CN115371428A - 一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，炉膛本体内从上到下依次设置预热室、加热室和熔融室，加热室侧面设置阵列式的等离子体加热器接口，等离子体加热器接口与等离子体加热器相连接，加热室下部设置有用于固定筛网的锥面台阶，预热室顶部的高温气体出口连接有高温气体管道，预热室上部侧边开设用于与进料器相连接的固体进料器接口；炉膛本体外部设置有用于冷却炉膛并搜集余热的冷却水套，本发明采用直流电弧等离子体放电技术高效利用电能电离气体，获得精确可调的高温等离子体加热熔融固体，改进燃烧加热方法，在结构上一体化设计预热区与加热区，结构紧凑高效，同时实现余热余气的回收和再利用，提高能源利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体加热技术领域，具体为一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉。
背景技术
工业生产中常常有金属熔炼和非金属熔化等原材料加热需求，这种原材料加热过程往往需要消耗大量能源并产生污染物排放。在当前能源日趋紧张的背景下，对能源利用和环境保护提出了更高的技术要求。
目前工业生产过程中的常用加热方式包括焦炭加热、电磁感应加热和油、气燃烧火焰加热。焦炭加热由于环境污染大、能源利用率低已经基本取消。电磁感应加热只能加热金属，对非金属材料无法实现高频感应加热，且由于电力紧张，一次性投资大，需要避让错峰等原因，一些中小型企业无法普及，主要采用燃气火焰加热方法居多。
一般燃气燃烧火焰加热是传统的以自由火焰为特征的空间燃烧，由于气体的导热和辐射性能较差，使得火焰面附近温度梯度很陡，分布不均匀，容易形成局部高温区，并且火焰面很窄，造成大量氮氧化合物生成；这种燃烧方式还需要较大的空间，预热器和燃烧器分散布置，要求燃烧设备体积庞大，燃烧稳定性差、负荷调节能力小。高温烟气经除尘后直接排入大气，无直接的余热余气回收处理装置，能源浪费极大，有效热利用率低，对环境造成很大的污染。
随着工业可持续发展改革的提出，绿色环保的能源利用越来越急迫。需要针对绿色工业能源需求，在技术上改进燃烧加热方法，提高能源利用效率，实现能源高效清洁利用与降低生态环境压力，达到节能环保与工业发展的平衡。为此，我们推出一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，包括熔炉本体，所述熔炉本体包括炉膛本体，炉膛本体内从上到下依次设置预热室、加热室和熔融室，加热室侧面设置阵列式的等离子体加热器接口，等离子体加热器接口与等离子体加热器相连接，加热室下部设置有用于固定筛网的锥面台阶，熔融室底部设置有用于引导液体流出熔炉本体进入下游设备的熔融物出口；
所述预热室顶部的高温气体出口连接有高温气体管道，预热室上部侧边开设用于与进料器相连接的固体进料器接口；
所述炉膛本体外部设置有用于冷却炉膛并搜集余热的冷却水套，冷却水套底部设置有用于连接进水管的冷却水进口，冷却水套底部另一侧设置有用于导出集热后的水流的冷却水出口；
所述冷却水进口连接有水管，所述水管上设有水泵，所述等离子体加热器通过电缆连接有等离子体驱动电源，电缆上设有放电开关，所述等离子体加热器的进气口连接有气管，所述气管上设有气泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过选择和控制等离子体驱动电源的电流幅值和输出功率，可有效调节和获得不同温度状态的高温等离子体，从而获得不同程度和范围的加热区域，处理不同熔点的固体物，适应不同固体材料的加热熔融需求。
不涉及气液态燃料，大大提高了作业安全性和储运勤务便捷性。工作时，空气电离可形成等离子体火焰，加热过程中高温等离子体火焰与固体直接作用，加热区域集中，能量利用效率高，加热效果好，余气污染物较少。且火焰温度状态与驱动电流直接相关，受环境影响较小，一体式结构设计利用高温气体对待熔融固体物进行了预热，同时设置了余气余热回收装置(即冷却水经冷却水进口进入炉膛本体外部设置的冷却水套，与炉膛本体进行充分热交换并搜集余热后，由冷却水出口流出，待后续进一步利用处理)，整体设备体积紧凑、节能环保、具有较宽的负荷调节范围，能量利用效率高。
采用直流电弧等离子体放电技术高效利用电能电离气体，获得精确可调的高温等离子体加热熔融固体，改进燃烧加热方法，在结构上一体化设计预热区(即预热室)与加热区(即加热室)，结构紧凑高效，同时实现余热余气的回收和再利用，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明熔炉本体的结构示意图。
图中：1、熔炉本体；101、炉膛本体；102、预热室；103、加热室；104、熔融室；105、锥面台阶；106、等离子体加热器接口；107、高温气体出口； 108、固体进料器接口；109、熔融物出口；110、筛网；111、水平台阶；112、高温气体管道；113、冷却水套；114、冷却水进口；115、冷却水出口；2、等离子体加热器；3、进料斗；4、进料器；5、气管；6、气泵；7、放电开关； 8、等离子体驱动电源；9、电缆；10、水泵；11、水管；12、支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，包括熔炉本体1，所述熔炉本体1包括炉膛本体101，炉膛本体101内从上到下依次设置预热室102、加热室103和熔融室104，加热室103 侧面设置阵列式的等离子体加热器接口106，等离子体加热器接口106与等离子体加热器2相连接，加热室103下部设置有用于固定筛网110的锥面台阶 105，熔融室104底部设置有用于引导液体流出熔炉本体1进入下游设备的熔融物出口109；
