RU2129343C1 - Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor - Google Patents
Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2129343C1 RU2129343C1 RU97101163A RU97101163A RU2129343C1 RU 2129343 C1 RU2129343 C1 RU 2129343C1 RU 97101163 A RU97101163 A RU 97101163A RU 97101163 A RU97101163 A RU 97101163A RU 2129343 C1 RU2129343 C1 RU 2129343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- arc
- reactor
- windings
- terminals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью электродугового разряда и может быть использована в энергетике для комплексной плазменной переработки углей или золы с целью извлечения из нее ценных компонентов, а также в химическом, металлургическом производстве плавленных огнеупорных материалов. The group of inventions relates to the conversion of electrical energy into thermal energy using an electric arc discharge and can be used in the energy sector for complex plasma processing of coal or ash in order to extract valuable components from it, as well as in the chemical, metallurgical production of fused refractory materials.
Известна плазменно-дуговая установка, содержащая дуговую камеру, два стержневых электрода, устройства для ввода и вывода реагентов и электромагнит с охватывающим камеру ярмом магнитопровода. Также имеются сериесные обмотки, расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения электродов. Known plasma-arc installation containing an arc chamber, two rod electrodes, devices for input and output of reagents and an electromagnet with the yoke of the magnetic circuit enclosing the camera. There are also serial windings located in a plane perpendicular to the plane of electrode placement.
Введение отрицательной обратной связи по току дуги через поперечное магнитное поле, создаваемое сериесными обмотками, позволило получить восходящие вольт-амперные характеристики, вытянуть дугу вдоль оси дуговой камеры и увеличить напряжение на электродах (см. (1) - Шевцов В.П., Мельник Г.Е. и др. Плазменно-дуговая установка для переработки твердых мелкодисперсных материалов //Высокотемпературные энерготехнологические процессы и аппараты (лабораторные разработки). - М., 1980, - с. 131-135). The introduction of negative feedback on the arc current through the transverse magnetic field created by the series windings made it possible to obtain ascending current-voltage characteristics, to extend the arc along the axis of the arc chamber, and to increase the voltage at the electrodes (see (1) - V.P. Shevtsov, G. Melnik .E. Et al. Plasma-arc installation for processing solid finely dispersed materials // High-temperature energy-technological processes and apparatuses (laboratory developments). - M., 1980, - pp. 131-135).
Известен способ стабилизации горения электродугового разряда, реализованный в указанной плазменно-дуговой установке, путем наложения на ток дуги поперечного магнитного поля, функционально связанного с величиной тока дуги. При реализации способа поперечное магнитное поле способствует вытягиванию дугового столба из межэлектродного промежутка вниз и в стороны, создавая дуговую петлю. Далее петля шунтируется в межэлектродном зазоре токопроводящим каналом, развивающимся в очередную дуговую петлю, таким образом реализуется объемный электродуговой разряд (см. 1). A known method of stabilizing the combustion of an electric arc discharge, implemented in the specified plasma-arc installation, by imposing on the arc current a transverse magnetic field functionally associated with the magnitude of the arc current. When implementing the method, the transverse magnetic field helps to draw the arc column from the interelectrode gap down and to the side, creating an arc loop. Next, the loop is shunted in the interelectrode gap by a conductive channel developing into the next arc loop, thus the volumetric electric arc discharge is realized (see 1).
В известной плазменно-дуговой установке при реализации известного способа при работе на газообразных реагентах образуется устойчивый электродуговой разряд, однако при работе с твердыми мелкодисперсными материалами устойчивость горения разряда в некоторых случаях является недостаточной. Кроме этого, отсутствует возможность управления мощностью установки при неизменном напряжении питания силовой цепи. In the known plasma-arc installation, when implementing the known method, when working on gaseous reagents, a stable electric arc discharge is formed, however, when working with solid finely dispersed materials, the stability of the discharge burning in some cases is insufficient. In addition, there is no way to control the power of the installation at a constant supply voltage of the power circuit.
