專利名稱：用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，特別是用于煤、生物質及垃圾的氣化轉化過程使用的提高氣化強度的高溫高活性水蒸汽制備技術。
背景技術：
水蒸汽熱等離子體用于煤、生物質及垃圾的氣化轉化可大大提高氣化強度，可以調節合成氣中有效氣體H2的比例，使合成氣可以滿足不同使用要求。因此基于熱等離子體的水蒸汽氣化技術在世界范圍內得到重視。傳統的水蒸汽等離子體氣化方法，使用水蒸汽作為等離子體的工作氣，由于水蒸汽具有氧化性，這在一定程度上加快了電極的損耗，縮短電極的使用壽命；這一因素制約了等離子體氣化技術的發展。專利申請01U9931. 2公開了氫氣、CH4及水蒸汽作為工作氣體的等離子體熱解氣化制取合成氣的方法，由于水蒸汽具有氧化性，使得等離子發生器的電極損耗加快，使用壽命縮短。
發明內容本實用新型的目的是提供一種用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，采用非氧化性氣體作為等離子發生器的工作氣體，生成的高溫等離子體再加熱水蒸汽制取高溫、富含高活性粒子水蒸汽，避免了水蒸汽與電極的接觸，延長電極的使用壽命。本實用新型的技術方案本實用新型的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置包括等離子發生器和高溫水蒸汽發生器，其高溫水蒸汽發生器的一端中部設有高溫等離子體進入口與等離子發生器出口連通，等離子發生器有非氧化性氣體進口，在高溫等離子體進入口的周圍是環形水蒸汽進口，環形水蒸汽進口內安裝旋轉導向葉片。所述的高溫水蒸汽發生器的殼體是逐級變大的臺階狀，分1 4級臺階，每級臺階處的相鄰兩段殼體間有水蒸汽進入的環形狹口，環形狹口與水蒸汽壓力輸送裝置連接。所述的高溫水蒸汽發生器的殼體上逐級變大的臺階每級長度范圍300 800mm。所述的環形狹口的徑向寬度為3 15mm。本實用新型的優點本實用新型工作氣體選用非氧化性氣體，對等離子發生器電極無腐蝕作用，加上水蒸汽通過單獨進口進入，不與等離子發生器的電極接觸，使電極壽命長。 本實用新型水蒸汽通過環形水蒸汽進口導向葉片進口高速旋轉噴入高溫水蒸汽發生器中的等離子體高溫區域，與高溫等離子體強烈、迅速混合，水蒸汽被加熱、活化，富含大量活性粒子。通過調節等離子體與水蒸汽的進口質量流量比例，使加熱后的水蒸汽溫度為1000K 4000K，滿足氣化需要。水蒸汽通過高溫水蒸汽發生器殼體上的環形狹口進入， 在高溫水蒸汽發生器壁面處形成低溫水膜，保護壁面。
圖1為用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置的結構示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的B-B剖視圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3 本實用新型的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置包括等離子發生器1和高溫水蒸汽發生器2，其高溫水蒸汽發生器2的一端中部設有高溫等離子體進入口 4與等離子發生器1出口 Ib連通，等離子發生器1有非氧化性氣體進口 la，在高溫等離子體進入口 4的周圍是環形水蒸汽進口 3d，環形水蒸汽進口 3d內安裝旋轉導向葉片7。環形水蒸汽進口 3d通過環腔和管口 3dl與水蒸汽壓力輸送裝置3連接。6是
環形水蒸汽進口 3d內的多孔板。5是高溫水蒸汽發生器2的高溫、富含活性粒子水蒸汽出□。進一步地，所述的高溫水蒸汽發生器2的殼體是逐級變大的臺階狀，分1 4級臺階，以3級為例，高溫水蒸汽發生器2的殼體包括2a、2b、2c，每級臺階處的相鄰兩段殼體間有水蒸汽進入的環形狹口 3a、3b、3c，環形狹口 3a、3b、3c通過各自的環腔和管口 3al、3bl、 3cl與水蒸汽壓力輸送裝置3連接。所述的高溫水蒸汽發生器的殼體上逐級變大的臺階每級長度范圍300 800mm。 殼體為耐火材料。所述的環形狹口的徑向寬度為3 5mm。