所述预热室102顶部的高温气体出口107连接有高温气体管道112，预热室102上部侧边开设用于与进料器4相连接的固体进料器接口108；
所述炉膛本体101外部设置有用于冷却炉膛并搜集余热的冷却水套113，冷却水套113底部设置有用于连接进水管11的冷却水进口114，冷却水套113 底部另一侧设置有用于导出集热后的水流的冷却水出口115；
所述冷却水进口114连接有水管11，所述水管11上设有水泵10，所述等离子体加热器2通过电缆9连接有等离子体驱动电源8，电缆9上设有放电开关7，所述等离子体加热器2的进气口连接有气管5，所述气管5上设有气泵6。
所述炉膛本体101耐高温材质的中空圆柱形，上下为半球形空腔。
所述筛网110为耐高温金属材质制成，用于承接被加热固体。
所述等离子体加热器2可根据实际需要调整数量。
所述炉膛本体101中下方的熔融室104外部设置有用于与支架12连接固定的水平台阶111。
所述进料器4左侧上部设有进料斗3，进料器4右端经由固体进料器接口 108伸入至炉膛本体101内，进料斗3和进料器4配合用于向炉膛本体101内添加待熔融的固体物。
所述气管5和气泵6配合设置用于向等离子体加热器2泵入工作气体，放电开关7用于控制等离子体加热器2的工作状态，水泵10和水管11配合设置用于冷却水循环和余热搜集利用。
一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉的结构如图1所示，主要包括熔炉本体1、等离子体加热器2、进料斗3、进料器4、气管5、气泵6、放电开关7、等离子体驱动电源8、电缆9、水泵10、水管11和支架12。
熔炉本体1的结构如图2所示，主要包括炉膛本体101、预热室102、加热室103、熔融室104、锥面台阶105、等离子体加热器接口106、高温气体出口107、固体进料器接口108、熔融物出口109、筛网110、水平台阶111、高温气体管道112、冷却水套113、冷却水进口114和冷却水出口115。
炉膛本体101为耐高温材质的中空圆柱形，上下为半球形空腔。从上到下依次设置预热室102、加热室103和熔融室104。预热室102上部适当位置开设固体进料器接口108，用于与进料器4相连接。预热室102顶端设置有高温气体出口107，用于与高温气体管道112相连接，引出固体熔融后所产生的高温气体。加热室103侧面设置阵列式的等离子体加热器接口106，用于与等离子体加热器2相连接(本实施例中为4个，可根据实际需要调整数量)。加热室103下部设置有锥面台阶105，用于固定筛网110。筛网110为耐高温金属材质制成，用于承接被加热固体。
该结构布局能够保证固体进入加热室103后其底层的固体首先受热熔化，同时上升的高温气体向上流动，使预热室102的待加热固体得到预热。固体加热熔化后形成的液体在重力作用下经筛网110的网孔流入熔融室104。熔融室104底部设置有熔融物出口109，用于引导液体流出熔融炉，进入下游设备。整个炉膛本体101外部设置有冷却水套113，用于冷却炉膛并搜集余热。冷却水套113底部设置有冷却水进口114，用于连接进水管11。另一侧设置冷却水出口115，用于导出集热后的水流。炉膛本体101的中下方熔融室104外部设置有水平台阶111，用于与支架12连接固定。
等离子体加热器2用于提供高温等离子体熔融固体物。进料斗3和进料器4配合设置用于向熔炉内添加待熔融的固体物。气管5和气泵6配合设置用于向等离子体加热器2泵入工作气体。放电开关7用于控制等离子体加热器2的工作状态，等离子体驱动电源8通过电缆9为等离子体加热器2提供电能。水泵10和水管11配合设置用于冷却水循环和余热搜集利用。支架12 用于固定保持整个设备的位置和高度。
等离子体加热器2详见“一种环状阵列式直流电弧等离子体加热器及加热方法”的专利说明，上述其它部件均为现有成熟技术，本发明不再展开叙述。
具体的，使用时，首先按图1所示依次将等离子体加热器2、进料器4、气管5和水管11等装配固定到位。工作时，同时打开气泵6、水泵10和进料器4，将待熔融固体物放入熔炉本体1的内部腔室。闭合放电开关7，等离子体驱动电源8向等离子体加热器2释放电能，产生高温等离子体喷射入熔炉本体1的加热室103内，熔融气化筛网110上方的待熔融固体物，熔化后的液体经筛网110的网孔流入下方熔融室104后经熔融物出口109流出。产生的高温气体上升进入预热室102预热待熔融固体物后，经预热室102顶部的高温气体出口107进入高温气体管道112，待后续进一步利用处理。冷却水经冷却水进口114进入炉膛本体101外部设置的冷却水套113，与炉膛本体101 进行充分热交换并搜集余热后，由冷却水出口115流出，待后续进一步利用处理。