Известна также плазменная установка, содержащая механизм подачи материала, стержневые электроды, крышку реактора, дуговую камеру, устройство вывода продуктов переработки и электромагнитную систему, охватывающую дуговую камеру. Электромагнитная установка содержит сериесные катушки поперечного магнитного поля и катушки переменного продольного магнитного поля. Сериесные катушки обеспечивают отрицательную обратную связь по току дуги, а катушки переменного поля - рассредоточение электродугового разряда в объеме дугой камеры (см. (2) - Шевцов В.П., Мессерле В.Е. и др. Плазменная технологическая установка для термообработки мелкодисперсных материалов //Плазменная активация горения углей. - Алма-Ата, 1989, - с. 150-168). Also known is a plasma installation comprising a material feeding mechanism, rod electrodes, a reactor lid, an arc chamber, an output device for processing products, and an electromagnetic system covering the arc chamber. The electromagnetic installation comprises a series transverse magnetic field coil and a variable longitudinal magnetic field coil. Series coils provide negative feedback on the arc current, and alternating field coils provide dispersion of the electric arc discharge in the volume of the arc chamber (see (2), V.P. Shevtsov, V.E. Messerle and others. Plasma processing plant for heat treatment of finely dispersed materials // Plasma activation of coal combustion. - Alma-Ata, 1989, - p. 150-168).
Однако в известной плазменной установке также не обеспечивается достаточно устойчивой режим работы реактора и нет возможности управления мощностью реактора при неизменном напряжении питания силовой цепи. However, in the known plasma installation, a sufficiently stable reactor operation mode is also not provided, and there is no possibility of controlling the reactor power at a constant supply voltage of the power circuit.
Известен способ организации электродугового разряда путем воздействия на ток дуги совместно поперечным магнитным полем, индукция которого функционально связана с током дуги, и продольным переменным магнитным полем. Поперечное поле обеспечивает отрицательную обратную связь и стабилизацию горения дугового разряда, а продольное переменное магнитное поле обеспечивает рассредоточенный объемный разряд и выравнивание профиля температур по сечению дуговой камеры за счет колебаний прианодного и прикатодного столбов дуги (см. 2). A known method of organizing an electric arc discharge by acting on the arc current together with a transverse magnetic field, the induction of which is functionally related to the arc current, and a longitudinal alternating magnetic field. The transverse field provides negative feedback and stabilization of the arc discharge, while the longitudinal alternating magnetic field provides a dispersed volume discharge and alignment of the temperature profile over the cross section of the arc chamber due to vibrations of the anode and cathode columns of the arc (see 2).
Однако способ не обеспечивает достаточного запаса устойчивости горения дуги и не дает возможности управления мощностью электродугового разряда цепи питания дуги. However, the method does not provide a sufficient margin of stability of burning the arc and does not allow controlling the power of the electric arc discharge of the arc supply circuit.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство для тепловой обработки потока огнеупорных сыпучих материалов, содержащее разрядную камеру, два стержневых электрода, устройство ввода-вывода реагентов и продуктов переработки и электромагнит, выполненный в виде охватывающего камеру ярма, на двух симметрично расположенных полюсных наконечниках которого размещены сериесные обмотки поперечного магнитного поля с выводами для подключения к источнику питания дуги плазменного устройства, и обмотки управления, подключенные к автономному источнику питания постоянного тока. Кроме этого, устройство содержит регулируемое сопротивление стабилизации, включенное в цепь сериесных обмоток, регулируемое сопротивление управления, включенное в цепь обмоток управления, задатчик параметров работы, формирователь сигналов управления и три механизма отработки. При зажигании дуги в разрядной камере между стержневыми электродами сериесные обмотки и обмотки управления создают поперечное магнитное поле между полюсами электромагнита, приводящие к появлению силы Лоренца, вытягивающей дуговой разряд в соответствии с заданным задатчиком параметров работы величинами регулируемых сопротивлений стабилизации и управления, отрабатываемых первыми двумя механизмами отработки. Третий механизм отработки отрабатывает регулируемую заслонку (дозатор) бункера, обеспечивая заданный поток исходного материала. Таким образом частицы исходного материала нагреваются до заданных температур при заданном токе дугового разряда (см. (3) - RU, 2061304 C1 (научно-производственное объединение "РАТЭМ", 27.05.96, H 05 B 7/18, H 05 H 1/00, 1/26, 6 стр., принято за прототип). The closest device of the same purpose to the claimed device in the group of inventions according to the totality of features is a device for heat treatment of a flow of refractory bulk materials containing a discharge chamber, two rod electrodes, an input / output device for reagents and processed products, and an electromagnet made in the form of a yoke enclosing the camera , on two symmetrically located pole pieces of which serial windings of the transverse magnetic field with leads for connecting to the source are placed the power supply of the arc of the plasma device, and the control windings connected to an autonomous DC power