节阀的动作；所述温度传感器的检测信号、气体流量传感器的检测信号、气体流量调节阀的控制信号输入集控站，集控站根据设定的温度控制气体流量调节阀、直流恒流源的动作，进而控制炉膛内的温度。
而且，所述炉膛的底部设置为熔池，所述温度传感器的数量设置为4～8支，分别安装于固废等离子焚烧熔融炉的熔池上方、固废等离子焚烧熔融炉的炉顶、固废等离子焚烧熔融炉的出口烟道上方和固废等离子焚烧熔融炉的底部，且以上每个位置安装不少于1支温度传感器。
而且，所述系统还包括气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器，所述压缩气体供应管路的输入端与气体流量传感器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器。
而且，所述等离子炬集控站包括DCS控制系统或PLC控制系统。
而且，所述等离子炬发生器包括直流转移弧或非转移弧等离子炬发生器，发生器采用耐腐蚀金属水冷却等离子炬发生器。
如上所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统在固废处理方面中的应用。
本发明取得的优点和积极效果是：
1、本系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度；与传统的采用电流调节直流等离子炬的功率输出方法相比，本系统的等离子火炬发生器阴极和阳极损耗小，减少了电源系统的调整，固废等离子焚烧熔融炉温度可控，设备运行更加安全可靠。
2、本系统通过调节气体流量实现对等离子炬的功率调节，增加了等离子枪的输出效率。
3、本系统与采用电流调节等离子枪输出功率的方法相比，简化了直流电源系统，降低了电源系统成本。
4、本系统还包括等离子火炬发生器、直流恒流源、温度传感器、气体流量传感器、气体流量调节阀、集控站、信号线、压缩气体供应管路和直流动力电缆，气体流量传感器和温度传感器通过信号电缆将信号连接至集控站，集控站将控制信号输送至气体流量调节阀、直流恒流源，整套系统实现了集控站自动控制等离子焚烧熔融炉内的炉膛温度，使其维持恒定。
等离子炬发生器工作气体介质为空气、氮气或氦气、氩气等，工作气体经气体流量传感器和气体流量调节阀后进入等离子体发生器内；等离子炬发生器和温度传感器安装在等离子焚烧熔融炉上，并与炉膛相连通；直流恒流源给等离子炬发生器供电，温度传感器的检测信号、气体流量调节阀的控制信号和气体流量传感器的检测信号接入集控站。本发明的恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统能满足一般工业用途的等离子固废处理的要求，确保固废等离子焚烧熔融炉温度维持恒定，在固废处理领域具有广泛的应用。
5、本发明所用的等离子枪为直流非转移弧型或直流转移弧型，阴、阳极均为金属材料，与采用电流调节功率的方法相比阴、阳极损耗小，运行维护成本低。
6、本发明采用DCS或PLC控制方式，通过温度传感器、电动调节阀调节气体流量实现对等离子炬的功率调节，减少了对电源系统的调整，设备运行更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明系统的结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明未具体详细描述的结构，均可以理解为本领域的常规结构。
一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，如图1所示，所述系统包括固废等离子焚烧熔融炉2，该固废等离子焚烧熔融炉包括炉膛100，该系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度。
本系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度；与传统的采用电流调节直流等离子炬的功率输出方法相比，本系统的等离子火炬发生器阴极和阳极损耗小，减少了电源系统的调整，固废等离子焚烧熔融炉温度可控，设备运行更加安全可靠。
在本实施例中，所述系统能够控制固废等离子焚烧熔融炉内的温度维持恒定。
在本实施例中，所述系统还包括温度传感器，该温度传感器能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉内的温度。
在本实施例中，所述固废等离子焚烧熔融炉为连续排渣焚烧熔融炉或间歇排渣焚烧熔融炉。
