[go: up one dir, main page]

LT7065B - Plasma generator - Google Patents

Plasma generator Download PDF

Info

Publication number
LT7065B
LT7065B LT2022016A LT2022016A LT7065B LT 7065 B LT7065 B LT 7065B LT 2022016 A LT2022016 A LT 2022016A LT 2022016 A LT2022016 A LT 2022016A LT 7065 B LT7065 B LT 7065B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
plasma
cathode
plasma generator
differs
generator according
Prior art date
Application number
LT2022016A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2022016A (en
Inventor
Vitas VALINČIUS
Viktorija GRIGAITIENĖ
Rolandas USCILA
Romualdas KĖŽELIS
Mindaugas AIKAS
Original Assignee
Lietuvos Energetikos Institutas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lietuvos Energetikos Institutas filed Critical Lietuvos Energetikos Institutas
Priority to LT2022016A priority Critical patent/LT7065B/en
Publication of LT2022016A publication Critical patent/LT2022016A/en
Publication of LT7065B publication Critical patent/LT7065B/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of electric arc thermal plasma generators (PG) and is intended for plasma waste and hazardous substances treatment systems. (PG) housing (1) consists of six stainless steel, coaxially arranged, insulated from each other, variable cross-section cylinders and nozzle (2), which are covered with a high-temperature aluminum oxide insulating protective coating (3), the cathode assembly is mounted on the body (1) inside with a holder (4) in the center of which a hafnium emitter (5) is pressed, an anode assembly consisting of a graphite plate with a liquid metal bath. The cooling system of the housing (1) consists of thin-walled stainless steel tubes inserted into the housing (1), into which the cooling fluid is supplied from the coolant supply channels (13), (14), (15) and exhaust channels (17), (18), (21), and for cooling the nozzle (2), the cooling fluid is fed through a milled channel (19). Graphite plate (25) with a liquid metal bath, on the surface, on the liquid metal or electrically conductive ceramic melt, a moving anodic spot is formed. The length of the electric arc between the cathode and the anode is variable and adjustable by employing a positioning device. The plasma-forming gas is supplied in the cathode-emitter zone, and the high-temperature aluminum oxide insulating coating (3), with the appropriate component composition, consists of an aluminum and/or titanium or an aluminum and/or zirconium oxide layer.

Description

TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD

Išradimas yra susijęs su elektrinio lanko terminės plazmos generatorių (PG) sritimi ir yra skirtas plazminio atliekų ir pavojingų medžiagų apdorojimo sistemose.The invention relates to the field of electric arc thermal plasma generators (PG) and is intended for use in plasma waste and hazardous material treatment systems.

TECHNIKOS LYGISSTATE OF THE ART

Gerai žinomas pastovios srovės plazmos generatorius su karštu katodu bei laiptuotu vario anodu (US5363781A, 1994). Tokio PG ypatybė yra ta, kad jame sukuriama aukštos temperatūros plazminė aplinka, skirta skaidyti įvairioms medžiagoms. Tačiau įrenginys daugiausiai skirtas transportuoti skystoms arba dujinėms atliekoms į aukštos temperatūros zoną, kurioje atliekamas jų apdorojimas. Todėl jis netinka plazminiam apdorojimui plazminiuose reaktoriuose dėl žymaus srauto tankio ir didelio greičio, nes medžiagos buvimo laikas plazminiame įrenginyje labai trumpas (mažesnis nei 100 ms). Kiti paraiškose aprašyti panašūs įrenginiai su linijiniais PG, dėl nepakankamo medžiagos dislokacijos laiko aukštatemperatūrėje reakcinėje zonoje, taip pat nėra tinkami medžiagų, ypač pavojingų atliekų neutralizavimui.A well-known constant current plasma generator with a hot cathode and stepped copper anode (US5363781A, 1994). A feature of such a PG is that it creates a high-temperature plasma environment for the decomposition of various materials. However, the plant is mainly designed to transport liquid or gaseous waste to a high temperature area where it is treated. Therefore, it is not suitable for plasma processing in plasma reactors due to the significant flux density and high speed, because the residence time of the material in the plasma device is very short (less than 100 ms). Other similar devices with linear PGs described in the applications are also not suitable for the neutralization of materials, especially hazardous waste, due to the insufficient time of material dislocation in the high-temperature reaction zone.

