CN117425262A - 用于生物质转化的等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物质转化的等离子体发生器，包括阳极组件、阴极组件、绝缘件和进粉管，阳极组件包括同轴设置并通过圆环密封连接的第一和第二圆筒状部件，第一圆筒状部件上设有具有收缩喷嘴的阳极喷管，第二圆筒状部件内径大于第一圆筒状部件，第二圆筒状部件内部形成有切向进气室；进粉管垂直连通于第一圆筒状部件上；阴极组件包括同轴设置的锥形电极、电极散热片和高压接线柱，依次连接且自第一圆筒状部件与进粉管的交汇处延伸至第二圆筒状部件内并向外延伸；绝缘件通过绝缘件固定结构嵌套在阳极组件和阴极组件之间用于隔绝阴极和阳极。其不仅提高了生物质的转化效率，而且提高了等离子体转化生物质过程的稳定性。

Description

用于生物质转化的等离子体发生器

技术领域

本发明涉及等离子体发生技术领域，具体地，涉及一种用于生物质转化的等离子体发生器。

背景技术

生物质是一种环境友好、成本低廉的可再生能源，每年产生的农林生物质数量很多，其中含有大量能量，开发生物质高效、环保的利用技术对推动生态文明建设、能源革命和低碳经济发展具有重要意义。

生物质利用方式有直接燃烧和气化。在生物质直接燃烧利用方面，由于生物质含水量高、热值低，挥发分含量高，析出速度快，因而产生的烟气体积较大，导致环境污染，且能量利用率较低。在生物质气化利用方面，将生物质气化制备合成气并通过费托合成技术转化为具有高附加值的燃料和化学品，更具有发展和应用潜力。但常规生物质气化技术存在装置不易小型化、燃气品位低、焦油处理困难等的问题，限制了生物质气化技术的发展和应用。因此，开发生物质高效、环保的利用技术对推动生态文明建设、能源革命和低碳经济发展具有重要意义。

由于等离子体具有高温高化学活性的特点，使得等离子体技术在生物质气化转化和辅助燃烧领域得到了研究和应用。公开号为CN102226091A的专利文献公开了一种生物质热解气化制合成气的装置，该装置是应用热等离子体射流热解气化生物质粉料，虽然可以彻底消除焦油，但热等离子体消耗电能大，导致生物质气化效率低。公开号为CN111690426A的专利文献公开了一种非热等离子体重整纤维素类生物质制备合成气的装置，装置能耗低，气化效率有较大提升，但由于生物质粉末对等离子体的抑制作用，导致处理大量生物质时等离子体出现不稳定，导致重整装置不能在气化效率较高的状态下稳定运行。

因此，需要提供一种用于生物质转化的等离子体发生器来解决上述技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物质转化的等离子体发生器，该用于生物质转化的等离子体发生器不仅提高了生物质的转化效率，而且提高了等离子体转化生物质过程的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于生物质转化的等离子体发生器，该用于生物质转化的等离子体发生器包括阳极组件、阴极组件、绝缘件和进粉管，其中，

阳极组件包括同轴设置并通过圆环密封连接的第一圆筒状部件和第二圆筒状部件，第一圆筒状部件上设有具有收缩喷嘴的阳极喷管，第二圆筒状部件内径大于第一圆筒状部件，并且，第二圆筒状部件内部形成有切向进气室；进粉管垂直连通于第一圆筒状部件上，用于通入生物质粉末；

阴极组件包括同轴设置的锥形电极、电极散热片和高压接线柱，锥形电极、电极散热片和高压接线柱依次连接且自第一圆筒状部件与进粉管的交汇处延伸至第二圆筒状部件内并向外延伸；

