一种高温高速等离子射流装置的制作方法

本实用新型属于煤气化综合利用技术领域，涉及一种高温高速等离子射流装置。

背景技术：

很多行业，如化工、医药、农药等行业产生很多危险废物，而这些危废处理的方法有固化法、填埋法、焚烧法和等离子气化熔融等工艺方法。其中，等离子气化熔融工艺是利用高温将危险废物转化成无害的二次资源再次利用且不产生二次污染，因此可以得到最佳的处理效果。而等离子体炬是目前可以产生上万度高温的主要设备，所以在本领域中起着不可替代的作用。

等离子气化熔融工艺相比其他的热解焚烧工艺，运行效率高，优势明显，固体废弃物减量率高，并可以做到将危险废物进行无害化和资源化处理，截止目前是危废处理领域较为理想的处理方式。

在危废等离子气化熔融处置领域，无论等离子体炬是何种形式，基本都是将等离子体炬直接插入等离子气化熔融炉中，此种形式存在较多的问题。

1、等离子体炬插入等离子气化熔融炉内，等离子体炬喷出的高温火焰遇到前方的物料时，势必会形成返火，返火的火焰将直接烧蚀炬本体。

2、等离子体炬插入熔融炉内，熔融的玻璃液容易倒灌进入等离子炬内，导致等离子体炬整体烧坏。

3、等离子体炬插入高温熔融炉内，等离子体炬的外管降温效果差，容易烧蚀。

4、等离子体炬直接插入等离子熔融炉内使用的方式，导致等离子体炬的使用寿命较短。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高温高速等离子射流装置，其解决了现有技术中存在的多种技术难题。

依据本实用新型的技术方案，提供一种高温高速等离子射流装置，其包括喷嘴进风口、喷嘴耐材、铜盘管、等离子体炬、进风三通和喷嘴球阀，喷嘴进风口为圆形法兰连接的不锈钢弯头管道，压缩空气从喷嘴进风口通入并进入空腔b处；安装喷嘴进风口时，使用圆形法兰连接外界输送压缩空气的管道法兰，并且喷嘴进风口的弯头管道与进风三通连接；喷嘴耐材用于保护铜盘管避免物料直接落在上面铜盘管，铜盘管内通入为铜盘管进行降温的冷却水，等离子体炬用于产生超高温气流，进风三通用于连接自外界输送压缩空气的管道和喷嘴球阀。

进一步地，铜盘管以铜管的直径为螺距盘绕在铜盘管导向管上，并且在铜盘管导向管的前段锥角处也进行锥角的盘制，同时与喷嘴进出水管相连接。等离子体炬为管式结构，插入在喷嘴球阀、进风三通和铜盘管导向管内部。

优选地，等离子体炬的端口平面炬喷嘴的端口平面有一定的距离；喷嘴内管包括铜盘管导向管、燃气外管、连接法兰、喷嘴进出水管和燃气进口。

与现有技术相比较，本实用新型高温高速等离子射流装置，不仅仅克服了现有技术中的技术缺陷，还可实现如下相关功能。

1.实现从喷嘴进入气化熔融炉内的气体为超高温气体，并且以100m/s以上的较高的速度喷射至气化熔融炉内。

2.避免了等离子体炬焰的返火烧蚀本身的现象。

3.在熔融玻璃液面较高液位的情况下，避免了熔融玻璃液倒灌进入等离子炬体的现象。

4.延长了气化熔融炉与等离子体炬处的使用寿命。

附图说明

图1为依据本实用新型的高温高速等离子射流装置的喷嘴示意图。

图2为依据本实用新型的高温高速等离子射流装置的喷嘴内管示意图。

图3为依据本实用新型的高温高速等离子射流装置的喷嘴内管剖视图。

图4为依据本实用新型的高温高速等离子射流装置的喷嘴气化熔融炉安装图。

附图中的附图标记指示：喷嘴进风口11、喷嘴耐材12、铜盘管13、等离子体炬14、进风三通15、喷嘴球阀16、铜盘管导向管21、燃气外管22、连接法兰23、喷嘴进出水管24、燃气进口25、燃气分流口31、气化炉耐材41、喷嘴42、气化炉炉体钢壳43。

具体实施方式

下面结合附图和实施范例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，高温高速等离子射流装置的喷嘴包括喷嘴进风口11、喷嘴耐材12、铜盘管13、等离子体炬14、进风三通15和喷嘴球阀16，其中，喷嘴进风口11为圆形法兰连接的不锈钢弯头管道，压缩空气从喷嘴进风口11通入并进入空腔b处。安装喷嘴进风口11时，使用圆形法兰连接外界输送压缩空气的管道法兰，并且喷嘴进风口11的弯头管道与进风三通15连接。

