CZ283337B6 - Přívodní trubice pro dodávku reagující složky do plazmového hořáku - Google Patents

Abstract

Přívodní trubice (5) jsou uspořádané centrálně ve vnitřní elektrodě (3) plazmového hořáku (1), s dvěma nebo více trubkovitými elektrodami (2.3) uspořádanými koaxiálně uvnitř sebe, přičemž přívodní trubice (5) je chlazena kapalinou a vnější plocha (7) a dolní plocha (9) jsou opatřeny tepelně isolačním potahem (10,11). Poloha přívodní trubice (5) může být posunuta v axiálním směru za účelem nastavení trysky vzhledem k plazmovému plameni a dolní část (18) přívodní trubice (5) je vyměnitelná a je opatřena konickým zúžením ve tvaru Venturiho trysky (15), která umožňuje dolní části (18) přívodní trubice (5) obsahující Venturiho trysku (15), aby byla vybrána tak, že zajistí optimální rychlost plynu pro použitou reagující složku. Prvky pro měření teploty mohou být umístěny ve výstupu trysky za účelem seřízení chladiva pro docílení správné teploty v použité reagující složce. ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká přívodní trubice plazmového hořáku, zejména pro dodávku reagující složky do zóny plazmového plamene, uspořádané centrálně ve vnitřní elektrodě plazmového hořáku tvořeného alespoň dvěma trubkovitými elektrodami uspořádanými souose uvnitř sebe, přičemž přívodní trubice je chlazena průtočným kapalným chladivém a její vnější a čelní stěny jsou opatřeny tepelně izolačním potahem.

Dosavadní stav techniky

Plazmový hořák se používá pro chemické zpracování reagující složky a může být napájen jak plazmu tvořícím plynem, tak i reagující složkou. Z norského patentu čís. 164 846 je známa elektricky izolovaná přívodní trubice pro příměsi, která je centrálně uspořádána ve vnitřní elektrodě plazmového hořáku, určeného pro ponor do hutní taveniny. V US 4 122 293 je popsána externí, vodou chlazená přívodní trubice pro napájení plynem, příměsí a elektrickým proudem do duté elektrody používané v obloukové tavící peci. Dále známý EP 0 178 288 popisuje trysku plazmového hořáku speciálně konstruovaného pro ohřev hutní taviči pánve. Tryska má špičku elektrody připojenou ke kapalinou chlazenému držáku elektrody, který slouží současně jako přívodní trubice pro plazmu tvořící plyn a elektrický proud. Špička elektrody má centrální vrtání pro plazmu tvořící plyn a výstup z vrtání je nejprve konstruován jako Lavalova tryska a poté jako difuzér umožňující plynu, aby byl rozprášen při výstupu z elektrody. GB 995 152 popisuje elektrický obloukový hořák pro řezací zařízení, který vysílá paprsek plynu ohřátého na velmi vysokou teplotu prostřednictvím elektrického oblouku, který se vytvoří mezi tělem hořáku a obrobkem. Tělo hořáku sestává z elektrody v obloukové komoře a výstupní konec trubky pro dodávku řezacího plynu může být opatřen Venturiho tryskou. Tryska však není vyměnitelná. Z US 4 275 287 je známa vodou chlazená přívodní trubice pro dodávku reagující složky do plazmového hořáku. Dolní část přívodní trubice je odstranitelná za účelem zjednodušení výměny, když je po použití opotřebována. Přívodní trubice však není pohyblivá. Během chemického zpracování reagující složky, např. při pyrolýze je podstatné, aby plyn měl správnou teplotu, když dosáhne zóny plazmového plamene. Jestliže teplota plynu přesáhne určitou hodnotu, bude reagovat příliš brzy. To je nežádoucí, protože rozklad produktů může nastat dříve, než plyn dosáhne plazmový plamen, a to může vést ke srážení těchto produktů v přívodním zařízení a na elektrodách. Bylo zjištěno, že známé konstrukce přívodních zařízení plynu vedou k neuspokojivým výsledkům při použití v plazmovém hořáku, který se používá pro chemické zpracování reagující složky. Tato přihláška má za cíl zajistit přívodní zařízení, u kterého se docílí požadovaná teplota a správný přísun reagující složky do takového plazmového hořáku.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo přívodní trubicí plazmového hořáku zejména pro dodávku reagující složky do zóny plazmového plamene, uspořádanou centrálně ve vnitřní elektrodě plazmového hořáku tvořeného alespoň dvěma trubkovitými elektrodami uspořádanými souose uvnitř sebe, přičemž přívodní trubice je chlazena průtočným kapalným chladivém a její vnější a čelní stěny jsou opatřeny tepelně izolačním potahem podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že přívodní trubice je axiálně posuvná ve směru k resp. od zóny plazmového plamene a dolní část přívodní trubice opatřená kónickým zúžením ve tvaru Venturiho trysky, je vyměnitelná. Dolní část přívodní trubice může být s výhodou opatřena čidly pro měření teploty reagující složky, přičemž teplota a množství průtočného kapalného chladivá jsou řiditelné. Poloha přívodní trubice je za účelem nastavení trysky vzhledem k plazmovému plameni nastavitelná a dolní část