在本实施例中，如图1所示，所述系统还包括等离子火炬发生器1、直流恒流源3、温度传感器4、气体流量传感器5、气体流量调节阀6、集控站7、信号线、压缩气体供应管路和直流动力电缆，所述等离子火炬发生器设置于固废等离子焚烧熔融炉上，且等离子火炬发生器的输出端设置于炉膛内，等离子炬发生器的输出端发生等离子炬能够加热炉膛；所述等离子火炬发生器通过压缩气体供应管路与压缩气体相连接设置，该等离子火炬发生器也通过信号线与集控站相连接设置，该等离子火炬发生器还通过直流动力电缆与直流恒流源相连接设置；所述直流恒流源也与集控站相连接设置；
所述固废等离子焚烧熔融炉上设置多个温度传感器，该温度传感器能够检测炉膛的侧壁、顶部和底部的温度；所述温度传感器通过信号线与集控站相连接设置；
所述压缩气体供应管路的输入端与等离子火炬发生器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体流量传感器、气体流量调节阀，该气体流量传感器能够检测压缩气体供应管路内的压缩气体的流量，该气体流量调节阀能够调节压缩气体供应管路内的压缩气体的流量；所述气体流量传感器、气体流量调节阀也分别通过信号线与集控站相连接设置；
所述集控站能够控制直流恒流源、气体流量调节阀的动作；所述温度传感器的检测信号、气体流量传感器的检测信号、气体流量调节阀的控制信号输入集控站，集控站根据设定的温度控制气体流量调节阀、直流恒流源的动作，进而控制炉膛内的温度。
本系统还包括等离子火炬发生器、直流恒流源、温度传感器、气体流量传感器、气体流量调节阀、集控站、信号线、压缩气体供应管路和直流动力电缆，气体流量传感器和温度传感器通过信号电缆将信号连接至集控站，集控站将控制信号输送至气体流量调节阀、直流恒流源，整套系统实现了集控站自动控制等离子焚烧熔融炉内的炉膛温度，使其维持恒定。
等离子炬发生器工作气体介质为空气、氮气或氦气、氩气等，工作气体经气体流量传感器和气体流量调节阀后进入等离子体发生器内；等离子炬发生器和温度传感器安装在等离子焚烧熔融炉上，并与炉膛相连通；直流恒流源给等离子炬发生器供电，温度传感器的检测信号、气体流量调节阀的控制信号和气体流量传感器的检测信号接入集控站。本发明的恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统能满足一般工业用途的等离子固废处理的要求，确保固废等离子焚烧熔融炉温度维持恒定，在固废处理领域具有广泛的应用。
在本实施例中，所述炉膛的底部设置为熔池(图中未示出)，所述温度传感器的数量设置为4～8支，分别安装于固废等离子焚烧熔融炉的熔池上方、固废等离子焚烧熔融炉的炉顶、固废等离子焚烧熔融炉的出口烟道上方和固废等离子焚烧熔融炉的底部，且以上每个位置安装不少于1支温度传感器。
在本实施例中，所述系统还包括气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器，所述压缩气体供应管路的输入端与气体流量传感器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器。
较优地，所述气体过滤装置为过滤器(即气体过滤器)，所述气体减压装置为减压阀(即气体减压阀)。
在本实施例中，所述等离子炬集控站包括DCS控制系统或PLC控制系统。
在本实施例中，所述等离子炬发生器包括直流转移弧或非转移弧等离子炬发生器，发生器采用耐腐蚀金属水冷却等离子炬发生器。
本发明采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统能够应用在固废处理方面中。
本发明采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统的一种工作原理如下：
在工业化生产过程中产生的固废，它们在温度为1500℃的等离子焚烧熔融炉里被融化，等离子焚烧熔融炉的高温环境要借助于直流恒流电源提供的200kW等离子体枪的运行，压缩气体通过电动气体流量调节阀连续调节等离子火炬发生器的载气流量，温度传感器不断检测等离子焚烧熔融炉的温度。在连续溶解固废过程中，随着下料量的变化，焚烧熔融炉的温度不断发生变化，为了保持固废的充分溶解，就需要不断调节等离子枪的输出功率，进一步维持炉温恒定。等离子炬的伏安特性为负阻特性，当气体流量不变时，随着电流的增大，温度升高，空气的电导率增大，使得弧阻下降，由于弧阻的下降速率大于电流的增加速率，弧间电压减小，等离子炬实际输出功率W＝I↑×U↓增加不大。而电流不变的情况下，当增大气体流量时，气体流速随之增加，对等离子炬弧根冷却作用加剧，对电弧的压缩程度增加，弧阻上升，导致弧压升高，等离子炬输出功率W＝I×U↑显著增加。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述系统包括固废等离子焚烧熔融炉，该固废等离子焚烧熔融炉包括炉膛，该系统能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度，且能够通过连续调节等离子炬载气流量来连续调整直流等离子炬的功率输出，最终能够控制固废等离子焚烧熔融炉的炉膛内的温度。
