[发明专利]喷气式阴极

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体气化喷枪。

背景技术

当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体是由电离放电现象所形成的一种状态，伴随着放电将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体喷枪中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏数万度以上，火炬边缘温度也可达到数千度以上，被处理的物质受到高温等离子体冲击时，其分子将会分解、原子将会重新组合而生成新的物质，使有害物质变为无害物质。

在煤气化生产线上，当把水蒸汽通过高温分解后与煤炭进行造气反应，使煤炭更容易气化，提高煤炭的气化率，实现节省煤炭资源；在生活垃圾或工业有机废弃物处置系统中，当把水蒸汽通过高温分解后与再与生活垃圾或工业有机废弃物进行气化反应时，使其转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，实现资源化利用。水分子是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时，水分子将全部分解为氢气、氧气、活性氢原子、活性氧原子和活性氢氧原子团，但是，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到。

在现有的等离子体气化喷枪中，被加热的气体从阴极的外围进入放电区，水蒸汽不易进入火炬的中心区域，因此，现有的等离子体气化喷枪存在水分子分解率低的缺点。等离子体喷枪的阴极是发射电子的部件，由于承受电流的冲击和数万度的高温烧灼，因此，阴极的头部很容易被烧蚀而致损坏，不仅影响生产，而且增加生产成本。

中国专利公告号CN203851357U公开了“一种等离子体加热分解器”，由阳极套、阳极、阴极基座、阴极和绝缘架组成，其中，阴极基座呈中轴向前凸出的回转体结构，阴极基座的中轴为贯通的空心结构，阴极嵌入到阴极基座中轴的内空间中，阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中，阴极的杆体外壁与阴极基座中轴的内壁之间空间构成水套，阴极的杆体中有原料气通道，原料气通道有原料气输入接口接入，阴极的头端中心有原料气喷口，原料气通道通过原料气喷口连通到收缩腔。该专利把水蒸汽通过阴极头端中心的喷口喷入收缩腔中的放电区，使水蒸汽吸收到阴极头端的热量得到预热，同时对阴极的头端具有冷却作用，克服了常规等离子体喷枪电极易烧蚀的缺点。但是，由于该专利是采取把“阴极的头端侧壁紧密装配在阴极基座中轴的前端壁体中，阴极的尾端紧密装配在阴极基座后端的壁体中”的措施进行水套密封的，材料的热胀冷缩作用将会使阴极松动，造成阴极移位和密封不可靠，水套内的冷却水容易泄漏到收缩腔中的放电区，影响到喷枪正常工作。

发明内容

本发明的目的是要克服现有等离子体喷枪的缺点，提高等离子体气化喷枪的加热效率，使水分子分解率更高，避免阴极移位，冷却水不会泄漏，并且对等离子体喷枪的阴极进行有效保护，使等离子体气化喷枪能满足煤气化生产、固体废物处置领域及锅炉点火的应用要求。

本发明的一种喷气式阴极，其特征是阴极由阴极头（2-1）、管状体（2-2）和后端头（2-3）组成，其中，阴极头（2-1）、管状体（2-2）和后端头（2-3）连为一体，阴极头（2-1）的前端中心有喷气口（212），喷气口（212）的周边构成放电端（211），在阴极头（2-1）后部的外侧有外六角突沿（213），外六角突沿（213）的后端构成密封平面（214）；后端头（2-3）的外侧有锁紧螺头（233），锁紧螺头（233）为外螺纹结构，后端头（2-3）的中心有安装螺口（231），安装螺口（231）为内螺纹结构，安装螺口（231）的内空间构成连接口（232）；管状体（2-2）连接在阴极头（2-1）与后端头（2-3）之间，管状体（2-2）的内空间构成气流通道（Ⅰ）；连接口（232）连通到气流通道（Ⅰ），气流通道（Ⅰ）连通到喷气口（212）。本发明中，阴极头（2-1）的前端为圆弧面结构；后端头（2-3）的直径小于阴极头（2-1）的直径，管状体（2-2）的直径小于后端头（2-3）的直径。