绝缘件通过绝缘件固定结构嵌套在阳极组件和阴极组件之间用于隔绝阴极和阳极。

优选地，电极散热片为同轴设置的多片薄圆盘状结构。

优选地，薄圆盘状结构为三片。

优选地，锥形电极的底面与电极散热片一端的圆盘状结构的平面连接并同心设置，电极散热片另一端与高压接线柱相连接。

优选地，锥形电极的底面直径小于阳极喷管的内径。

优选地，锥形电极的底面直径小于电极散热片一端的圆盘状结构的平面的直径。

优选地，电极散热片一端的圆盘状结构的平面的直径大于阳极喷管的内径。

优选地，电极散热片一端的圆盘状结构的平面与阳极喷管的端面之间留有缝隙。

优选地，绝缘件固定结构包括套在绝缘件外的可移动阴极支撑件和与切向进气室相连接的固定支撑件，可移动阴极支撑件与固定支撑件通过螺纹连接。

根据上述技术方案，本发明将阳极组件、阴极组件和绝缘件三者同轴，进粉管为筒状结构，置于阳极侧面。阳极组件包括收缩炬管和切向进气室。阴极组件包括锥形电极、电极散热片和高压接线柱，且三者同轴。绝缘件为筒状，起隔绝阴极和阳极的作用，同时起到固定阴极的作用。锥形电极能保证放电腔体积从而使生物质粉末顺畅进入到放电腔中；喷嘴结构有助于收缩等离子体与生物质粉的相互作用空间，从而增强等离子体的助燃效果；阴极圆盘散热片有助于防止电极温度过高，同时保证电弧运行的稳定性。这样，有效解决了生物质燃料颗粒大量加注时对等离子体的淬灭问题，保证了等离子体稳定运行，增强了等离子体与生物质粉末的相互作用，从而提高了等离子体气化生物质性能和等离子体辅助生物质粉末燃烧效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明提供的用于生物质转化的等离子体发生器的结构示意图。

附图标记说明

1-高压接线柱 2-绝缘件

3-可移动阴极支撑件 4-固定支撑件

5-切向进气室 6-进粉管

7-电极散热片 8-锥形电极

9-阳极喷管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1，本发明提供一种用于生物质转化的等离子体发生器，该用于生物质转化的等离子体发生器包括阳极组件、阴极组件、绝缘件2和进粉管6，其中，

阳极组件包括同轴设置并通过圆环密封连接的第一圆筒状部件和第二圆筒状部件，第一圆筒状部件上设有具有收缩喷嘴的阳极喷管9，第二圆筒状部件内径大于第一圆筒状部件，并且，第二圆筒状部件内部形成有切向进气室5；进粉管6垂直连通于第一圆筒状部件上，用以将生物质粉末通入到等离子体炬中。

阴极组件包括同轴设置的锥形电极8、电极散热片7和高压接线柱1，锥形电极8、电极散热片7和高压接线柱1依次连接且自第一圆筒状部件与进粉管6的交汇处延伸至第二圆筒状部件内并向外延伸；

绝缘件2通过绝缘件固定结构嵌套在阳极组件和阴极组件之间用于隔绝阴极和阳极。

在本实施方式中，为了优化电极散热片7的结构，优选地，电极散热片7为同轴设置的多片薄圆盘状结构。

进一步优选地，薄圆盘状结构为三片。

锥形电极8的底面与电极散热片7一端的圆盘状结构的平面连接并同心设置，电极散热片7另一端与高压接线柱1相连接。

锥形电极8的底面直径小于阳极喷管9的内径。

锥形电极8的底面直径小于电极散热片7一端的圆盘状结构的平面的直径。

电极散热片7一端的圆盘状结构的平面的直径大于阳极喷管9的内径。

电极散热片7一端的圆盘状结构的平面与阳极喷管9的端面之间留有缝隙。

绝缘件固定结构包括套在绝缘件2外的可移动阴极支撑件3和与切向进气室5相连接的固定支撑件4，可移动阴极支撑件3与固定支撑件4通过螺纹连接，以方便调节电极间距。

采用上述结构，将高压接线柱1、电极散热片7和锥形电极8连接在一起构成阴极组件，且为金属结构。并且，将高压接线柱1与激发等离子体的电源的高压端连接。切向进气室5为圆筒状金属结构，且在筒体上开有两个切向孔用以通入放电气；切向进气的目的是使放电气体形成旋流，使等离子体更均匀稳定。绝缘件2套在高压接线柱1上，可选用陶瓷材料或聚四氟乙烯；绝缘件2的作用主要用于隔绝阴极组件和阳极组件。可移动阴极支撑件3套在绝缘件2外，且带有外螺纹。固定支撑件4为筒状，带有内螺纹，与切向进气室5连接。可移动支撑件3与固定支撑件4通过螺纹连接，可旋动调节锥形电极8与阳极喷管9之间的间隙，从而调节放电击穿电压；同时，也可根据放电气流量的大小调节此处，以使放电气流顺利通过放电间隙。送粉管6与阳极喷管9垂直连接，送粉管6的轴线与锥形电极8的顶端对齐，这样能保证生物质粉与电弧充分接触混合。

