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高效非转移弧等离子焚烧系统和方法
申请号	CN201710700794.6	申请日	2017-08-16	公开(公告)号	CN107355797A	公开(公告)日	2017-11-17
申请人	神雾科技集团股份有限公司;			发明人	王晶晨; 陈珊; 侯傲; 杨玉地; 王东方; 吴道洪;
摘要	本发明涉及一种高效非转移弧等离子焚烧系统和方法，该系统包括焚烧室、废气转向阀和一端伸入焚烧室并可在焚烧室内产生等离子弧且结构相同的至少两个非转移弧等离子系统，其中每个非转移弧等离子系统通过废气转向阀连通至焚烧室。该方法通过上述系统来实施。通过本发明的系统和方法，本发明实现了能量循环有效利用，有效地减少了电能的消耗。而且本发明每隔一段时间进行废气换向，有效地提高了非转移弧等离子枪电极的寿命。
权利要求	1.一种高效非转移弧等离子焚烧系统，其特征在于，包括焚烧室、废气转向阀和一端伸入所述焚烧室并可在所述焚烧室内产生等离子弧且结构相同的至少两个非转移弧等离子系统，其中每个所述非转移弧等离子系统通过所述废气转向阀连通至所述焚烧室。 2.根据权利要求1所述的高效非转移弧等离子焚烧系统，其特征在于，还包括空压机，所述空压机与所述焚烧室连通。 3.根据权利要求1或2所述的高效非转移弧等离子焚烧系统，其特征在于，所述非转移弧等离子系统还包括燃气站、气阀、气体混合器、非转移弧等离子枪和非转移弧等离子设备，其中：所述燃气站通过所述气阀连接至所述气体混合器的第一入口，所述废气转向阀连接至所述气体混合器的第二入口，所述气体混合器的出口连接至所述非转移弧等离子枪，所述非转移弧等离子设备与所述非转移弧等离子枪相连。 4.根据权利要求3所述的高效非转移弧等离子焚烧系统，其特征在于，所述非转移弧等离子设备包括电源、冷水机和氩气瓶，所述电源和所述冷水机通过水电缆管连接至所述非转移弧等离子枪，所述氩气瓶连通至所述非转移弧等离子枪的气路。 5.根据权利要求1所述的高效非转移弧等离子焚烧系统，其特征在于，还包括调节所述焚烧室内气体压力的排气阀，所述排气阀通过所述废气转向阀连接至所述焚烧室。 6.一种采用如权利要求1-5中任一项所述的高效非转移弧等离子焚烧系统进行焚烧的方法，其特征在于，包括： 1)启动所有非转移弧等离子系统，向非转移弧等离子系统的非转移等离子枪中通入氩气，启动高频引弧，以使系统引弧成功； 2)调整废气转向阀使来自焚烧室内的废气进入第一非转移弧等离子系统的气体混合器中，同时向气体混合器中通入燃气，废气和燃气的混合气体进入第一非转移弧等离子系统的非转移弧等离子枪中，在第一非转移弧等离子系统的非转移弧等离子设备的作用下使非转移弧等离子枪产生非转移等离子大弧，进而对焚烧室内部进行焚烧；此时，其他的非转移弧等离子系统的气阀关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧； 3)在上述步骤2)工作一段时间后，调整废气转向阀的方向，使来自焚烧室内的废气进入第二非转移弧等离子系统的气体混合器中，同时向气体混合器中通入燃气，燃气和废气的混合气进入第二非转移弧等离子系统的非转移弧等离子枪中，在第二非转移弧等离子系统的非转移弧等离子设备的作用下使非转移弧等离子枪产生非转移等离子大弧，进而对焚烧室内部进行焚烧；此时，第一非转移弧等离子系统和其他非转移弧等离子系统的气阀关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧； 4)在上述步骤3)工作一段时间后，再次改变废气转向阀的方向，使所有非转移弧等离子系统中的非转移弧等离子枪逐个产生非转移等离子大弧，同时其他非转移弧等离子枪产生非转移等离子小弧；循环上述步骤。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中氩气流量保持在50-100L/min。 8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，检测所述焚烧室内气压，当所述气压高于预定值时，打开所述排气阀，同时所述废气转向阀将所述排气阀和所述焚烧室连通。 9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)和4)中，所述工作一段时间均为90秒。 10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述非转移弧等离子设备中的电源为小电流大电压电源。