本實用新型的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的步驟包括1)制備水蒸汽及工作氣體通過等離子發生器被電離成高溫等離子體工質，工作氣體選用非氧化性氣體中的一種或幾種；2)將高溫等離子體噴射入高溫水蒸汽發生器形成高溫電離環境，同時將水蒸汽通過旋轉導向葉片高速送入高溫水蒸汽發生器，與高溫等離子體強烈混合，水蒸汽被加熱、活化，形成具有活性粒子的水蒸汽。所述的步驟1)工作氣體通過等離子發生器被電離成高溫等離子體的溫度為 3000K 12000K。所述的水蒸汽包括不飽和水蒸汽、飽和水蒸汽及過熱水蒸汽以及水蒸汽與空氣或 /和氧氣混合物，優選飽和水蒸汽。常用非氧化性氣體有Ar，N2, H2，C02, CH4等，優選氮氣。步驟2~)高溫等離子體噴入高溫水蒸汽發生器的速度為30 100m/S，水蒸汽噴入高溫水蒸汽發生器的速度為5 30m/s ；通過調節高溫等離子體與水蒸汽進入高溫水蒸汽發生器的質量流量比例，使在高溫水蒸汽發生器中加熱后的水蒸汽達到出口處的溫度為 1000K 4000K。在高溫水蒸汽發生器的殼體上間隔設置1 4級水蒸汽進入的環形狹口，部分水蒸汽通過壓力輸送裝置由環形狹口進入高溫水蒸汽發生器，在高溫水蒸汽發生器壁上形成保護高溫水蒸汽發生器壁面的低溫水膜。所述的高溫水蒸汽發生器的殼體上逐級變大的臺階每級長度范圍300 800mm.所述的環形狹口的徑向寬度為3-15mm。 本實用新型的核心是水蒸汽通過單獨進口進入高溫水蒸汽發生器，不與等離子發生器的電極接觸。因此，凡是采樣水蒸汽通過單獨進口進入高溫水蒸汽發生器的，均屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，包括等離子發生器(1)和高溫水蒸汽發生器O)，其特征在于高溫水蒸汽發生器O)的一端中部設有高溫等離子體進入口(4)與等離子發生器(1)的出口(Ib)連通，等離子發生器(1)有電離介質氣體進口 (Ia)，在高溫等離子體進入口(4)的周圍是環形水蒸汽進口(3d)，環形水蒸汽進口(3d)內安裝旋轉導向葉片(7)。
2.根據權利要求1所述的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，其特征在于高溫水蒸汽發生器O)的殼體是逐級變大的臺階狀，分1 4級臺階，每級臺階處的相鄰兩段殼體間有水蒸汽進入的環形狹口，環形狹口與水蒸汽壓力輸送裝置連接。
3.根據權利要求1或2所述的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，其特征在于所述的高溫水蒸汽發生器的殼體上逐級變大的臺階每級長度范圍300 800mm.
4.根據權利要求1或2所述的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，其特征在于所述的環形狹口的徑向寬度為3 15mm。
5.根據權利要求2所述的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，其特征在于環形狹口通過各自的帶環腔的管口與水蒸汽壓力輸送裝置連接。
專利摘要本實用新型提供一種用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的裝置，包括等離子發生器和高溫水蒸汽發生器，高溫水蒸汽發生器的一端中部設有高溫等離子體進入口與等離子發生器的出口連通，等離子發生器有電離工質氣體進口，在高溫等離子體進入口的周圍是環形水蒸汽進口，環形水蒸汽進口內安裝旋轉導向葉片。高溫水蒸汽發生器的殼體是逐級變大的臺階狀，分1～4級臺階，每級長度范圍300～800mm；每級臺階處的相鄰兩段殼體間有水蒸汽進入的環形狹口，環形狹口的徑向寬度為3～15mm。水蒸汽及通過等離子發生器電離成高溫等離子體的工質通過各自的入口噴射入高溫水蒸汽發生器強烈混合，水蒸汽被加熱、活化，形成具有活性粒子的水蒸汽。
文檔編號B01J19/08GK201997325SQ20102069393
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者張巖豐, 曹民俠, 李宏 申請人:武漢凱迪工程技術研究總院有限公司