Iš esamų panašių konstrukcijų plazmos generatorių yra žinomos ir aprašytos patentuose JP5226536B2, RU2036758 ir US10076019B2. Tačiau jie skirti mechanizuotam ir rankiniam pjovimui, suvirinimui, purškimui ir kitų rūšių medžiagų apdirbimui įvairiose pramonės šakose. Kaip analogą galima laikyti PG, aprašytą US10076019B2. Tačiau konstrukcijoje yra tuščiaviduris elektrodas, kuris yra išilgai pagrindinės PG ašies. Dėl to gali susidaryti nepakankamas aušinimas plazmą sudarančiomis dujomis, ir, prie didesnių srovės reikšmių atsiranda pavojus sudegti. Panašios konstrukcijos PG aprašomi ir kitose patentinėse paraiškose, pvz., CN108770172, CN113811061A (2021), US2004000538A1 (B2) (2004) ir kt., tačiau jie netinka apdoroti medžiagoms, kurios susmulkintos stambesnėmis nei 1 mm dydžio granulėmis.Among the existing plasma generators of similar designs are known and described in patents JP5226536B2, RU2036758 and US10076019B2. However, they are intended for mechanized and manual cutting, welding, spraying and other types of material processing in various industries. PG described in US10076019B2 can be considered as an analogue. However, the design includes a hollow electrode that is along the main axis of the PG. This can result in insufficient cooling by the plasma-forming gas and, at higher current values, there is a risk of burning. PGs of similar design are described in other patent applications, such as CN108770172, CN113811061A (2021), US2004000538A1 (B2) (2004), etc., but they are not suitable for processing materials that are crushed into granules larger than 1 mm in size.

Pagal konstrukciją artimiausias techninis sprendimas ir pasiektas geriausias rezultatas yra JP3591233B2, o taip pat CN112996211. Aprašytus PG sudaro tūta, turinti angą, kuri tarnauja kaip plazmos srauto ištekėjimas. Šis PG turi cilindro formos elektrodą, o plazmą sudarančios dujos įpučiamos per sūkurinį elementą su išorine sriegine dalimi. Apdorojant pavojingas atliekas šiuo būdu, plazmos generatoriuje elektros lanku sukuriama 2000-5000°C temperatūros plazma. PG nukreipiamas į reaktorių.In terms of construction, the closest technical solution and the best result achieved is JP3591233B2 and also CN112996211. The described PGs consist of a nozzle with an opening that serves as an outlet for the plasma flow. This PG has a cylindrical electrode, and the gas forming the plasma is blown through a vortex element with an external threaded part. When processing hazardous waste in this way, a plasma with a temperature of 2000-5000°C is created in the plasma generator with an electric arc. PG is directed to the reactor.

Išradimuose KR100756642B1 (2007), US11032900B2 (A1) (2021),In the inventions KR100756642B1 (2007), US11032900B2 (A1) (2021),

CN103200757A (B) (2013) PG sudaro katodo strypas ir anodas, elektros lankas inicijuojamas tarp katodo ir pirmojo (tarpinio) anodo, pro kurį tiekiamos plazmą sudarančios dujos. Tokiose konstrukcijose per mažai dėmesio skiriama katodo aušinimui.CN103200757A (B) (2013) The PG consists of a cathode rod and an anode, an electric arc is initiated between the cathode and the first (intermediate) anode through which the gas forming the plasma is supplied. In such designs, too little attention is paid to cooling the cathode.

Aprašytas PG PSM-100 (RU2350052 C1), kurį sudaro korpusas, volframo katodas ir anodas, atskirtas nuo korpuso izoliaciniu žiedu, pro kurį tiekiamos darbo dujos. Anodo ištekėjimo tūta laiptuota, besiplečianti link ištekėjimo, o anodo ištekėjimo kanalas yra cilindro formos.PG PSM-100 (RU2350052 C1) is described, which consists of a case, a tungsten cathode and an anode separated from the case by an insulating ring through which the working gas is supplied. The anode outlet nozzle is stepped, widening toward the outlet, and the anode outlet channel is cylindrical.