说明书全文	高效非转移弧等离子焚烧系统和方法技术领域 [0001] 本发明属于等离子技术领域，并且更具体地，涉及一种高效非转移弧等离子焚烧系统和方法。背景技术 [0002] 等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99﹪的物质(不包括尚未确认的暗物质)都处于等离子态。 [0003] 等离子体的温度分布范围从10K的低温到核聚变等离子体的10亿K超高温并且拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。 [0004] 近几十年来，等离子体发生器的研制及等离子诊断技术的开发均取得了巨大的进展，并且等离子体研制与开发的重点已不再局限于航天航空方面的应用，而是更多地转向机械、化工、冶金、环保等工业部门的应用，特别是在材料加工与新材料研制方面的应用。 [0005] 然而，现有技术中传统等离子燃烧装置和燃烧技术能量消耗较大、热量产生较小，释放相同的热量需要更多的电能，不适用于等离子节能利用。发明内容 [0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种高效非转移弧等离子焚烧系统和方法。 [0007] 根据本发明的一方面，提供一种高效非转移弧等离子焚烧系统，包括焚烧室、废气转向阀和一端伸入焚烧室并可在焚烧室内产生等离子弧且结构相同的至少两个非转移弧等离子系统，其中每个非转移弧等离子系统通过废气转向阀连通至焚烧室。 [0008] 根据本发明的一个实施例，还包括空压机，该空压机与焚烧室连通。 [0009] 根据本发明的一个实施例，非转移弧等离子系统还包括燃气站、气阀、气体混合器、非转移弧等离子枪和非转移弧等离子设备，其中： [0010] 燃气站通过气阀连接至气体混合器的第一入口，废气转向阀连接至气体混合器的第二入口，气体混合器的出口连接至非转移弧等离子枪，非转移弧等离子设备与非转移弧等离子枪相连。 [0011] 根据本发明的一个实施例，非转移弧等离子设备包括电源、冷水机和氩气瓶，电源和冷水机通过水电缆管连接至非转移弧等离子枪，氩气瓶连通至非转移弧等离子枪的气路。 [0012] 根据本发明的一个实施例，还包括调节焚烧室内气体压力的排气阀，该排气阀通过废气转向阀连接至焚烧室。 [0013] 根据本发明的另一方面，还提供一种采用上述高效非转移弧等离子焚烧系统进行焚烧的方法，包括： [0014] 1)启动所有非转移弧等离子系统，向非转移弧等离子系统的非转移等离子枪中通入氩气，启动高频引弧，以使系统引弧成功； [0015] 2)调整废气转向阀使来自焚烧室内的废气进入第一非转移弧等离子系统的气体混合器中，同时向气体混合器中通入燃气，废气和燃气的混合气体进入第一非转移弧等离子系统的非转移弧等离子枪中，在第一非转移弧等离子系统的非转移弧等离子设备的作用下使非转移弧等离子枪产生非转移等离子大弧，进而对焚烧室内部进行焚烧；此时，其他的非转移弧等离子系统的气阀关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧； [0016] 3)在上述步骤2)工作一段时间后，调整废气转向阀的方向，使来自焚烧室内的废气进入第二非转移弧等离子系统的气体混合器中，同时向气体混合器中通入燃气，燃气和废气的混合气进入第二非转移弧等离子系统的非转移弧等离子枪中，在第二非转移弧等离子系统的非转移弧等离子设备的作用下使非转移弧等离子枪产生非转移等离子大弧，进而对焚烧室内部进行焚烧；此时，第一非转移弧等离子系统和其他非转移弧等离子系统的气阀关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧； [0017] 4)在上述步骤3)工作一段时间后，再次改变废气转向阀的方向，使所有非转移弧等离子系统中的非转移弧等离子枪逐个产生非转移等离子大弧，同时其他非转移弧等离子枪产生非转移等离子小弧；循环上述步骤。 [0018] 根据本发明的一个实施例，步骤1)中氩气流量保持在50-100L/min。 [0019] 根据本发明的一个实施例，检测焚烧室内气压，当气压高于预定值时，打开排气阀，同时废气转向阀将排气阀和焚烧室连通。 [0020] 根据本发明的一个实施例，步骤3)和4)中，工作一段时间均为90秒。 [0021] 根据本发明的一个实施例，非转移弧等离子设备中的电源为小电流大电压电源。 [0022] 在本发明中，燃气站、气阀、气体混合器、废气转向阀、焚烧室和非转移弧等离子枪之间通过气管采用螺纹连接进行相连；非转移弧等离子设备与水电缆管之间采用螺纹连接，水电缆管与非转移弧等离子枪之间采用螺纹连接，空压机与焚烧室之间也通过气管采用螺纹连接进行相连。 [0023] 在本发明中，气管是不锈钢气管和耐热钢气管。低温区域采用不锈钢气管，高温区域采用耐热钢气管。 [0024] 在本发明中，焚烧室的内部采用耐火砖，外部采用冷水管盘绕，其作用是用于进行等离子焚烧，内部保持微还原气氛。 [0025] 在本发明中，空压机为焚烧室通入空气，利用空气中的氧气与废气中的还原性气氛进行燃烧反应，既能释放大量的热量，又能减少燃气的排放。 [0026] 通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点： [0027] 1)本发明采用废气作为非转移弧等离子的主气，既利用了废气的成分，又利用了废气的热量；废气的成分主要是氮气、二氧化氮与水蒸气，其中氮气占主要部分，氮气正合适做非转移等离子的主气；废气之中具有较高的热量，大约在500～800℃，高温废气进入非转移弧等离子枪之中更易产生非转移弧等离子体，并且进入的气体直接就是500～800℃，减少了废气从室温到高温所需要的能量，实现了能量循环有效利用，有效的减少了电能的消耗。 [0028] 2)本发明每隔一段时间进行废气换向，有效地提高了非转移弧等离子枪电极的寿命；电极长时间在高温环境之中灼烧，极易烧损，采用换向技术，及时为电极进行了冷却作用，对电极进行了一定的休息及修复，有利于提高电极的使用寿命。 [0029] 3)本发明向焚烧室之中通入空气，既能充分燃烧废气中的还原性气体，又能释放大量的热量。 [0030] 4)本发明电源采用小电流大电压，既能拉长非转移弧等离子体的长度，又能减少电极的烧损。附图说明 [0031] 本发明的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中： [0032] 图1示出了根据本发明实施例的高效非转移弧等离子焚烧系统的示意图； [0033] 图2是图1的废气转向阀改变方向后的高效非转移弧等离子焚烧系统的示意图。 [0034] 附图标记说明 [0035] 111非转移弧等离子系统、112非转移弧等离子系统、1燃气站、2气管、3气阀、4气体混合器、5非转移弧等离子大弧、6废气转向阀、7排气阀、8焚烧室、9非转移等离子小弧、10非转移弧等离子设备、11水电缆管、12非转移弧等离子枪、13空压机。具体实施方式 [0036] 应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。 [0037] 参照图1-2，本发明提供一种高效非转移弧等离子焚烧系统，包括焚烧室8、废气转向阀6和一端伸入焚烧室8并可在焚烧室8内产生等离子弧且结构相同的至少两个非转移弧等离子系统111、112，其中每个非转移弧等离子系统111、112通过废气转向阀6连通至焚烧室8。 [0038] 在本发明的系统中，非转移弧等离子系统优选为三个。当其中的一个非转移弧等离子系统出现故障时，其他的非转移弧等离子系统还可以继续工作。 [0039] 在本发明中的系统中，还包括空压机13，该空压机13与焚烧室8连通。 [0040] 在本发明中的系统中，每个非转移弧等离子系统111、112还包括燃气站1、气阀3、气体混合器4、非转移弧等离子枪12和非转移弧等离子设备10，其中： [0041] 燃气站1通过气阀3连接至气体混合器4的第一入口，废气转向阀6连接至气体混合器4的第二入口，气体混合器4的出口连接至非转移弧等离子枪12，非转移弧等离子设备10与非转移弧等离子枪12相连。 [0042] 在本发明中的系统中，非转移弧等离子设备10包括电源、冷水机和氩气瓶，电源和冷水机通过水电缆管11连接至非转移弧等离子枪12，氩气瓶连通至非转移弧等离子枪12的气路。 [0043] 在本发明中的系统中，还包括调节焚烧室8内气体压力的排气阀7，该排气阀7通过废气转向阀6连接至焚烧室8。 [0044] 另外，一种采用上述高效非转移弧等离子焚烧系统进行焚烧的方法，包括： [0045] 1)启动所有非转移弧等离子系统111、112，向非转移弧等离子系统111、112的非转移等离子枪12中通入氩气，启动高频引弧，以使系统引弧成功； [0046] 2)调整废气转向阀6使来自焚烧室8内的废气进入第一非转移弧等离子系统111的气体混合器4中，同时向气体混合器4中通入燃气，废气和燃气的混合气体进入第一非转移弧等离子系统111的非转移弧等离子枪12中，在第一非转移弧等离子系统111的非转移弧等离子设备10的作用下使非转移弧等离子枪12产生非转移等离子大弧5，进而对焚烧室8内部进行焚烧；此时，其他的非转移弧等离子系统(例如，112或其他的)的气阀3关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧9； [0047] 3)在上述步骤2)工作一段时间后，调整废气转向阀6的方向，使来自焚烧室8内的废气进入第二非转移弧等离子系统112的气体混合器4中，同时向气体混合器4中通入燃气，燃气和废气的混合气进入第二非转移弧等离子系统112的非转移弧等离子枪12中，在第二非转移弧等离子系统112的非转移弧等离子设备10的作用下使非转移弧等离子枪12产生非转移等离子大弧5，进而对焚烧室8内部进行焚烧；此时，第一非转移弧等离子系统111和其他非转移弧等离子系统(未示出)的气阀3关闭，仅通入氩气产生非转移等离子小弧9； [0048] 4)在上述步骤3)工作一段时间后，再次改变废气转向阀6的方向，使所有非转移弧等离子系统中的非转移弧等离子枪逐个产生非转移等离子大弧5，同时其他非转移弧等离子枪产生非转移等离子小弧；循环上述步骤。 [0049] 在本发明中的方法中，步骤1)中氩气流量保持在50-100L/min。 [0050] 在本发明中方法中，检测焚烧室8内气压，当气压高于预定值时，打开排气阀7，同时废气转向阀6将排气阀7和焚烧室8连通。 [0051] 在本发明中的方法中，步骤3)和4)中，工作一段时间均为90秒。 [0052] 在本发明中的方法中，非转移弧等离子设备10中的电源为小电流大电压电源。 [0053] 在本发明中，燃气站1、气阀3、气体混合器4、废气转向阀6、焚烧室8和非转移弧等离子枪12之间通过气管2采用螺纹连接进行相连；非转移弧等离子设备10与水电缆管11之间采用螺纹连接，水电缆管11与非转移弧等离子枪12之间采用螺纹连接，空压机13与焚烧室8之间也通过气管2采用螺纹连接进行相连。 [0054] 在本发明中，气管2是不锈钢气管和耐热钢气管。低温区域采用不锈钢气管，高温区域采用耐热钢气管。 [0055] 在本发明中，焚烧室8的内部采用耐火砖，外部采用冷水管盘绕，其作用是用于进行等离子焚烧，内部保持微还原气氛。 [0056] 在本发明中，空压机13为焚烧室8通入空气，利用空气中的氧气与废气中的还原性气氛进行燃烧反应，既能释放大量的热量，又能减少燃气的排放。 [0057] 下面再次参照图1-2对本发明的焚烧系统和焚烧方法进行详细说明。 [0058] 再次参照图1-2，一种高效非转移弧等离子焚烧系统，包括焚烧室8、空压机13、废气转向阀6和设置在焚烧室8两端且结构相同的两个非转移弧等离子系统111、112，其中每个非转移弧等离子系统111、112包括燃气站1、气阀3、气体混合器4、非转移弧等离子设备10和非转移弧等离子枪12，燃气站通过气阀3连接至气体混合器4一侧的入口，废气转向阀6连接至气体混合器4的另一侧入口，气体混合器4的下部出口与非转移弧等离子枪12连接，非转移弧等离子设备10通过水电缆管11连接至非转移弧等离子枪12，非转移弧等离子枪12在对应的焚烧室端部伸入焚烧室8。两个非转移弧等离子系统111、112的气体混合器4的入口均连接至废气转向阀6，废气转向阀6与焚烧室8的上部连通。空压机13与焚烧室8的下部连通。 [0059] 在本发明中，燃气站1与气管2螺纹连接，气管2与气阀3螺纹连接，气阀3与气体混合器4之间采用气管连接，气管与二者之间采用螺纹连接；废气转向阀6与气体混合器4之间采用气管连接，气管与二者之间采用螺纹连接；废气转向阀6与焚烧室8支持采用气管连接，气管与二者之间采用螺纹连接；非转移弧等离子设备10与水电缆管11之间采用螺纹连接，水电缆管11与非转移弧等离子枪12之间采用螺纹连接；空压机13与焚烧室8之间采用气管连接，气管与二者之间采用螺纹连接。 [0060] 图2示出了包括1号非转移弧等离子系统111和2号非转移弧等离子系统112的焚烧系统的示意图，1号非转移弧等离子系统111与2号非转移弧等离子系统112完全相同。 [0061] 在本发明中，燃气站1为非转移弧等离子系统提供燃气，可以是天然气、也可以是煤气、乙炔等燃气。 [0062] 在本发明中，气管2分两种，一种为低温环境下，一种为高温环境下，低温环境下的气管采用不锈钢，高温环境下的气管采用耐热钢。 [0063] 在本发明中，气阀3的作用是控制燃气量的大小。 [0064] 在本发明中，气体混合器4的作用是将燃气与废气混合在一起。 [0065] 在本发明中，非转移等离子大弧5为通入燃气跟废气后产生的非转移等离子弧。 [0066] 在本发明中，废气转向阀6的作用是周期性地改变废气输入的方向。 [0067] 在本发明中，排气阀7的作用是当焚烧室8内部的气压达到一定程度时，排气阀7自动打开，排出一部分废气，保证焚烧室8内部的气压不高于额定值。 [0068] 在本发明中，焚烧室8的内部有耐火砖保护，外部有冷水管盘绕，其作用是用于进行等离子焚烧；内部保持微还原气氛。 [0069] 在本发明中，非转移等离子小弧9是切断废气与燃气后产生的非转移等离子弧。 [0070] 在本发明中，非转移弧等离子设备10中包含有等离子电源、冷水机与氩气瓶。 [0071] 在本发明中，水电缆管11包括两个水电缆与一根水管，其中水电缆的特点是水管之中穿有电缆，既能通水又能通电，将电能跟冷却水通入等离子枪之中；气管的作用是将非转移弧等离子设备10之中的氩气瓶中的氩气通入非转移弧等离子枪12之中。 [0072] 在本发明中，非转移弧等离子枪12所有材料都采用耐高温材料，金属采用耐热钢，绝缘体采用玻璃钢，阴极采用钨，阳极采用石墨。 [0073] 在本发明中，空压机13的作用是为焚烧室8中通入空气，利用空气中的氧气与废气中的还原性气氛进行燃烧反应，既能释放大量的热量，又能减少燃气的排放。 [0074] 本发明采用两套非转移弧等离子系统设置在焚烧室8的两端，分别为1号非转移弧等离子系统111跟2号非转移弧等离子系统112。利用上述装置进行焚烧的方法描述如下： [0075] 启动两套非转移弧等离子系统，先向各个系统之中通入氩气，氩气流量保持在50～100L/min，启动高频引弧，使得两套系统均引弧成功。 [0076] 启动自动转向系统，使得每隔90秒通过废气转向阀6改变废气的输出方向，同时打开相应系统的气阀3，使该系统的燃气与废气混合进入该系统的非转移弧等离子枪12之中产生非转移等离子大弧5。 [0077] 例如，先令废气进入1号非转移弧等离子系统111之中，此时打开1号非转移弧等离子系统111的气阀3，关闭2号非转移弧等离子系统112的气阀3，此时废气与混合气一起进入1号系统的非转移弧等离子枪12之中，产生非转移等离子大弧5；此时2号系统之中没有废气流入，燃气也关闭，只有非转移弧等离子设备10之中的氩气流入2号系统的非转移弧等离子枪之中作为离子气体，产生非转移等离子小弧9。 [0078] 间隔90秒后，废气换向阀6的方向发生改变，废气流入2号非转移弧等离子系统，相应的2号系统燃气站1的气氛打开，废气混合燃气进入了2号系统的非转移弧等离子枪12，产生非转移等离子大弧5；此时1号非转移弧等离子系统111之中没有废气，燃气站1的气阀3关闭，也没有燃气，非转移弧等离子设备10之中的氩气流入非转移弧等离子枪12，形成非转移等离子小弧9，保持电弧稳定；此时由于1号系统中的非转移等离子枪12工作了90秒钟，温度升高较大，需要及时冷却，在生成小弧9之中，受到水冷的作用，温度降很快冷却，待90秒后，废气转向阀6转向，1号系统的非转移弧等离子枪12产生非转移等离子大弧5，对焚烧室8内部进行焚烧，2号系统的非转移弧等离子枪12产生非转移等离子小弧9，非转移弧等离子枪12在此过程中进行冷却保护。 [0079] 在本发明中，非转移弧等离子设备的电源采用小电流大电压，既能拉长非转移弧等离子体的长度，又能减少电极的烧损。 [0080] 由此可见，通过本发明的系统和方法，本发明实现了能量循环有效利用，有效地减少了电能的消耗。而且本发明每隔一段时间进行废气换向，有效地提高了非转移弧等离子枪电极的寿命。 [0081] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

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