supply. In addition, the device contains an adjustable stabilization resistance included in the series winding circuit, an adjustable control resistance included in the control winding circuit, an operating parameter adjuster, a control signal generator and three mining mechanisms. When the arc is ignited in the discharge chamber between the rod electrodes, the series windings and control windings create a transverse magnetic field between the poles of the electromagnet, which leads to the appearance of the Lorentz force, which extends the arc discharge in accordance with the specified job parameters by the values of the adjustable stabilization and control resistances worked out by the first two working mechanisms . The third mining mechanism fulfills the adjustable flap (dispenser) of the hopper, providing a given flow of source material. Thus, the particles of the starting material are heated to predetermined temperatures at a given arc discharge current (see (3) - RU, 2061304 C1 (RATEM Scientific and Production Association, 05/27/96, H 05 B 7/18, H 05 H 1 / 00, 1/26, 6 pp., Taken as a prototype).
Однако в указанном устройстве управление мощностью реактора затрагивает силовые цепи, так как регулируемое сопротивление стабилизации включено в цепь тока дуги, что при больших мощностях реактора (выше 100 кВт) и больших токах дуги технически сложно реализуемо и снижает КПД плазменного устройства в целом. Также к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве нет достаточного запаса по устойчивости горения дуги и может наблюдаться потеря этой устойчивости вследствие недостаточно высокой температуры в межэлектродном промежутке при приближении производительности устройства близко к расчетной. However, in the indicated device, the control of the reactor power affects the power circuits, since the adjustable stabilization resistance is included in the arc current circuit, which is technically difficult to realize at high reactor powers (above 100 kW) and high arc currents and reduces the efficiency of the plasma device as a whole. Also, the reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype include the fact that the known device does not have sufficient margin for the stability of arc burning and there may be a loss of this stability due to insufficient temperature in the interelectrode gap when approaching the device performance close to the estimated.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ управления электродуговым разрядом плазменного реактора по прототипу, включающий воздействие на ток дуги поперечным магнитным полем, индукция которого пропорциональна току дуги, и поперечным магнитным полем управления. Поперечное магнитное поле, индукция которого пропорциональна току дуги, способствует вытягиванию петли тока электрической дуги и стабилизации ее горения за счет обеспечения отрицательной обратной связи по току. Введение поперечного магнитного поля управления дает возможность регулировать величину мощности плазмотрона. Это достигается тем, что при том же количестве витков обмотки стабилизации величина магнитного поля определяется суммой ампервитков обмотки стабилизации и обмотки управления, а регулирование величины магнитного поля ведет к изменению сил Лоренца, воздействующих на ток дуги и вытягивающих дуговую петлю. В известном способе управления мощностью электродугового разряда осуществляется регулированием тока как в цепи обмотки управления, так и в цепи обмотки стабилизации, путем включения в их цепи регулируемых сопротивлений управления и стабилизации. Режим управления определяется уставкой задатчика работы и согласуется с заданным регулируемым потоком частиц исходного материала, что позволяет получать материалы с заданными свойствами. Известный способ реализован в известном устройстве для тепловой обработки потока огнеупорных сыпучих материалов (см. 3, принято за прототип). The closest method of the same purpose to the claimed method in the group of inventions according to the totality of features is a method for controlling the electric arc discharge of a plasma reactor according to the prototype, including the action on the arc current by a transverse magnetic field, the induction of which is proportional to the arc current, and the transverse magnetic control field. A transverse magnetic field, the induction of which is proportional to the arc current, helps to draw the current loop of the electric arc and stabilize its combustion by providing negative current feedback. The introduction of a transverse control magnetic field makes it possible to control the magnitude of the plasma torch power. This is achieved by the fact that for the same number of turns of the stabilization winding, the magnitude of the magnetic field is determined by the sum of the ampere-turns of the stabilization winding and the control winding, and the regulation of the magnitude of the magnetic field leads to a change in the Lorentz forces acting on the arc current and stretching the arc loop. In the known method of controlling the power of an electric arc discharge, the current is regulated both in the control winding circuit and in the stabilization winding circuit by including adjustable control and stabilization resistances in their circuit. The control mode is determined by the setpoint of the operation master and is consistent with a given controlled flow of particles of the source material, which allows to obtain materials with desired properties. The known method is implemented in a known device for heat treatment of the flow of refractory bulk materials (see 3, taken as a prototype).
