磁化多電弧熱等離子體床形反應(yīng)器的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種等離子體化工反應(yīng)器。其特征在于在這反應(yīng)器內(nèi)，用磁化多電弧放電產(chǎn)生平均溫度4000°C的大面積熱等離子體反應(yīng)區(qū)；其尤其適用于需要高溫的煤氣化，固體、液體廢物高溫?zé)峤馓幚?，耐高溫材料合成，耐高溫顆粒材料球化以及冶金等方面的應(yīng)用。
[0002]【背景技術(shù)】熱等離子體是物質(zhì)被加熱到幾千度以上時(shí)產(chǎn)生的一種特殊物質(zhì)存在狀態(tài)。在此狀態(tài)下，物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)烈的物理化學(xué)作用和許多特殊的效應(yīng)。以熱等離子體高溫物理化學(xué)過程為基礎(chǔ)，在當(dāng)今世界上，產(chǎn)生了一系列嶄新的熱等離子體工業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)。在一些重要的工業(yè)領(lǐng)域，如煤化工，固體、液體廢物處理，冶金，材料等領(lǐng)域，熱等離子體技術(shù)正逐步展現(xiàn)出重大的應(yīng)用前景。
[0003]所有熱等離子體工業(yè)應(yīng)用中，共同的核心技術(shù)是熱等離子體產(chǎn)生技術(shù)。目前產(chǎn)生幾百千瓦到幾兆瓦功率的熱等離子體技術(shù)主要是二種方法:等離子體炬和電弧。等離子體炬的典型形式，如專利申請(申請?zhí)?01320030009.8)中所表明的。等離子體炬產(chǎn)生的熱等離子體是一種溫度分布極不均勻的高速射流，在很多工業(yè)應(yīng)用情況中，它表現(xiàn)出三個(gè)主要缺點(diǎn):一，射流核心五千度以上的高溫等離子體區(qū)域只集中在射流中心一個(gè)很小的區(qū)域，而大部分外層區(qū)域溫度相對較低，二，射流的外層區(qū)域和中心都具有很高的流速。因此用這樣的等離子體炬加熱粉料時(shí)，相當(dāng)部分的粉料很難進(jìn)入到真正的高溫區(qū)。三，隨著等離子體炬功率增大，其射流速度也迅速增加，粉料在有限長度的高溫等離子體射流中，駐留和被加熱的時(shí)間越來越短，綜合上述三個(gè)原因，采用等離子體炬的工業(yè)設(shè)備，在進(jìn)行粉料加熱時(shí)，其效能隨著功率增大反而會(huì)不斷下降。
[0004]電弧的典型形式如專利申請(申請?zhí)?01110049182.8)中所表明的。它是由二個(gè)電極間交、直流放電產(chǎn)生的自由電弧形成等離子體。它的主要缺點(diǎn)是:一，電弧功率主要決定于電弧電流，一般情況下功率在兆瓦時(shí)，其電流已高達(dá)幾千甚至上萬安培。因?yàn)槭艿酱箅娏麟娫唇?jīng)濟(jì)性影響和電極在大電流情況下?lián)p耗過快的限止，更大功率的電弧在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上受到了很大限止。二，電弧電極在工作時(shí)是消耗性的，除了物理的各種損耗機(jī)制外，還有化學(xué)損耗，這限止了電弧在氧化性氣氛中的應(yīng)用。同時(shí)大量損耗的電極材料也會(huì)污染生產(chǎn)過程。三，電弧等離子體的平均溫度較低，相應(yīng)加熱效率會(huì)有所降低。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本實(shí)用新型發(fā)明磁化多電弧熱等離子體床形反應(yīng)器，其特征在于，一個(gè)帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-0)，依據(jù)反應(yīng)器功率大小，其橫截面可以是圓形的，如圖2所示，或是跑道形的，如圖3所示；其頂部通過一個(gè)法蘭和一個(gè)帶有雙層水冷結(jié)構(gòu)的頂蓋(2-0)相連，該頂蓋上設(shè)置有多種不同功能的進(jìn)口，如頂蓋進(jìn)料口(2-1)、頂蓋進(jìn)氣口(2-2)、頂蓋測量口(2-3)、頂蓋光學(xué)觀察口(2-4);在反應(yīng)器運(yùn)用于粉料處理時(shí)，頂蓋進(jìn)料口(2-1)上安裝有粉料分布器(3-0);和帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