Užpatentuotas PG turi nemažai trūkumų. Jo katodas pagamintas iš volframo strypo, prijungto prie aušinamo korpuso per įvorės spaustuką. Strypas yra konsolinis ir turi pakankamai didelę iškyšą, todėl gaminant ir montuojant PG gali kilti papildomų sunkumų užtikrinant elektrodų išlygiavimą. Be to, volframas ore intensyviai oksiduojasi, todėl jam apsaugoti turi būti naudojamos papildomos inertinės dujos arba azotas.Patented PG has a number of disadvantages. Its cathode is made of a tungsten rod connected to a cooled housing through a sleeve clamp. The rod is cantilevered and has a fairly large overhang, so there may be additional difficulties in ensuring electrode alignment during fabrication and installation of the PG. In addition, tungsten oxidizes intensively in air, so additional inert gas or nitrogen must be used to protect it.

Daugeliu atvejų, nagrinėtuose PG naudojami besieikvojantys katodai. Dėl neišvengiamos katodo erozijos ir medžiagos emisijos į plazmą formuojančių dujų srautą, strypo ilgis palaipsniui mažėja, o pasiekus tam tikrą ilgį, likusi jo dalis tampa netinkama tolesniam naudojimui ir turi būti pašalinta. Tokiu atveju, elektrodas keičiamas nauju, o tai lemia neracionalų katodo medžiagos naudojimą. Be to, generuojamas plazmos srautas užteršiamas elektrodo erozijos produktais, kurie pakeičia jo savybes.In most cases, the examined PGs use depleting cathodes. Due to the inevitable erosion of the cathode and the emission of material into the plasma-forming gas flow, the length of the rod gradually decreases, and after reaching a certain length, the rest of it becomes unsuitable for further use and must be removed. In this case, the electrode is replaced with a new one, which leads to an irrational use of the cathode material. In addition, the generated plasma stream is contaminated with erosion products of the electrode, which change its properties.

IŠRADIMO ESMĖESSENCE OF THE INVENTION

Išradimo tikslas - praplėsti plazmos generatorių naudojimo galimybes pavojingų medžiagų ir atliekų konversijos procesuose, padidinti elektrodų tarnavimo laiką bei galimybę gauti reikiamos sudėties, mažai judrią, termiškai ir chemiškai aktyvią nepusiausvirąją plazmą, išvengti iškrovos į reaktoriaus sieneles susidarius kameroje elektrai laidžiai aplinkai.The purpose of the invention is to expand the possibilities of using plasma generators in the conversion processes of hazardous materials and waste, to increase the service life of the electrodes and the possibility of obtaining non-equilibrium plasma of the required composition, low mobility, thermally and chemically active, to avoid the discharge to the reactor walls when an electrically conductive environment is formed in the chamber.

Išradimo tikslas yra pasiekiamas tuo, kad plazmos generatoriuje (PG), susidedančiame iš cilindro formos korpuso (1), kurio sienelėse yra sumontuoti aušinimo skysčių padavimo ir nuvedimo kanalai, plazmą sudarančių dujų tiekimo bei plazmos srauto ištekėjimo kanalai, katodo mazgo bei anodo mazgo. Korpusas (1), susidedantis iš šešių nerūdijančio plieno, koaksialiai išdėstytų vienas nuo kito izoliuotų, kintamo skerspjūvio cilindrų, atskirtų vienas nuo kito centruojančiomis įvorėmis, kurios skirtos plazmą sudarančių dujų tiekimui bei aušinamo vandens cirkuliacijai, sujungtas su antgaliu (2), kurie yra padengti aukštatemperatūrine aliuminio oksido izoliacine apsaugine danga (3), katodo mazgas yra sumontuotas korpuso (1) viduje su laikikliu (4), kurio centre įpresuotas hafnio emiteris (5) bei, ties antgaliu (2) reguliuojamu atstumu atskirai įrengtas, anodo mazgas, susidedantis iš grafitinės plokštės (25) su skysto metalo vonia.The purpose of the invention is achieved by the fact that in the plasma generator (PG), which consists of a cylindrical body (1), the walls of which are equipped with cooling fluid supply and drainage channels, plasma gas supply and plasma flow outflow channels, a cathode unit and an anode unit. The body (1), consisting of six stainless steel, coaxially arranged, insulated cylinders of variable cross-section, separated from each other by centering bushings, which are intended for the supply of gas forming the plasma and the circulation of cooling water, connected to the nozzle (2), which are coated with a high-temperature aluminum oxide insulating protective coating (3), the cathode unit is installed inside the body (1) with a holder (4), in the center of which a hafnium emitter (5) is pressed in, and an anode unit, consisting of graphite plates (25) with liquid metal bath.