Однако реализация указанного известного способа не позволяет обеспечить необходимый запас устойчивости горения электродугового разряда плазменных устройств по переработке сыпучих материалов при их производительности, приближающейся к расчетной. However, the implementation of this known method does not allow to provide the necessary stability margin of combustion of the electric arc discharge of plasma devices for processing bulk materials with their productivity approaching the calculated one.
Также следует учесть, что электродуговой разряд формируется циклически развивающейся под действием поперечного магнитного поля дугой от токовой перемычки, образованной в результате пробоя газа между концами электродов, до дуговой петли, ограниченной стенками камеры. При этом наблюдаются пульсации напряжения на электродах, вызванные изменением электрического сопротивления дуги и колебаниями тока в электрической цепи, содержащей индуктивности сериесных катушек и сглаживающего дросселя источника питания. С ростом индукции поперечного магнитного поля, при увеличении мощности плазмотрона через обмотки управления, растет скорость движения дугового столба, уменьшается время пребывания дуги вблизи концов электродов, снижается температура газа в этой зоне и пикового напряжения на электродах может не хватить для пробоя "холодного" межэлектродного промежутка, что ведет к потери устойчивости горения дуги. Также к потере устойчивости может привести значительный занос холодных реагентов, подаваемых в разрядную камеру, в межэлектродный промежуток. В ряде случаев, при опытной проверке, приемлемый режим работы плазмотрона достигается только снижением в полтора-два раза расхода сырья, подаваемого в разрядную камеру, по сравнению с расходом, определенным по тепловому балансу. It should also be taken into account that an electric arc discharge is formed by an arc cyclically developing under the influence of a transverse magnetic field from a current bridge, formed as a result of gas breakdown between the ends of the electrodes, to an arc loop bounded by the chamber walls. In this case, voltage ripples on the electrodes are observed, caused by a change in the electric resistance of the arc and current fluctuations in the electric circuit containing the inductances of the series coils and the smoothing inductor of the power source. With increasing transverse magnetic field induction, with an increase in the plasma torch power through the control windings, the arc column travels faster, the arc dwell time near the ends of the electrodes decreases, the gas temperature in this zone decreases and the peak voltage at the electrodes may not be enough to break through the cold interelectrode gap , which leads to loss of stability of the burning of the arc. Significant drift of cold reagents supplied to the discharge chamber into the interelectrode gap can also lead to loss of stability. In some cases, during pilot testing, an acceptable mode of operation of the plasma torch is achieved only by reducing one and a half to two times the consumption of raw materials supplied to the discharge chamber, compared with the flow rate determined by the heat balance.
Заявляемая группа изобретений направлена на решение единой задачи, заключающейся в повышении устойчивости горения электродугового разряда за счет введения отрицательной обратной связи по напряжению на дуге, сохранив отрицательную обратную связь по току дуги. Это позволяет повысить производительность плазменного реактора. The claimed group of inventions is aimed at solving a single problem, which consists in increasing the stability of combustion of an electric arc discharge by introducing negative feedback on the voltage across the arc, while maintaining negative feedback on the arc current. This improves the performance of the plasma reactor.