-0)對稱軸相垂直的一個(gè)橫截面上，沿其外壁設(shè)置多個(gè)成偶數(shù)的電弧電極法蘭口(1-1)，在每個(gè)電弧電極法蘭口(1-1)上，安裝有耐高溫直通插板閥(4-1)，該閥的另一端口連接電弧電極器(4-0);每兩個(gè)電弧電極器(4-0)成一對，在圓形橫截面的反應(yīng)器筒體情況下，每對電弧電極器(4-0)沿反應(yīng)器筒體的圓形橫截面一條直徑相對安裝；或各自沿相鄰的半徑方向安裝；在跑道形橫截面的反應(yīng)器筒體情況下，電弧電極器(4-0)，都安裝在跑道形橫截面外壁的直線邊上，每對電弧電極器(4-0)可以分別處在相對邊，相向安裝；或安裝在同一邊，相鄰安裝；帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-ο)側(cè)面不同高度位置上，根據(jù)需要，設(shè)有一些不同功能的進(jìn)口，如側(cè)面測量口(1-2)、側(cè)面光學(xué)觀察口(1-3)、側(cè)面進(jìn)氣口(1-4)和反應(yīng)器筒體的冷卻水進(jìn)出水口(1-5-1，1-5-2);在帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-0)的下端內(nèi)部砌有多層復(fù)合耐火保溫層(5-0);帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-0)的下端有反應(yīng)器出口法蘭，與其相連接的是淬冷器￠-0)，多層復(fù)合耐火保溫層(5-0)內(nèi)側(cè)下端有一個(gè)可以沿其內(nèi)表面上下運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)器內(nèi)壁機(jī)械清疤器(7-0)，在帶雙層水冷結(jié)構(gòu)的金屬反應(yīng)器筒體(1-0)的外面，安裝有和其對稱軸同軸的磁場線圈(8-0)。
[0006]本發(fā)明的基本工作原理:電弧電極器(4-0)，在結(jié)構(gòu)形式上，它們類似于普通的轉(zhuǎn)移弧等離子體炬。電弧電極器是成對工作的，每對電弧電極器(4-0)內(nèi)部的主電極分別接到同一個(gè)直流恒流電源的正負(fù)輸出端；工作時(shí)，它們是反應(yīng)器筒內(nèi)放電電弧的正負(fù)電極。多對電弧電極器(4-0)放電時(shí)，在反應(yīng)器筒體內(nèi)的A-A截面附近同時(shí)形成多個(gè)放電電弧，這些電弧和由磁場線圈(8-0)產(chǎn)生的磁場相互作用，放電電弧快速移動(dòng)，拉伸，分叉，重聯(lián)；在幾百高斯的磁場情況下，上述過程以極高頻率發(fā)生；這時(shí)在它們存在的區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)大的均勻加熱效應(yīng)；同時(shí)各個(gè)電弧電極器(4-0)還從它們出口噴射出平均溫度4000°C的等離子體射流，多個(gè)等離子體射流在同一個(gè)橫截面附近相互作用，產(chǎn)生很大的射流混合加熱效應(yīng)；在上述二個(gè)加熱過程共同作用下，在反應(yīng)器內(nèi)A-A截面的中心部位就形成了基本均勻的高溫等離子體床。為了減少反應(yīng)器的熱損失，在高溫等離子體床下部反應(yīng)器內(nèi)壁有多層復(fù)合耐火保溫層(5-0)。與反應(yīng)器出口直接相連的是淬冷器￠-0)。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:一，當(dāng)反應(yīng)器需要增大功率時(shí)，只需通過增加成對的電弧電極器數(shù)目，從而增加放電電弧數(shù)就能實(shí)現(xiàn)。二，這樣方式實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)器功率增大或減小，所產(chǎn)生的等離子體床的主要特性，如等離子體床的溫度、軸向流速、和等離子體床的厚度都可以保持基本不變，只是改變平展的等離子體床的面積。因此反應(yīng)器的物理、化學(xué)狀態(tài)不會(huì)隨反應(yīng)器功率變化而改變。三，作為反應(yīng)器的工作區(qū)，等離子體床中的狀態(tài)參數(shù)分布較均勻，有效反應(yīng)區(qū)域大。四，等離子體床的軸向流速低，這樣就能有效延長反應(yīng)物在其內(nèi)的