Taip pat, PG korpuso (1) aušinimo sistema yra sudaryta iš plonasienių nerūdijančio plieno vamzdelių, įleistų į korpusą (1), į kuriuos aušinimo skystis paduodamas iš aušinimo skysčio tiekimo kanalų (13), (14), (15) ir nuvedamas (17), (18), (21) kanalais, o antgalio (2) aušinimui, skystis paduodamas išfrezuotu kanalu (19).Also, the cooling system of the PG housing (1) consists of thin-walled stainless steel tubes inserted into the housing (1), into which the coolant is fed from the coolant supply channels (13), (14), (15) and drained (17) ), (18), (21) channels, and for cooling the nozzle (2), the liquid is fed through a milled channel (19).

Be to, į katodo mazgą yra įtvirtintas į specialus vandeniu aušinamas nupjauto kūgio formos laikiklis (4), kurio sudaromoji su ašimi sudaro 70°-90° kampą.In addition, a special water-cooled holder (4) in the form of a truncated cone is attached to the cathode assembly, the angle of which forms an angle of 70°-90° with the axis.

Taip pat, anodo grafito plokštės (25) su skysto metalo vonia paviršiuje, ant skysto metalo ar elektrai laidžios keramikos lydalo, yra suformuota judanti anodinė dėmė, o elektros lanko ilgis tarp katodo ir anodo yra kintamas ir reguliuojamas pozicionavimo įrenginio pagalba (brėžinyje nepavaizduotas).Also, on the surface of the anode graphite plate (25) with a liquid metal bath, a moving anodic spot is formed on the liquid metal or electrically conductive ceramic melt, and the length of the electric arc between the cathode and the anode is variable and adjustable with the help of a positioning device (not shown in the drawing).

Be to, plazmą sudarančios dujos yra tiekiamos katodo emiterio (5) zonoje, o aukštatemperatūrinė aliuminio oksido izoliacinė danga (3), esant atitinkamai komponentų sudėčiai, susideda iš aliuminio ir (arba) titano arba aliuminio ir (arba) cirkonio oksido sluoksnio.In addition, the plasma-forming gas is supplied to the cathode emitter (5) zone, and the high-temperature aluminum oxide insulating coating (3) consists of an aluminum and/or titanium or an aluminum and/or zirconium oxide layer, with the appropriate composition of components.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS pav. pavaizduota plazmos generatoriaus PG principinė schema.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. the schematic diagram of the plasma generator PG is shown.

pav. pavaizduota PG korpuso bendras vaizdas, pjūvyje vaizdas A-A, vaizdeFig. a general view of the PG body is shown, in the section view A-A, in the view

B - antgalio pjūvis.B - section of the tip.

Plazmos generatorių (PG) (1 pav.) sudaro nerūdijančio plieno korpusas (1) su antgaliu (2), kurie padengti aukštatemperatūre aliuminio oksido apsaugine danga (3), aušinamas katodo laikiklis (4) su įpresuotu hafnio emiteriu (5), srauto dinaminis sukimo mechanizmas (6) su grioveliais, dujų tiekimo kanalas (7) su atvamzdžiu (8), nukreiptu į PG galą. Dujų tiekimo kanalą (7) sudaro ertmė tarp dviejų katodo mazgo (9) ir aušinimo sistemos kanalo (10) išorinio vamzdelių, pagamintų iš nerūdijančio plieno. Dujos tiekiamos pro tris viena po kitos koaksialiai išdėstytas centruojančias įvores (11) su žiedinėmis angomis. Srautas sukamas panaudojant specialų varinį sukimo mazgą (12) su sriegiu, kurio žingsnis 4,25 mm.The plasma generator (PG) (Fig. 1) consists of a stainless steel body (1) with a nozzle (2) covered with a high-temperature aluminum oxide protective coating (3), a cooled cathode holder (4) with a pressed-in hafnium emitter (5), a flow dynamic turning mechanism (6) with grooves, gas supply channel (7) with a pipe (8) directed to the end of the PG. The gas supply channel (7) consists of a cavity between the two outer tubes of the cathode assembly (9) and the cooling system channel (10), made of stainless steel. The gas is supplied through three coaxial centering bushings (11) with annular holes. The flow is turned using a special copper turning assembly (12) with a thread with a pitch of 4.25 mm.