Для достижения обеспечиваемого группой изобретений технического результата в известном плазменном реакторе, содержащем разрядную камеру, два стержневых электрода, устройства ввода и вывода реагентов и продуктов переработки, электромагнит, выполненный в виде охватывающего камеру замкнутого ярма с симметрично расположенными полюсными наконечниками, на двух из которых, расположенных в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения электродов, размещены сериесные обмотки поперечного магнитного поля, создаваемого протекающим через них током дуги, с выводами для подключения к источнику питания дуги реактора и обмотки управления постоянного тока, согласно изобретению на полюсных наконечниках поперечного магнитного поля размещены дополнительные обмотки с выводами, подключенными к клеммам электродов реактора, при этом полярность подключения выбрана так, что дополнительное поперечное магнитное поле направлено встречно создаваемому сериесными обмотками основному поперечному магнитному полю. To achieve the technical result provided by the group of inventions in a known plasma reactor containing a discharge chamber, two rod electrodes, input and output devices for reagents and processed products, an electromagnet made in the form of a closed yoke enclosing the chamber with symmetrically positioned pole tips, on two of which are located in a plane perpendicular to the plane of the electrodes, placed serial windings of the transverse magnetic field created by the flowing black of them with an arc current, with leads for connecting to a power source of the reactor arc and a direct current control winding, according to the invention, additional windings with leads connected to the terminals of the electrodes of the reactor are placed on the pole tips of the transverse magnetic field, and the connection polarity is chosen so that the additional transverse the magnetic field is directed opposite to the main transverse magnetic field created by the series windings.
Кроме того, на дополнительных обмотках могут быть выполнены отводы, позволяющие изменять количество их витков в зависимости от выбранного режима работы. In addition, bends can be made on additional windings, allowing you to change the number of their turns depending on the selected operating mode.
Также в качестве дополнительных обмоток может быть использована часть обмоток управления полюсных наконечником поперечного магнитного поля, выводы которых подключены к клеммам электродов соответственно. Also, as additional windings, part of the control windings of the pole tip of the transverse magnetic field can be used, the terminals of which are connected to the terminals of the electrodes, respectively.
Достижение обеспечиваемого технического результата стало также возможным благодаря способу управления электродуговым разрядом плазменного реактора, включающему воздействие на ток дуги основным поперечным магнитным полем, индукция которого пропорциональна току дуги, и поперечным магнитным полем управления постоянного тока, в котором согласно изобретению на ток дуги воздействуют дополнительным поперечным полем, величина индукции которого функционально связана с напряжением на дуге, а его направление встречно основному поперечному магнитному полю. The achievement of the technical result achieved is also made possible thanks to the method for controlling the electric arc discharge of a plasma reactor, including the action of the main transverse magnetic field on the arc current, the induction of which is proportional to the arc current, and the transverse DC magnetic control field, in which according to the invention an additional transverse field is applied to the arc current whose induction value is functionally related to the voltage across the arc, and its direction is opposite to the main transverse magnetic field.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ управления электродуговым разрядом предназначен для использования в другом заявленном объекте группы - плазменном реакторе, при этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата и на дату подачи заявки могут быть использованы лишь совместно. The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since the group of diverse inventions forms a single inventive concept, moreover, one of the claimed objects of the group — the method of controlling the electric arc discharge — is intended for use in the other claimed object of the group — the plasma reactor, both of which are aimed at solving the same the tasks with obtaining a single technical result and on the filing date of the application can only be used together.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого плазменного реактора, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид в плане. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a diagram of a proposed plasma reactor, front view; in FIG. 2 - same, plan view.