-1 CZ 283337 B6 je vyměnitelná a je opatřena kónickým zúžením ve tvaru Venturiho trysky, která umožňuje dolní části přívodní trubice obsahující Venturiho trysku, aby byla vybrána tak, že zajistí optimální rychlost plynu pro použitou reagující složku. Přívodní trubice pro přívod reagující složky může mít s výhodou umístěna čidla pro měření teploty ve výstupu trysky za účelem seřízení 5 průtočného kapalného chladivá pro docílení správné teploty v použité reagující složce. Plazmový hořák pozůstává z trubicových elektrod, souose umístěných jedna ve druhé. Ve svém nejjednodušším tvaru pozůstává hořák ze dvou elektrod, vnější a vnitřní elektrody. Plazmový hořák může být vybaven i více elektrodami. Elektrody mohou být duté a opatřeny kanály pro dopravu chladivá. Všechny typy tuhých materiálů s dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí 10 mohou být použity pro kapalinou chlazené elektrody. Přednostně se užívají tuhé elektrody. Tuhé elektrody jsou obvykle vyrobeny z materiálu o vysokém bodu tavení a dobrou vodivostí, jako je např. grafit. Reagující složka se přivádí oddělenou přívodní trubicí, umístěnou souose ve vnitřní elektrodě. Termín reagující složka se vztahuje na čistý plyn nebo plyn smíšený s kapalnými částicemi nebo s tuhými částicemi s nimiž proběhne chemická reakce v plazmovém plamenu. 15 Když se přívodní trubice rozpálí v zóně plazmového plamene, musí se trubice chladit. K tomu účelu je vybavena kanály pro dopravu chladivá. Chladicí kanály mohou být vytvořeny vybavením trubice interní dělicí přepážkou, končící poněkud nad čelní stěnou přívodní trubice. Směr toku chladivá je uspořádán tak, aby se docílila nejnižší teplota ve vnitřní části přívodní trubice. Důležité je, aby reagující složka měla správnou teplotu při napájení do plazmové zóny. 20 Žádoucí teplota metanu např. leží v rozsahu od 650 °C do 700 °C. Měřením teploty na výstupu trysky přívodní trubky, např. pomocí termočlánků umístěných v trubici, lze nastavit teplotu chladivá tak, aby reagující složka dosáhla žádanou teplotu při výstupu z trysky. Vnější povrch přívodní trubice a zvlášť čelní stěna, obrácená k plazmovému plameni, jsou opatřeny izolační vrstvou. Přívodní trubice s izolační vrstvou má menší průměr než je vnitřní průměr vnitřní 25 elektrody. Plazmu tvořící plyn nebo reagující látku lze přivádět prstencovým průchodem, vytvořeným mezi přívodní trubicí a vnitřní elektrodou. Teplota při napájení plazmu tvořícího plynu nebo reagující složky je nízká a bude proto přispívat k chlazení přívodní trubice. Plazmu tvořící plyn může tvořit např. inertní plyn jako je dusík nebo argon, které se normálně nezúčastní nebo neovlivní chemickou reakci probíhající v plazmovém plameni. Reagující složka může být 30 rovněž použita jako plazmu tvořící plyn. Přívodní trubice může být posouvána v axiálním směru pro umožnění nastavení trysky pro docílení příznivé polohy vůči plazmovému plameni. Tím se při dosažení plazmové zóny docílí v reagující složce výhodné tepelné podmínky a docílí se i optimální účinnosti chemického procesu. V plazmovém hořáku lze použít odtavné elektrody, které mají určitou míru ztráty tavením, čímž se mění délka elektrody. Z toho důvodu je též 35 výhodné může-li se přívodní trubice posouvat, aby mohla být přestavena a sledovala opotřebení elektrody. Tryska nebo dolní část přívodní trubice obrácené k plazmovému plameni jsou provedeny tak, aby mohly být vyměňovány. Tato část přívodní trubice je vystavena vysokým teplotám takže může docházet k erozi a roztržení trubice. Je proto výhodné, je-li tryska schopná výměny v daných intervalech. Tryska přívodní trubice může být opatřena kónickým zúžením, 40 difuzérem (Venturi) nebo Lavalovou tryskou. Reagující složky tím získají vyšší rychlost toku a tím rychlejšího podávání do plazmového plamene. Rychlost toku plynu je parametr pro docílení nej lepších možných provozních poměrů v plazmovém hořáku, navrženém pro chemický proces. Protože difuzér (Venturi) je vyměnitelný, lze zvolit trysku, která nabízí optimální rychlost toku plynu pro použitou reagující složku. Pomocí přívodní trysky podle vynálezu je 45 dosažen cíl přivádět reagující složku při žádané teplotě a správné rychlosti toku a s výstupní tryskou ve správné poloze vůči plazmovému plameni, čímž se zamezí reagující složce reagovat dříve než dosáhne reakční zónu. To rovněž zamezuje srážení reakčních nebo rozkladových produktů v trysce přívodní trubice a na elektrodách. Ve smyslu tohoto vynálezu lze použít přívodní trubici pro mnoho různých typů plazmových hořáků, jako např. plazmový hořák 50 popsaný v přihlašovatelově norské přihlášce čís. 91 4907.