Nepusiausviroji plazma generuojama tam, kad būtų sudaryta reaguojančių dujų aktyvuojanti aplinka, siekiant padidinti cheminių reakcijų greitį keletą šimtų kartų.Non-equilibrium plasma is generated to create an activating environment of reactive gases to increase the rate of chemical reactions by several hundreds of times.

PG korpusas (1), antgalis (2) ir katodo mazgas (9) yra intensyviai aušinami. Tam panaudota speciali aušinimo sistema, kuri tiekia aušinimo skystį į tiekimo kanalus su tiekimo (13), (14), (15) ir nuvedimo (17), (18), (21) kanalais. Korpuso (1) aušinimo apvalkalą sudaro plonasieniai nerūdijančio plieno vamzdeliai, o antgalio (2) - išfrezuotas kanalas (19), į kurį įveržtas išorinis vamzdis (20). PG katodą aušinantis skystis išteka pro centrinio vamzdelio atvamzdį (21) kanalu tiesiogiai iš viso katodo mazgo.The PG body (1), tip (2) and cathode assembly (9) are intensively cooled. For this, a special cooling system is used, which supplies coolant to the supply channels with supply (13), (14), (15) and drain (17), (18), (21) channels. The cooling shell of the body (1) consists of thin-walled stainless steel tubes, and the nozzle (2) has a milled channel (19) into which the outer tube (20) is threaded. The PG cathode cooling liquid flows through the central tube opening (21) through a channel directly from the entire cathode assembly.

PG šoninių plazmą sudarančių dujų bei aušinančio vandens tiekimo kanalų išdėstymas vaizduojamas 2 pav., kuriame taip pat matoma ir plazmą sudarančių dujų ir elektros lanko ištekėjimo tūta (22).The layout of the PG side plasma-forming gas and cooling water supply channels is shown in Fig. 2, which also shows the plasma-forming gas and electric arc discharge nozzle (22).

Plazmos generatoriuje PG naudojamas katodo laikiklis yra pagamintas iš aukštos kokybės vario, o jame įpresuotas butono tipo emiteris yra „karštas“, pagamintas iš hafnio. Be paminėtų mazgų ir detalių, PG taip pat sudaro dujų tiekimo ir matavimo įtaisai (brėž. nepavaizduoti), matavimo angos, plazmos srauto išleidimo tūtos bei tvirtinimo elementai. PG surenkamas ir sujungiamas įveržiamaisiais žiedaisveržlėmis (23) su sandarinimo tarpinėmis (24). Plazmą sudarančių dujų tiekimo kanalo korpusas kartu naudojamas ir elektros srovės tiekimui į katodo emiterį ir yra prijungiamas prie pastovios stabilizuotos srovės 600 V bei 300 A elektros energijos tiekimo šaltinio per gnybtą (-).The cathode holder used in the PG plasma generator is made of high-quality copper, and the button-type emitter pressed into it is "hot" made of hafnium. In addition to the mentioned units and details, PG also consists of gas supply and measurement devices (not shown in the drawing), measurement holes, plasma flow discharge nozzles and fastening elements. PG is assembled and connected with ring nuts (23) with sealing gaskets (24). The body of the supply channel of plasma-forming gases is also used to supply electric current to the cathode emitter and is connected to a constant stabilized current 600 V and 300 A power supply source through terminal (-).