На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - разрядная камера плазменного реактора; 2 - стержневые электроды; 3 - устройства ввода реагентов; 4 - ярмо электромагнита; 5 - полюса поперечного магнитного поля тока дуги; 6 - полюса продольного магнитного поля; 7 - обмотки переменного магнитного поля; 8 - сериесные обмотки поперечного магнитного поля; 9 - обмотки управления; 10 - дополнительные обмотки. The following notation is used in the drawings: 1 — discharge chamber of a plasma reactor; 2 - rod electrodes; 3 - input device reagents; 4 - yoke of an electromagnet; 5 - poles of the transverse magnetic field of the arc current; 6 - poles of the longitudinal magnetic field; 7 - windings of an alternating magnetic field; 8 - serial windings of the transverse magnetic field; 9 - control windings; 10 - additional windings.
Новыми элементами устройства являются дополнительные обмотки 10, размещенные на полюсных наконечниках 5. Причем выводы обмоток 10 подключены к клеммам электродом 2, а полярность подключения выбрана так, что магнитное поле, создаваемое ими, направлено встречно поперечному магнитному потоку, создаваемому сериесными обмотками 8. New elements of the device are
Новым элементом способа управления электродуговым разрядом плазмотрона является воздействие на ток дуги поперечным магнитным полем, функционально связанным с напряжением на электродах реактора, то есть введение отрицательной обратной связи по напряжению на дуге. A new element of the method for controlling the electric arc discharge of a plasma torch is the effect on the arc current by a transverse magnetic field, functionally related to the voltage at the electrodes of the reactor, that is, the introduction of negative feedback on the voltage on the arc.
Процесс формирования электрического разряда плазменного реактора и способ управления электродуговым разрядом осуществляется следующим образом. The process of forming an electric discharge of a plasma reactor and a method for controlling an electric arc discharge is as follows.
В плазменном реакторе электрическая дуга горит в разрядной камере 1 (фиг. 1, 2) между концами подаваемых по мере износа стержневых электродов 2. При зажигании дугового разряда между электродами 2 через сериесные обмотки 8 протекает ток дуги, создающий основное поперечное магнитное поле (Bs), пропорциональное этому току и вытягивающее разряд в виде дуговой петли вдоль оси камеры 1. Взаимодействие тока дуги с магнитным полем определяется силой Лоренца, которая пропорциональна произведению тока дуги на магнитную индукцию, то есть в данном случае пропорциональна квадрату тока дуги. Квадратичная зависимость силы Лоренца от тока дуги положительно влияет на устойчивость ее горения: при уменьшении тока снижается скорость движения дугового столба и теплообмен с окружающим газом, что ведет к снижению его электрического сопротивления и способствует восстановлению тока на дуге. И наоборот, увеличение тока дуги ведет к увеличению индукции магнитного поля, в которой горит дуга, а следовательно, силы, действующей на дугу, и, следовательно, скорости ее движения и размера дуговой петли. Таким образом осуществляется стабилизация разряда путем введения отрицательной обратной связи по току дуги через поперечное магнитное поле. Но на практике для стабилизации разряда этого иногда оказывается недостаточно, так как устойчивость электрической дуги зависит и от величины напряжения на дуге. Повышению устойчивости горения дуги способствует введение отрицательной обратной связи по напряжению на дуге через дополнительное магнитное поле, направленное встречно сериесному полю. При нестабильной работе реактора в процессе подачи мелкодисперсных реагентов в разрядную камеру 1 через устройство подачи 3 и "холодной" дуге повышается напряжение на электродах 2, увеличивается ток в дополнительных обмотках 10, увеличивается поперечное магнитное поле, направленное встречно основному, уменьшается величина индукции суммарного поперечного магнитного поля и уменьшается сила Лоренца, действующая на дуговой столб. В результате дуговой разряд контрагируется, облегчается пробой межэлектродного промежутка и сопротивление дугового столба падает, что ведет к уменьшению напряжения на дуге и повышению устойчивости ее горения. И наоборот, при уменьшении напряжения на дуге за счет перегрева межэлектродного промежутка, а следовательно, и уменьшения мощности плазменного реактора, уменьшается величина дополнительного поля, направленного встречно основному. Это ведет к увеличению индукции суммарного магнитного поля, увеличению силы, действующего на дугу, увеличению скорости движения дугового столба и размера дуговой петли. При этом растет электрическое сопротивление дугового столба и при постоянном токе дуги, задаваемом в цепи источником питания, плазменным реактором - источником тока, повышается напряжение на электродах 2. In a plasma reactor, an electric arc burns in the discharge chamber 1 (Fig. 1, 2) between the ends of the rod electrodes supplied as the wires wear 2. When an arc discharge is ignited between the electrodes 2, an arc current flows through the