-2 CZ 283337 B6

Objasnění výkresu

Přívodní trubice plazmového hořáku podle tohoto vynálezu bude dále popsána detailněji s odvoláním na výkres, který schematicky objasňuje přednostní provedení. Obr. 1 je svislý řez plazmovým hořákem s přívodní trubicí podle vynálezu.

Příklad uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je uveden plazmový hořák k Zde je vybaven dvěma elektrodami, vnější elektrodou 2 a vnitřní elektrodou 3. Elektrody 2 a 3 jsou přednostně kruhové a trubicové a jsou umístěny souose, jedna uvnitř druhé. Mohou být plné nebo duté a vybaveny chladicími kanály pro dopravu chladivá. Tuhé elektrody jsou přednostně vyrobeny z materiálu o vysokém bodu tavení a s dobrou elektrickou vodivostí, jako např. grafit nebo karbid křemíku. Všechny typy tuhých materiálů s dobrou elektrickou a tepelnou vodivostí, např. měď, lze použít pro kapalinou chlazené elektrody. Plazmový hořák 1 je vybaven přívodní trubicí 5 pro reagující složku. Přívodní trubice 5 sestává z horní části 4 a spodní části 18, která je vyměnitelná. Přívodní trubice 5 přednostně pozůstává z materiálu o dobré tepelné vodivosti jako je např. měď. Přívodní trubice 5 má vnitřní stěnu 6 a vnější stěnu 7 a je vybavena vnitřní dělicí přepážkou 8, která končí poněkud nad spodním koncem trubice 5, čímž vytváří kanál pro chladivo. Přísun chladivá je proveden tak, že chladivo teče kanálem podél vnitřního povrchu trubice 6 a vytéká z kanálu podél vnějšího povrchu 7. Toto je vyznačeno šipkami. Vyznačený směr toku splňuje cíl docílení nejnižší teploty na vnitřním povrchu přívodní trubice 5. Vnější povrch 7 a zejména čelní stěna 9 trubice 5 jsou opatřeny vrstvami tepelné izolace 10 a 11. Reagující složka se přivádí do plazmového hořáku 1 přívodní trubicí 5. Toto je naznačeno šipkou 12. Termín reagující složka se zde vztahuje na čistý plyn nebo plyn smíšený s kapalinovými částicemi nebo s tuhými částicemi, se kteiými dojde k chemickým reakcím v plazmovém plameni. Mezi přívodní trubicí 5 a vnitřní elektrodou 3 a mezi vnitřní a vnější elektrodou 2, 3 jsou vytvořeny prstencové průchody. Těmito průchody lze přivádět plazmu tvořící plyn. To je naznačeno šipkami 13 a 14. Plazmu tvořící plyn může tvořit např. inertní plyn jako dusík nebo argon, které se normálně nezúčastňují nebo