通过选择和控制等离子体驱动电源8的电流幅值和输出功率，可有效调节和获得不同温度状态的高温等离子体，从而获得不同程度和范围的加热区域，处理不同熔点的固体物。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，包括熔炉本体(1)，其特征在于：所述熔炉本体(1)包括炉膛本体(101)，炉膛本体(101)内从上到下依次设置预热室(102)、加热室(103)和熔融室(104)，加热室(103)侧面设置阵列式的等离子体加热器接口(106)，等离子体加热器接口(106)与等离子体加热器(2)相连接，加热室(103)下部设置有用于固定筛网(110)的锥面台阶(105)，熔融室(104)底部设置有用于引导液体流出熔炉本体(1)进入下游设备的熔融物出口(109)；
所述预热室(102)顶部的高温气体出口(107)连接有高温气体管道(112)，预热室(102)上部侧边开设用于与进料器(4)相连接的固体进料器接口(108)；
所述炉膛本体(101)外部设置有用于冷却炉膛并搜集余热的冷却水套(113)，冷却水套(113)底部设置有用于连接进水管(11)的冷却水进口(114)，冷却水套(113)底部另一侧设置有用于导出集热后的水流的冷却水出口(115)；
所述冷却水进口(114)连接有水管(11)，所述水管(11)上设有水泵(10)，所述等离子体加热器(2)通过电缆(9)连接有等离子体驱动电源(8)，电缆(9)上设有放电开关(7)，所述等离子体加热器(2)的进气口连接有气管(5)，所述气管(5)上设有气泵(6)。
2.根据权利要求1所述的一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，其特征在于：所述炉膛本体(101)耐高温材质的中空圆柱形，上下为半球形空腔。
3.根据权利要求1所述的一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，其特征在于：所述筛网(110)为耐高温金属材质制成，用于承接被加热固体。
4.根据权利要求1所述的一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，其特征在于：所述炉膛本体(101)中下方的熔融室(104)外部设置有用于与支架(12)连接固定的水平台阶(111)。
5.根据权利要求1所述的一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，其特征在于：所述进料器(4)左侧上部设有进料斗(3)，进料器(4)右端经由固体进料器接口(108)伸入至炉膛本体(101)内，进料斗(3)和进料器(4)配合用于向炉膛本体(101)内添加待熔融的固体物。
6.根据权利要求1所述的一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉，其特征在于：所述气管(5)和气泵(6)配合设置用于向等离子体加热器(2)泵入工作气体，放电开关(7)用于控制等离子体加热器(2)的工作状态，水泵(10)和水管(11)配合设置用于冷却水循环和余热搜集利用。
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| CN202210973534.7A Pending CN115371428A (zh) | 2022-08-15 | 2022-08-15 | 一种预热熔融一体式直流电弧等离子体熔炉 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115371428A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88102498A (zh) * | 1987-04-30 | 1988-12-28 | 帕塔克有限公司 | 熔炉 |
| CN108707714A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-10-26 | 宝钢工程技术集团有限公司 | 一种废钢及含铁固废多功能熔炼炉 |
| CN108730986A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-02 | 上海齐耀热能工程有限公司 | 固废处理装置 |
| CN209893413U (zh) * | 2018-10-26 | 2020-01-03 | 毛丁 | 助熔等离子炉 |
| CN111397366A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-07-10 | 江苏必瑞驰科技有限公司 | 一种以氧燃枪为热源的废钢熔化炉装置 |
-
2022
- 2022-08-15 CN CN202210973534.7A patent/CN115371428A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88102498A (zh) * | 1987-04-30 | 1988-12-28 | 帕塔克有限公司 | 熔炉 |
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