等离子体发生器激发等离子体的区域处于锥形电极8底端与阳极喷管9端面之间的间隙；等离子体激发后，在旋转气流的带动下，阴极弧根向锥形电极8的顶端移动，阳极弧根向阳极喷管9收缩口处移动，两弧根之间形成较长的等离子体电弧，并在旋转气流的带动下旋转，形成了大体积的等离子体作用区。粉末经送粉管6垂直送入等离子体炬中，与等离子体充分作用，增强了重整效率。

由于生物质粉末影响等离子体的稳定性，有时会导致等离子体灭弧，本发明通过使等离子体激发区和等离子体的作用区分离，使等离子体一直处于激发状态，并利用等离子体在尖端处容易存在的原理，通过旋转气流将等离子体阴极弧根快速带入锥形电极8的顶端，从而维持了等离子体处理生物质粉末的运行状态，保障生物质转化过程稳定进行。

综上所述，通过锥形电极和阳极收缩喷管的结构设计，使等离子体作用区大，保证了等离子体与生物质粉末充分作用，从而提高重整效率。同时，等离子体作用区与等离子体激发区分离，保证了等离子体在大量粉末加注的情形下依然能自动激发并迅速发展到作用区，保证了等离子体转化生物质过程的稳定运行。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述用于生物质转化的等离子体发生器包括阳极组件、阴极组件、绝缘件(2)和进粉管(6)，其中，

所述阳极组件包括同轴设置并通过圆环密封连接的第一圆筒状部件和第二圆筒状部件，所述第一圆筒状部件上设有具有收缩喷嘴的阳极喷管(9)，所述第二圆筒状部件内径大于所述第一圆筒状部件，并且，所述第二圆筒状部件内部形成有切向进气室(5)；所述进粉管(6)垂直连通于所述第一圆筒状部件上，用于通入生物质粉末；

所述阴极组件包括同轴设置的锥形电极(8)、电极散热片(7)和高压接线柱(1)，所述锥形电极(8)、电极散热片(7)和高压接线柱(1)依次连接且自所述第一圆筒状部件与所述进粉管(6)的交汇处延伸至所述第二圆筒状部件内并向外延伸；

所述绝缘件(2)通过绝缘件固定结构嵌套在所述阳极组件和所述阴极组件之间用于隔绝阴极和阳极。

2.根据权利要求1所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述电极散热片(7)为同轴设置的多片薄圆盘状结构。

3.根据权利要求2所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述薄圆盘状结构为三片。

4.根据权利要求2所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述锥形电极(8)的底面与所述电极散热片(7)一端的圆盘状结构的平面连接并同心设置，所述电极散热片(7)另一端与所述高压接线柱(1)相连接。

5.根据权利要求1所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述锥形电极(8)的底面直径小于所述阳极喷管(9)的内径。

6.根据权利要求5所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述锥形电极(8)的底面直径小于所述电极散热片(7)一端的圆盘状结构的平面的直径。

7.根据权利要求6所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述电极散热片(7)一端的圆盘状结构的平面的直径大于所述阳极喷管(9)的内径。

8.根据权利要求7所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述电极散热片(7)一端的圆盘状结构的平面与所述阳极喷管(9)的端面之间留有缝隙。

9.根据权利要求1所述的用于生物质转化的等离子体发生器，其特征在于，所述绝缘件固定结构包括套在所述绝缘件(2)外的可移动阴极支撑件(3)和与所述切向进气室(5)相连接的固定支撑件(4)，所述可移动阴极支撑件(3)与所述固定支撑件(4)通过螺纹连接。