neovlivňují chemickou reakci probíhající v plazmovém plameni. Plazmu tvořící plyn, který je přiváděn prstencovým průchodem mezi přívodní trubicí 5 a vnitřní elektrodou 3, je naznačen šipkami 13. Tento plyn může být předchlazen a tím bude dále přispívat ke chlazení přívodní trubice 5. Přívodní trubice 5 pro reagující plyn je posuvná v axiálním směru. Zařízení pro posouvání této trubice 5 není na výkresu vyznačeno. Účel posouvání přívodní trubice 5 je umožnit nastavení trysky 15 tak, aby zaujala správnou polohu vůči plazmovému plameni. Tryska 15 nebo spodní část 18 přívodní trubice 5 jsou vyměnitelné. Vnitřní a vnější stěny trubice 5 jsou přednostně opatřeny závitovou částí pro umožnění vyšroubování trysky 15 a její nahrazení. Závitová část 16 je pro vnitřní stěnu trubice 5 a závitová část 17 je pro vnější stěnu trubice 5. Spodní část přívodní trubice 5 obrácená k plazmovému plameni je kónického tvaru, čímž se vytváří zúžení ve směru výstupu z trubice 5 ve tvaru difuzérové (Venturiho) trysky 15. Při protlačení reagující složky tryskou 15, docílí tato vyšší rychlosti toku a bude rychleji přiváděna do plazmového plamene. Míra toku je závislá na tvaru Venturiho trysky 15. Protože je dolní část 18 přívodní trubice 5 vyměnitelná, může být správná míra toku nastavena takovým způsobem, že je vyráběna požadovaná jakost v závislosti na použité reagující složce.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Přívodní trubice plazmového hořáku, zejména pro dodávku reagující složky do zóny plazmového plamene, uspořádaná centrálně ve vnitřní elektrodě plazmového hořáku tvořeného alespoň dvěma trubkovitými elektrodami uspořádanými souose uvnitř sebe, přičemž přívodní trubice je chlazena průtočným kapalným chladivém a její vnější a čelní stěny jsou opatřeny io tepelně izolačním potahem, vyznačující se tím, že přívodní trubice (5) je axiálně posuvná ve směru k resp. od zóny plazmového plamene a dolní část (18) přívodní trubice (5) opatřená kónickým zúžením ve tvaru Venturiho trysky (15), je vyměnitelná.
2. 2. Přívodní trubice plazmového hořáku podle nároku 1, vyznačující se tím, 15 že dolní část (18) přívodní trubice (5) je opatřena čidly pro měření teploty reagující složky, přičemž teplota a množství průtočného kapalného chladivá jsou řiditelné.