[实用新型]高热效率直流电弧等离子体发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业用的高热效率直流电弧等离子体发生器，主要用于锅炉点火燃烧器，等离子体脱硫技术，等离子体处理垃圾，高温降解有剧毒化工废料，以及等离子体钢水包保温技术等方面。

背景技术

工业上采用的直流电弧等离子体发生器的结构、有喷枪型、管状型、同轴型和多功能组合型(双阳极)等结构。它们的热效率分别为40-70％，40-60％，30-50％和60-75％。器存在的注意问题是热效率较低，耗能较高，不能满足现代工业需要高热效率、大功率的等离子体发生器的需求。

提高等离子体发生器功率有两种方法，一是提高电弧电流，二是提高电弧电压。工业上应用的等离子体发生器的电弧电流一般限制在400安培左右。工作电流太大，会造成热效率下降，电极寿命缩短和电源设备费用增加。这样，从提高电弧电压也就是提高电弧长度，是提高功率的最好办法。

现有的喷枪型、管状型、同轴型和多功能组合型等离子体发生器的电弧电压大小，主要决定于供给的气体流量的大小，在电流保持不变的情况下，气体流量越大，电弧柱长度增加，电压就越高。但是气体流量不能无限制的增大，它受到电弧淬灭的限制。当气流量增加到一定值时，气流会吹灭电弧，使电弧柱不能维持正常燃烧。可以看出要提高上述几种结构的等离子体发生器的功率是会受到很多因素制约的。

提高等离子体发生器的热效率的唯一办法，是减少等离子体发生器各部件的热损失。上述几种工业上常用的等离子体发生器各部件的热损失大小，大致是这样分布的。阴极热损失占电弧功率的8-10％，阳极热损失占电弧功率的28-33％。对于多功能组合式双阳极等离子体发生器，点阴极和辅助阳极热损失为8％左右(点阴极损失为1％，辅助阳极的热损失为6-7％)。由此可以看出，提高等离子体发生器的热效率，应从降低等离子体发生器阳极热损失着手。阳极热损失之所以较大，是因为阳极弧根除了绕着阳极内表面快速转动以外，还要沿阳极轴向上，做快速往复运动。所以，阳极弧根斑点在一个很大面积运动，增大了传热面积。阳极弧根和阳极冷壁面之间的温差，可以在3000-8000K，再加上电弧辐射热，造成热损失巨大，电弧加给气体的能量就大为减少，因而热效率低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高热效率直流电弧等离子体发生器，以解决现有技术存在的功率和热效率较低的问题。

本发明的技术方案是：包括阴极、阴极头、辅助阳极、阳极和驱动电源，阴极头装于阴极的顶端，辅助阳极和阳极分别装于阴极头的近端和远端，驱动电源的负极与所述的阴极连接，驱动电源的正极通过串联的辅助阳极控制开关和限流电阻与辅助阳极连接，驱动电源的正极通过阳极控制开关与所述的阳极连接；在所述的阴极和辅助阳极上装有冷却装置，其特征在于：所述的阴极的顶端为圆锥形，在该圆锥形的顶端嵌入圆柱形阴极头；在所述的阴极靠近顶端的半部周围装有绝缘导气环，在该绝缘导气环与阴极之间留有与阴极顶端导通的导气间隙，在所述的绝缘导气环上设有进气接口并与所述的导气间隙相通；在该绝缘导气环的前端与所述的辅助阳极的近端连接，该辅助阳极的近端设有与所述的阴极顶端吻合的圆锥形口；所述的阳极为炭棒电极；所述的阴极头由铈钨合金制成。在所述的炭棒电极面对辅助阳极一侧设有与电弧对应的弧形凹槽。

所述的阴极的冷却装置包括阴极的轴心孔、导流管、阴极进水口和阴极出水口，阴极的轴心孔的一端与阴极底端的阴极进水口相通，导流管的底端与该阴极进水口的内端连接，在阴极的靠近底端的外侧设有阴极出水口。

所述的辅助阳极的冷却装置包括阳极外套、阳极进水口和阳极出水口，阳极外套密封套装在辅助阳极的外侧，两者之间设有冷却水通道，在阳极外套的两端设有分别与所述的冷却水通道两端相通的阳极进水口和阳极出水口。

所述的绝缘导气环、辅助阳极的近端以及阳极外套的近端的外侧通过一个套管螺母和与其螺接的套管相互连接；所述的进气接口是在该套管上。

所述的驱动电源包括低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器、直流开关柜和高频引弧装置，低压交流开关柜、变压器、整流装置、滤波电抗器和直流开关柜依次连接，在该直流开关柜的正极与负极之间连接高频引弧装置。

所述的滤波电抗器采用3～10毫亨的电感线圈，该电感线圈串联在所述的整流装置输出回路中。

所述的限流电阻采用水冷电阻，电阻值为0.3～1欧姆。

本发明具有以下优点：

1.由于发生器阴极和阳极之间为固定弧长，等离子体发生器呈平坦的或上升的电弧伏安特性。