Введение управляющих обмоток 9, размещенных на двух полюсных наконечниках 5 замкнутого ярма, дает возможность регулирования мощности плазменного реактора путем изменения суммарных ампервитков, определяющих величину индукции поперечного магнитного поля, не затрагивая силовые цепи. The introduction of
Величина отрицательной обратной связи по напряжению на дуге через поперечное магнитное поле пропорциональна количеству ампервитков обмоток 10. Поэтому в зависимости от выбранного режима работы реактора на дополнительных обмотках 10 сделаны отводы, позволяющие менять число витков в этих обмотках. The magnitude of the negative feedback on the voltage across the arc through the transverse magnetic field is proportional to the number of ampere-turns of the
На практике, при работе плазменного реактора в установившихся процессах на одних и тех же реагентах часто не требуется большой глубины управления мощностью электродугового разряда через посредство управляющих обмоток 9. В таких случаях для упрощения конструкции реактора и экономии электротехнических материалов в качестве дополнительных обмоток 10 возможно использование части витков обмоток управления 9, выводы которых подключают к клеммам электродов 2 соответствующей полярности. In practice, when a plasma reactor operates in steady-state processes on the same reagents, it often does not require a large depth of control of the electric arc discharge power through the
Следует отметить, что для получения более равномерного распределения температуры по сечению камеры 1 целесообразно ввести в разрядную камеру 1 перпендикулярно основному тянущему поперечному магнитному полю переменное магнитное поле, создаваемое обмотками переменного тока 7, расположенным на полюсных наконечниках 6. Продольное переменное магнитное поле способствует колебанию анодного и катодного столбов дуги, что способствует объемному заполнению плазмой разрядной камеры 1 и выравниванию температур по ее сечению. It should be noted that in order to obtain a more uniform temperature distribution over the cross section of the chamber 1, it is advisable to introduce an alternating magnetic field into the discharge chamber 1 perpendicular to the main pulling transverse magnetic field created by the AC windings 7 located on the pole pieces 6. A longitudinal alternating magnetic field contributes to the oscillation of the anode and cathode columns of the arc, which contributes to the volumetric filling of the discharge chamber 1 with plasma and equalization of temperatures along its cross section.
Разрядная камера 1 может быть выполнена и металлической. В этом случае она изготавливается из продольных металлических, водоохлаждаемых и взаимоизолированных секций, исключающих шунтирование дуги на стенки камеры. The discharge chamber 1 can be made of metal. In this case, it is made of longitudinal metal, water-cooled and mutually insulated sections, excluding arc shunting on the chamber walls.
Рассмотрим пример конкретного выполнения способа управления электродуговым разрядом. Consider an example of a specific implementation of the method of controlling an electric arc discharge.
Плазменный реактор (плазмотрон) мощностью 120 кВт, средний диаметр (внутренний) камеры 150 мм, диаметр электродов 20 мм, число витков сериесной катушки 20, ток дуги 400 А (ампервитков 8000), число витков дополнительной катушки 40, ток 20 А (ампервитков 800), управляющих витков нет. Боковые катушки переменного тока с частотой 400 Гц, с числом витков 60, ток катушки 5 А (ампервитков 300). Plasma reactor (plasmatron) with a capacity of 120 kW, average diameter (inner) of the chamber 150 mm, diameter of electrodes 20 mm, number of turns of a serial coil 20, arc current 400 A (ampere turns 8000), number of turns of an additional coil 40, current 20 A (ampere turns 800 ), there are no control turns. Side coils of alternating current with a frequency of 400 Hz, with a number of turns 60, coil current 5 A (300 amperes).