喷嘴耐材12用于保护铜盘管避免物料直接落在上面铜盘管，避免铜盘管损坏。本实用新型的等离子体射流装置的前段部分伸入气化炉内部，当气化炉投入物料时，有时物料会从上部落在射流装置上，喷嘴耐材用于保护铜盘管避免物料直接落在铜盘管上面，避免铜盘管损坏；同时也可以避免气化炉内的高温火焰经过物料的反射后直接打击在铜盘管上。通过喷嘴耐材12的保护，可以延长等离子体射流装置的寿命。首先在铜盘管的外壁上焊接不锈钢材质或者铜材质的趴钉，然后将喷嘴耐材沿着通铜盘管的外壁增加厚度30-50mm的耐材。优选地，在铜盘管的前端也有一定厚度的耐材。更进一步地，通过焊接在通铜盘管上的趴钉将喷嘴耐材12固定在通铜盘管的外壁和前端部位。

铜盘管13内通入冷却水，为铜盘管进行降温，同时也减少了气化炉内的热量传入铜盘管导向管，避免了铜盘管导向管暴露在高温状态，从而对等离子体炬进行保护。铜盘管13以铜管的直径为螺距盘绕在铜盘管导向管上，并且在铜盘管导向管的前段锥角处也进行锥角的盘制，同时与喷嘴进出水管相连接。

等离子体炬14用于产生超高温气流，等离子体炬为管式结构，插入在喷嘴球阀、进风三通和铜盘管导向管内部，等离子体炬的端口平面炬喷嘴的端口平面有一定的距离，优选5cm至28cm；高温等离子体从管式结构的中心喷射出来。

进风三通15用于连接自外界输送压缩空气的管道和喷嘴球阀，以及喷嘴相连接。优选地，进风三通15用于将外界输送过来的压缩空气输送至空腔b处。喷嘴球阀16安装在进风三通15的后端，等离子体炬也从喷嘴球阀插入。正常工作时，等离子体炬插入喷嘴球阀16内；若是等离子体炬检修时或者只用燃气工作时，则喷嘴球阀关闭，阻止喷嘴球阀里面的气体外漏或者外面的气体进入，起到锁气功能。

如图2所示的高温高速等离子射流装置的喷嘴内管，喷嘴内管包括铜盘管导向管21、燃气外管22、连接法兰23、喷嘴进出水管24和燃气进口25，其中

铜盘管导向管21用于定位铜盘管的固定定位装置，同时与等离子体炬形成空腔b，用于输送空气或者燃气。铜盘管导向管在燃气外管的内部开设有多个燃气分流口，用于均匀通入燃气。铜盘管导向管通过焊接方式固定在连接法兰上。

燃气外管22固定在铜盘管导向管的外侧，优选使用焊接固定方式。燃气外管和铜盘管导向管形成空腔a，用于输送燃气。

连接法兰23用于将喷嘴射流装置与气化炉法兰连接，同时进风三通也通过螺栓固定在连接法兰上。连接法兰23为圆盘状，中间开设有等离子体炬可插入的孔，外侧开设有燃气管道的孔，而且具有铜盘管冷却水进出的管道预留孔和用于固定在连接法兰的螺栓孔。

喷嘴进出水管24用于冷却水的进出，同时与外部的冷却水管相连接。喷嘴进出水管为一个焊接在连接法兰上的钢管，同时钢管的外侧有密封外螺纹。

燃气进口25安装在连接法兰上，优选地为一个直角弯管，其一端通过焊接的形式固定在连接法兰上，另一端通过焊接的形式连接一个标准法兰。若燃气不工作时，则通过盲法兰封堵燃气进气口；若需要通入燃气时，则将外输燃气的管子法兰与燃气进口法兰通过螺栓连接。燃气和等离子体可以同时工作，也可以独立工作。

进一步地，如图3所示的高温高速等离子射流装置的喷嘴内管剖视图，其进一步包括燃气分流口31，燃气分流口31开设在铜盘管导向管上，且与铜盘管导向管的中轴线成一定的角度，用于直接将燃气向前输送且进行均匀分布。进一步地，燃气分流口31在燃气外管的内侧，且靠近燃气外管的前端；燃气分流口成细小的孔径，且与燃气外管的中轴线形成一定的角度，用于向前输送燃气。

如图4所示，将本实用新型的高温高速等离子射流装置安装在喷嘴气化熔融炉上，高温高速等离子射流装置通过其连接法兰与气化炉炉体钢壳上的法兰通过螺栓连接，喷嘴在高温高速射流装置的前端，具有一定锥度的收缩口，用于将空气和燃气以及等离子体气形成的混合气体压缩，并形成高温高速的气流向前方喷射。气化炉安装高温高速等离子射流装置处的耐材向前凸起，形成一个保护腔体；避免从气化炉上端落下的物料打击高温高速等离子射流装置，高温高速等离子射流装置喷射出的高温等离子体打击到其前方的物料上，经过物料的反射作用，有一部分高温等离子体被反射到气化炉向前端凸起的耐材上，从而避免被反射回来的高温等离子体直接打击高温高速等离子射流装置，进而延长的高温高速等离子射流装置使用寿命。