PG anodas yra plazmocheminiame reaktoriuje montuojama grafito plokštė (1 pav., 25) su skysto metalo vonia (1 pav., 26). Tai taip pat šį PG daro skirtingą nuo prototipo. Plazmą sudarančios dujos kartu su apdorojama medžiaga kaitinama elektros lanko reakcinėje zonoje, kurioje organinės medžiagos yra skaidomos ir dujinamos, o neorganinės - lydomos. Plazmos generatoriumi kaitinamos plazmą sudarančios dujos, tiekiamos 0,9-1,2 g/s srautu tolygiai pagal visą plazmos generatoriaus ištekėjimo tūtos perimetrą išdėstytomis įvorėmis su žiedinėmis kiaurymėmis (2 pav., 11), po to pro varinį sukimo mazgą (12) patenka į ištekėjimo tūtą (22). Reakcinėje lanko zonoje, kaip plazmą sudarančios dujos gali būti įvairių rūšių komponentai ir jų mišiniai, įskaitant anglies dioksidą, orą, vandens garą, argoną, vandenilį ir kitas dujas bei jų mišinius.The PG anode is a graphite plate (Fig. 1, 25) with a liquid metal bath (Fig. 1, 26) installed in a plasma chemical reactor. This also makes this PG different from the prototype. The gas forming the plasma is heated together with the processed material in the reaction zone of the electric arc, where organic materials are decomposed and gasified, and inorganic materials are melted. The gas forming the plasma is heated by the plasma generator, supplied with a flow of 0.9-1.2 g/s through bushings with annular holes (Fig. 2, 11) arranged evenly around the entire circumference of the outlet nozzle of the plasma generator, after which it enters through the copper turning assembly (12) into the outlet nozzle (22). In the reaction zone of the arc, the gases forming the plasma may contain various types of components and mixtures thereof, including carbon dioxide, air, water vapor, argon, hydrogen and other gases and mixtures thereof.

PG vidinę konstrukcijoje dar galima išskirti šešis bendraašius koaksialinius cilindrus, atskirtus vienas nuo kito centruojančiomis įvorėmis, kurios naudojamos plazmą sudarančių dujų tiekimui bei aušinamo vandens cirkuliacijai. Katodo laikiklis, kurio galas yra nupjauto kūgio formos, kurio sudaromoji su ašimi sudaro 70-90° kampą, yra įsuktas į vandeniu aušinamą katodo mazgą. Plazmą sudarančių dujų įleidimo įvorė pagaminta iš stiklo tekstolito, jos vidinis skersmuo yra 20 mm. Dėl dujų dinaminių ir šiluminių procesų, vykstančių ištekėjus plazmos stulpui link anodo, grafito plokštėje (25) susidaro lanko dėmė, kurios skersmuo tiesiog proporcingas atstumui tarp elektrodų ir priklauso nuo įpučiamų dujų sudėties bei debito. Jos įduboje esantis metalas išsilydo ir sudaro skysto metalo vonią (26). Veikiant dujų dinaminėms ir elektromagnetinėms jėgoms, dėmė nuolat juda grafito ir skysto metalo (plieno) paviršiumi. Ji turi santykinai didelį paviršiaus plotą, kuriame išsiskiria lanko anodo zonos šiluma, o tai garantuoja aukštą anodo atsparumą terminiams smūgiams.In the internal structure of the PG, six coaxial coaxial cylinders can be distinguished, separated from each other by centering sleeves, which are used for the supply of plasma-forming gases and cooling water circulation. The cathode holder, the tip of which is in the form of a truncated cone, the component of which forms an angle of 70-90° with the axis, is screwed into the water-cooled cathode assembly. The inlet sleeve for plasma-forming gases is made of glass textolite and has an inner diameter of 20 mm. As a result of the dynamic and thermal processes of the gas, which take place after the plasma column flows towards the anode, an arc spot is formed on the graphite plate (25), the diameter of which is directly proportional to the distance between the electrodes and depends on the composition and flow rate of the blown gas. The metal in its cavity melts and forms a bath of liquid metal (26). Under the influence of gas dynamic and electromagnetic forces, the spot constantly moves on the surface of graphite and liquid metal (steel). It has a relatively large surface area where the heat of the anode zone of the arc is released, which guarantees a high resistance of the anode to thermal shocks.