2.根据权利要求1所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述系统能够控制固废等离子焚烧熔融炉内的温度维持恒定。
3.根据权利要求1所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述系统还包括温度传感器，该温度传感器能够实时监测固废等离子焚烧熔融炉内的温度。
4.根据权利要求1所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述固废等离子焚烧熔融炉为连续排渣焚烧熔融炉或间歇排渣焚烧熔融炉。
5.根据权利要求1至4任一项所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述系统还包括等离子火炬发生器、直流恒流源、温度传感器、气体流量传感器、气体流量调节阀、集控站、信号线、压缩气体供应管路和直流动力电缆，所述等离子火炬发生器设置于固废等离子焚烧熔融炉上，且等离子火炬发生器的输出端设置于炉膛内，等离子炬发生器的输出端发生等离子炬能够加热炉膛；所述离子火炬发生器通过压缩气体供应管路与压缩气体相连接设置，该等离子火炬发生器也通过信号线与集控站相连接设置，该等离子火炬发生器还通过直流动力电缆与直流恒流源相连接设置；所述直流恒流源也与集控站相连接设置；
所述固废等离子焚烧熔融炉上设置多个温度传感器，该温度传感器能够检测炉膛的侧壁、顶部和底部的温度；所述温度传感器通过信号线与集控站相连接设置；
所述压缩气体供应管路的输入端与等离子火炬发生器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体流量传感器、气体流量调节阀，该气体流量传感器能够检测压缩气体供应管路内的压缩气体的流量，该气体流量调节阀能够调节压缩气体供应管路内的压缩气体的流量；所述气体流量传感器、气体流量调节阀也分别通过信号线与集控站相连接设置；
所述集控站能够控制直流恒流源、气体流量调节阀的动作；所述温度传感器的检测信号、气体流量传感器的检测信号、气体流量调节阀的控制信号输入集控站，集控站根据设定的温度控制气体流量调节阀、直流恒流源的动作，进而控制炉膛内的温度。
6.根据权利要求5所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述炉膛的底部设置为熔池，所述温度传感器的数量设置为4～8支，分别安装于固废等离子焚烧熔融炉的熔池上方、固废等离子焚烧熔融炉的炉顶、固废等离子焚烧熔融炉的出口烟道上方和固废等离子焚烧熔融炉的底部，且以上每个位置安装不少于1支温度传感器。
7.根据权利要求5所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述系统还包括气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器，所述压缩气体供应管路的输入端与气体流量传感器之间的压缩气体供应管路上依次间隔相连接设置气体过滤装置、气体减压装置、气体测温传感器和气体测压传感器。
8.根据权利要求5所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述等离子炬集控站包括DCS控制系统或PLC控制系统。
9.根据权利要求5所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统，其特征在于：所述等离子炬发生器包括直流转移弧或非转移弧等离子炬发生器，发生器采用耐腐蚀金属水冷却等离子炬发生器。
10.如权利要求1至4任一项所述的采用恒流源供电的直流等离子炬的功率调节系统在固废处理方面中的应用。
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