进一步地，使用本实用新型的高温高速等离子射流装置，将铜盘管13根据铜盘管导向管21的大小绕制在铜盘管导向管21的外侧，并且通铜盘管13的前端和铜盘管导向管21的前端平齐，铜盘管13的两个端口和连接法兰23上的喷嘴进出水管24相连接，在铜盘铜盘管13的外侧安装上喷嘴耐材12；燃气外管22固定在铜盘管导向管21的外侧，两者之间形成一个环形的夹层空腔a，在铜盘管导向管21的相应位置处开具燃气分流孔31，燃气进口25为天然气或者其他燃气的进口。

进风三通15通过螺栓连接在连接法兰23上，喷嘴球阀16通过螺栓和垫片安装在进风三通15的另一端，等离子体炬14插入进风三通15和喷嘴球阀16以及铜盘管导向管21形成的空腔内，其中等离子体炬14距离喷嘴耐材12形成的喷嘴前端的端口有一定的距离，等离子体炬14的外壁和铜盘管导向管21内壁形成环形的夹层空腔b。

喷嘴通过连接法兰23与气化炉炉体钢壳43相连接。冷却水从喷嘴进出水管24的一端进入铜盘管导向管21，经过冷却后，再从喷嘴进出水管24的另外一端出去，从而对喷嘴降温冷却。

本实用新型高温高速等离子射流装置具有三种使用方式。

第一种方式是将等离子体炬14插入喷嘴内，助燃空气经过喷嘴进风口11进入进风三通15，然后经过空腔b，与等离子体焰混合，被等离子体焰加热至1400℃-1500℃，最终在喷嘴的前端以100-150m/s的速度喷出。

第二种方式是：将等离子体炬14抽出，然后将喷嘴球阀16关闭，防止气体喷出，将燃气从燃气进口25处通入，经过空腔a，从燃气分流口31喷入铜盘管导向管21的内部；助燃空气从喷嘴进风口11处通入，经过进风三通15后与通入的燃气在铜盘管导向管21的内部进行混合燃烧，最终在喷嘴前端的喷口喷出。

第三种方式是：将第一种使用方式和第二种使用方式结合在一起使用。

无论哪种使用方式，在喷嘴进风口11可以进入燃烧用的助燃剂，包括单不限于助燃风、纯氧等；在燃气进口25进入的可燃燃料，包括但不限于天然气、石油气等；喷嘴处可以插入等离子体炬14或者更换为其它形式的可以喷出高温火焰的烧枪，包括但不限于燃烧器等烧枪；本图示喷嘴的冷却结构是铜盘管结构，材料是紫铜，本实用新型中的冷却结构包括但不限于铜盘管结构，或者用螺旋槽结构，或者用铸造工艺整体铸造，其所用材料的材质包括但不限于铜，也可以使用导热系数更高的材质，如银。喷嘴结构图示中包含件13喷嘴耐材，本实用新型喷嘴结构包含耐材，但也可以没有耐材。

本实用新型的高温高速等离子射流装置，相比较于现有技术。

1.新设计一个喷嘴，喷嘴外侧用导热材料高的紫铜制作成铜盘管，将铜盘管绕制在耐高温的不锈钢钢管外侧，铜盘管内通入冷却水，每圈的铜盘管之间进行焊接，以增加焊接强度。

2.铜盘管外侧增加一个外管，外管和内管之间形成一个套管的空腔，此空腔可以通入燃气，本喷嘴同时具有燃烧器烧嘴的功能。

3.喷嘴的前端有可单独通入空气的管口，可以将空气单独通入喷嘴内；此空气可以作为等离子气化熔融炉内的助燃空气，也可以对等离子体炬和喷嘴的内管进行降温。

4.等离子体炬的高温产生的高温和进入的空气进行混合换热，将空气加热至1500℃以上，同时在喷嘴的前端喷口喷出，喷出是的气流速度高达100米/秒。

5.等离子体炬的前端距喷嘴的喷口前端有一定的距离。

6.将离子体炬插入喷嘴内且有一定的距离，此种结构可以防止高温火焰返火烧蚀自身，同时产生的高速气流也阻止了熔融玻璃液倒灌如等离子体炬内，避免由此产生的等离子体炬损坏。

7.喷嘴的插入物可以是等离子体炬也可以是燃烧器或者为其它设备，此种结构均可以保护插入物免受气化炉高温环境的影响。

8.喷嘴插入气化炉内一定的距离，且喷嘴外壁和气化炉的内壁形成一定的耐材圆弧过渡，亦可减少气化炉和喷嘴交界处的耐材烧蚀，提高使用寿命。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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