IŠRADIMO REALIZAVIMO APRAŠYMASDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Plazmos generatorius PG veikia šiuo principu:The plasma generator PG works on the following principle:

iš aušinimo sistemos rezervuarų siurbliais kanalais (13), (14) ir (15) pradedamas tiekti aušinimo skystis (vanduo). Tuo pačiu metu, pro atvamzdį (8) ir įvores (11) tiekimo kanalu (7) paduodamos plazmą sudarančios dujos, kurios patenka į priekatodinę zoną. Toliau, pozicionavimo įrenginio pagalba (brėžinyje nepavaizduotas) nustatomas minimalus atstumas 5-10 mm tarp PG katodo ir anodo (grafito plokštės (25) su jo vonioje (26) esančiu dar neišlydytu metalu. Elektros lankui sužadinti parenkamas 5-6 mm tarpelis ir tarp PG ir grafito plokštės paduodama įtampa bei trumpam įjungiamas osciliatorius, kuris duoda 15 kV įtampos impulsą. Tuo jonizuojamos tarpelyje esančios dujos ir inicijuojamas elektros lankas tarp anodo ir katodo. Lankui užsidegus, toliau pozicionavimo įrenginiu nustatomas reikiamas 150200 mm atstumas, kuriam esant PG stabiliai dirba, o jo voltamperinės charakteristikos tampa kylančiomis. Tuo taip pat pasireiškia šio PG skirtumas nuo esamų analogų.coolant (water) starts to be supplied from the cooling system reservoir pumps through channels (13), (14) and (15). At the same time, plasma-forming gas is supplied through the supply channel (7) through the nozzle (8) and sleeves (11), which enters the pre-cathode zone. Next, with the help of a positioning device (not shown in the drawing), a minimum distance of 5-10 mm is determined between the PG cathode and the anode (graphite plate (25) with the not yet melted metal in its bath (26). A gap of 5-6 mm is selected to excite the electric arc and between the PG and the graphite plate is supplied with voltage and the oscillator is briefly switched on, which gives a voltage pulse of 15 kV. The gas in the gap is ionized and the electric arc is initiated between the anode and the cathode. After the arc is ignited, the required distance of 150200 mm is determined by the positioning device, at which the PG works stably, and its voltammetric characteristics become rising, which also shows the difference of this PG from existing analogues.

Šaltų plazmą sudarančių dujų srautas apteka priekatodinę lanko zoną ir juda išilgai centrinės PG ašies link anodo. Antgalio (2) kanalu judančios dujos intensyviai plečiasi ir lankas kartu su jomis, pro centrinį kanalą (22) palieka cilindrinį antgalį ir persikelia į grafito plokštės metalo vonią (26), kurioje esantis metalas išlydomas. Toks lanko degimo pobūdis užtikrina jo stabilumą, vienodą plazmą sudarančių dujų pašilimą išilgai ašies ir periferijos bei vienodą temperatūros pasiskirstymą plazmos srovės skerspjūvyje prie įvairių PG darbo parametrų. Tokiu būdu, lankas įgauna kylančią voltamperinę charakteristiką.The stream of cold plasma-forming gases surrounds the pre-cathode zone of the arc and moves along the central axis of the PG towards the anode. The gas moving through the channel of the nozzle (2) intensively expands and the arc together with it, leaves the cylindrical nozzle through the central channel (22) and moves to the metal bath of the graphite plate (26), where the metal is melted. This nature of the arc combustion ensures its stability, uniform heating of plasma-forming gases along the axis and periphery, and uniform temperature distribution in the cross-section of the plasma current at various PG operating parameters. In this way, the arc acquires a rising voltammetric characteristic.

Katodo emiterio zonoje išsiskirianti šiluma intensyviai nuvedama tekančiu vandeniu ir lanką apiplaunančiu srautu. Ši konstrukcija užtikrina ilgalaikį PG veikimą esant srovei iki 300 A. Pagrindinės patentuojamo PG darbo charakteristikos yra stabilios ir griežtai reguliuojamos. Lanko srovės vidutinis dydis yra 160-180 A. Nuo jos priklauso plazminio proceso efektyvumas, medžiagos apdorojimo greitis bei kokybė, o taip pat plazminio įrenginio galia. Srovės dydis parenkamas pagal apdorojamų teršalų sudėtį ir jų kiekį.The heat released in the cathode-emitter zone is intensively removed by flowing water and the current surrounding the arc. This design ensures long-term operation of the PG at a current of up to 300 A. The main characteristics of the patented PG operation are stable and strictly regulated. The average size of the arc current is 160-180 A. It depends on the efficiency of the plasma process, the speed and quality of material processing, as well as the power of the plasma device. The size of the current is selected based on the composition and amount of pollutants to be treated.

