[发明专利]500KW磁稳非转移弧等离子发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率(100KW以上)等离子发生器，属离子产生和火花隙类(H01T)。

背景技术

等离子体是由许多带电粒子组成，总和大约为电中性的物质形态，广泛存在于宇宙中，也是宇宙中丰度最高的物质形态，常被视为是物质的第四态。随着温度上升物质存在固态、液态、气态三态的转化过程，当气态物质温度升至几千度时，使气体分子产生电离，这样物质就变成自由运动并相互作用的正离子和电子组成混合物，即等离子体。其温度分布从100K的低温等离子体到超高温核骤变等离子体的10⁸～10⁹K(1～10亿℃)。等离子体中的粒子会受到作用力的影响：带电粒子运动时会会产生电流以及磁场，当带电粒子横越磁场运动时则受磁场的约束，因此等离子体粒子会受到彼此产生的或来自外界的电磁场的影响。

现使用的热等离子体发生装置中，是阴极和阳极间的电弧放电作用使流入工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，用作等离子体射流或等离子体喷焰等。传统采用的是直流放电法，将直流电源的正极与热等离子体发生器阳极连接，负极与阴极连接，当所加电压达到一定值后，电极间的工作气体被电离形成等离子体，高速喷射出发生器口，形成等离子体喷焰。此时喷焰具有很高的热焓，其焰芯温度可达10000℃～20000℃，外焰部份也可达到3000℃。正是电弧放电等离子体的高温高热焓等特性已被国外先进国家首选为无害化处理各种工业有毒有害废弃物的技术。功率从25kW到250kW不等，当使用空气作为工作气体时连续工作时间可达30小时，当使用氮气作为工作气体时连续工作时间可达100小时以上。非转移弧等离子体发生器，适用于任何形式的工业废弃物，不管被处理物是固态、液态、气态及是否属于导电性质的都能处理。所述非转移弧就是电弧必须在等离子发生器腔内自己产生，不转移在腔体外；所述转移弧是指必须在腔外放导体，导体与腔体外部产生电弧。

目前较为先进的等离子发生器是申请号为CN201210079650.0的国内发明专利公开的一种200KW非转移弧等离子发生器，该装置特征是：从电弧产生至喷出方向顺次设置外周有绝缘筒的阴极、间隙、有可调绝缘座作支撑的小阳极、将主气从外引入中心孔的主气环、二阳极和最下端有喇叭喷囗的大阳极；其中，二阳极与主气环间有密封，二阳极外有调节螺母；阴极为实心紫铜电极，阴极外圈为不锈钢筒，紫铜电极和不锈钢筒间为冷却水道；小阳极、二阳极和大阳极三个阳极均为紫铜电极，且前述三个阳极中心为连通的供电弧送出的孔径相同的中心孔，前述三个阳极紫铜电极内均设有冷却水道；阴极外圈不锈钢筒从前端至后端为紧套阴极的密封的收缩筒颈、锥形筒和直形筒，其中收缩筒颈和直形筒与外部绝缘筒间分别用下螺纹和上螺纹密封连接；在绝缘筒和可调绝缘座外周套螺纹压环将两者轴向可调连接；在可调绝缘座外装异形法兰，并用螺钉将可调绝缘座轴向固定于主气环；二阳极和大阳极轴向用两极间法兰连接固定，两极间法兰间装有绝缘层；辅助气通过可调绝缘座引入小阳极顶部；主气通过主气环旋入二阳极顶部；保护气从二阳极和大阳极间旋入大阳极顶部；直流电源U0的负极与阴极连接；直流电源的正极与前述三个阳极用导线连接,且前述三个阳极与导线的连接线上均各装一个转移电弧开关。

从上可知，该200KW非转移弧等离子发生器的阴极和阳极间接触面积较小、距离较近，功率较低，结构较复杂，其缺点如下：1)阴极与阳极间接触面小、距离较近，导致电极容易过热引起烧蚀，寿命较短，单个电极最多可连续工作300小时；2）弧压较低，若在更大的电压下工作，等离子弧容易出现断弧3）功率较低，电弧较短，不适宜更大规模的工业应用。