[发明专利]通过非等温反应等离子体助剂处理两相碎片状或粉状材料的方法和装置

摘要

本发明公开在反应器中实现的用于通过支持气体的等离子体处理携带碎片状材料或粉状元素的方法和装置，其中主要元件由电脉冲源供应的中间温度等离子体(PIT)发生器，所述电脉冲源的电流的幅值有限且产生频率、脉冲的持续时间和脉冲间的时间跨度的持续时间以这种方式被确定以产生大范围的非热等离子体(PIT)，等离子体和装载有待被处理的材料碎片或粉状元素(5)的运载气体助剂(4)沿与反应器的轴线同轴的相对于垂直于反应器的轴线的平面分别呈控制的角度α和β的螺旋轨迹运动，角度α和β能够根据待被处理的材料的性能和反应器的工艺参数和尺寸以给定方式改变。通过在反应器中组织有机材料的碎片或粉状元素上的等离子化学反应的影响，本发明的用途为给定属性和尺寸的发电厂的锅炉中的可燃粉末的燃烧和固体或气体可燃产品的产生。

主权项

1.一种用于在反应器中处理碎片状或粉状材料的方法，其通过设置为以与所述反应器同轴的螺旋运动装载有碎片状材料或粉状元素的支持气体流和旋转反应流来实现，其特征在于：旋转流包括一种或多种在所谓的中间温度等离子体PIT的准稳定态的非热反应等离子体的持续射流(j)，其由交流电供应且在等于或高于大气压力的压力下操作的中间温度等离子体PIT等离子管产生，中间温度等离子体PIT在沿相对于垂直于所述反应器的对称轴的平面呈角度α的直径为De的螺旋轨迹或轨道线的紊流运动中行进，以及所述碎片状材料流由一种或多种支持气体的射流(i)按照相对于垂直于所述反应器的对称轴的平面呈角度β的直径为D的螺旋轨迹来推动，角度α和β在下列充分反应的条件下根据进入碎片状材料的速度U1或粉状元素的流速G、推进剂的速度U2、等离子体射流的速度Vs、进入的材料的碎片的平均特性尺寸l、反应区的反应器长度Y来选择：α(±10％)＝arc sin(Y/jΛ)β(±15％)＝arc sin U1.c.δ.ΔTf/i Y.Qp其中i是装载有同时被引入到反应器中的碎片的流的射流的数量；j是中间温度等离子体PIT的射流的数量或并行操作的等离子管的数量；U1是所述碎片状材料的进入速度，单位用m/s表示；Λ是在中间温度等离子体PIT的射流的长度，用m表示，由经验式Λ＝kp(U3I)0.3De0.2Vs0.3给出；Y是所述反应器的长度，单位用m表示；Qp是由所述等离子体给予所述碎片的能量流的密度，用W/m2表示，由公式Qp＝(1/3)(kTl)0.5.ml‑0.5.E/l.σ给出；c是所述碎片状或粉状的材料的比热容，单位用J/m3.K表示；De是等离子体行进螺旋的平均直径，即圆锥形反应器直径的最大值和最小值之和的一半，单位用m表示；Vs是等离子管的进气速度，单位用m/s；δ是作用在所述材料的碎片上的处理深度，单位用m表示；ΔTf确定被处理碎片的部分δ的温度的增加，单位用摄氏度表示，即进入材料的初始温度和处理结束时的温度之差，确定温度的增加的过程在非稳态热处理的预处理步骤中完成；U3是由等离子体射流发生器给出的电极处的电压在一段时间内的平均幅值，单位用V表示；I是通过所述电极的相应的电流强度在一段时间内的平均幅值，单位用A表示；Tl是所述等离子体中重粒子的平均温度，即2000K；ml是所述等离子体中重粒子的平均质量，单位用kg表示；E是当与中间温度的非热等离子体的射流的分子I碰撞时传递给材料的碎片或粉状元素的等离子体化学能的量，单位用J表示，E～kTl；Te是在中间温度等离子体PIT中的电子的温度，单位用K表示；l是碎片或粉状元素的平均尺寸，单位用m表示；σ是所述等离子体中的粒子关于所述粒子间的弹性碰撞的横截面，σ～10‑19m2；k是波尔兹曼常数，k＝1.38×10‑23J/K；kp是经验系数，kp～6.31×10‑2ml0.5J‑0.3s0.3。