Плазмотрон применяется (на опытной базе КазНИИЭ) для плавки муллитового огнеупора с целью получения плавленных гранул (3Al2O3•2SiO2, T=1910oC).The plasma torch is used (at the experimental base of KazNIIE) for melting mullite refractories in order to obtain fused granules (3Al 2 O 3 • 2SiO 2 , T = 1910 o C).
При мощности плазмотрона 120 кВт и рабочем токе 400 А рабочее напряжение составило 300-320 В при устойчивом горении электрической дуги. With a plasma torch power of 120 kW and an operating current of 400 A, the operating voltage was 300-320 V with stable burning of an electric arc.
Без подключения дополнительных обмоток устойчивая работа плазмотрона обеспечивалась при загрузке реактора не более 20 кг/ч сырья. После подключения дополнительных обмоток расход сырья был увеличен до 24 кг/ч, то есть в среднем производительность реактора повысилась на 15%. Without connecting additional windings, stable operation of the plasma torch was ensured when the reactor was loaded with no more than 20 kg / h of raw material. After connecting the additional windings, the feed rate was increased to 24 kg / h, that is, on average, the reactor productivity increased by 15%.
Преимущества предложенного способа управления электродуговым разрядом и плазменного реактора, в котором он реализован, состоят в увеличении производительности плазменного реактора за счет повышения тепломассообмена между плазмой и перерабатываемым сырьем при сохранении возможности управления мощностью электродугового разряда реактора, не затрагивая силовые цепи тока дуги. The advantages of the proposed method for controlling the electric arc discharge and the plasma reactor in which it is implemented consist in increasing the productivity of the plasma reactor by increasing the heat and mass transfer between the plasma and the processed raw materials while maintaining the ability to control the power of the electric arc discharge of the reactor without affecting the power circuits of the arc current.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101163A RU2129343C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101163A RU2129343C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97101163A RU97101163A (en) | 1999-02-10 |
| RU2129343C1 true RU2129343C1 (en) | 1999-04-20 |
Family
ID=20189349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101163A RU2129343C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2129343C1 (en) |
-
1997
- 1997-01-08 RU RU97101163A patent/RU2129343C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Knight et al. | Application of plasma arc melting technology to processing of reactive metals | |
| US5590152A (en) | DC arc furnace | |
| EP0564190A1 (en) | Glass melting | |
| RU2129343C1 (en) | Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor | |
| EP0195052A1 (en) | A method of stabilising a plasma column produced by a multi-cathode generator | |
| RU2104450C1 (en) | Method of electric melting and electric arc furnace for its realization | |
| US6240120B1 (en) | Inductive melting of fine metallic particles | |
| RU2129342C1 (en) | Plasma direct current reactor | |
| US3857697A (en) | Method of continuously smelting a solid material rich in iron metal in an electric arc furnace | |
| RU2151987C1 (en) | Direct-current plasma-arc furnace for melting oxide materials | |
| US3361862A (en) | System for supplying power to an electric arc metallurgical furnace | |
| JPH0361318B2 (en) | ||
| US2945756A (en) | Electric arc resistance furnace and method of melting refractory materials | |
| RU1815813C (en) | Vacuum gas discharger | |
| RU2182185C1 (en) | Method for plasma heating of charge at ferroalloy production | |
| Makarenko | Thermal cycles in plasma MIG surfacing. | |
| SU1184113A1 (en) | Device for controlling electric conditions of electric-arc furnace | |
| US4227031A (en) | Nonconsumable electrode for melting metals and alloys | |
| SU1302444A1 (en) | Method of controlling electric conditions of electric-arc furnace | |
| Harry et al. | Multiple Arc Discharges for Metallurgical Reduction or Metal Melting | |
| RU2075840C1 (en) | Method of realization of optimum control of electric furnace | |
| RU2190034C2 (en) | Method of smelting alloys from oxide-containing materials | |
| JPH11118122A (en) | Electrical ash melting furnace | |
| US1000838A (en) | Electrical furnace. | |
| SU829375A1 (en) | Apparatus for air/flame cutting of metals |