Lanko įtampa priklauso nuo jo ilgio, gali keistis 280-235 V ribose, priklausomai nuo nustatyto atstumo ir lanko srovės. Ji taip pat lemia įrenginio galią ir turi tiesioginę įtaką PG voltamperinėms charakteristikoms.The voltage of the arc depends on its length, it can vary between 280-235 V, depending on the set distance and arc current. It also determines the power of the device and has a direct influence on the voltammetric characteristics of the PG.

Lanko galia yra vienas iš apibudinančių elektros lanko parametrų ir išreiškiamas lanko srovės ir įtampos sandauga. Patentuojamame įrenginyje ji yra 37,6-44,8 kW.Arc power is one of the defining parameters of an electric arc and is expressed as the product of arc current and voltage. In the patented device, it is 37.6-44.8 kW.

Vienas iš apibudinančių parametrų yra plazmą sudarančių dujų srautas. Šiame PG jis yra 0,9-1,1 g/s, tuo tarpu nagrinėtuose prototipuose yra žymiai didesnis ir siekia iki 50 g/s. Šis parametras labai svarbus, nes užtikrina ilgalaikę teršalų dislokaciją plazminėje aplinkoje. Tai taip pat yra šio PG privalumas.One of the defining parameters is the flow of plasma-forming gases. In this PG, it is 0.9-1.1 g/s, while in the examined prototypes it is significantly higher and reaches up to 50 g/s. This parameter is very important because it ensures the long-term dislocation of contaminants in the plasma environment. This is also an advantage of this PG.

Į PG priekatodinę zoną gali būti tiekiamos įvairios sudėties papildomos dujos, kurios skirtos sudaryti apsauginę atmosferą katodo emiteriui. Papildomos dujos, iki 10-15 g/s srautu tiekiamos į prieanodinę zoną, esančią plazmocheminio reaktoriaus viduje, tuo atveju, jeigu norima padidinti reakcinėje zonoje esančių dujų entalpiją, o taip pat sudaryti reikiamos sudėties atmosferą reaktoriuje. Tiekiant papildomas dujas taip pat galima sumažinti plazminės aplinkos temperatūrą ir greitį, o taip pat aplinkos entalpiją (pvz., tiekiant vandens garą).Additional gases of various compositions can be supplied to the PG pre-cathode zone, which are designed to create a protective atmosphere for the cathode emitter. Additional gas, with a flow of up to 10-15 g/s, is supplied to the near-anode zone inside the plasma chemical reactor, in case it is desired to increase the enthalpy of the gases in the reaction zone, as well as to create an atmosphere of the required composition in the reactor. Supplying additional gas can also reduce the temperature and velocity of the plasma environment, as well as the enthalpy of the environment (e.g., by supplying water vapor).

Naudojant pozicionavimo įrenginį, kuriame įtvirtintas plazmos generatorius, pradinis atstumas tarp katodo ir anodo nustatomas apskaičiavus minimalų pramušimo sluoksnio storį ir žinant į reakcinę zoną tiekiamų papildomų dujų elektrinį laidumą prie aplinkos temperatūros. Toliau, naudojant tą patį pozicionavimo įrenginį, nustatomas darbinis atstumas tarp katodo ir anodo, o jį keičiant, reguliuojama elektros lanko galia ir charakteristikos.Using a positioning device with a plasma generator, the initial distance between the cathode and the anode is determined by calculating the minimum thickness of the piercing layer and knowing the electrical conductivity of the additional gas supplied to the reaction zone at ambient temperature. Next, using the same positioning device, the working distance between the cathode and the anode is determined, and by changing it, the power and characteristics of the electric arc are regulated.

Plazmos srovės parametrai priklauso nuo lanko geometrinių matmenų, ypač nuo ištekėjimo tūtos skersmens ir lanko ilgio. Didėjant tūtos skersmeniui, plazmos srovės ilgis mažėja, o skersmuo didėja. Didėjant lanko ilgiui sumažėja plazmos srovės vidutinė masinė entalpija ir plazmos stulpas tampa labiau koncentruotas, o srovės plėtimosi kampas sumažėja.The parameters of the plasma current depend on the geometrical dimensions of the arc, especially on the diameter of the discharge nozzle and the length of the arc. As the diameter of the nozzle increases, the length of the plasma jet decreases and the diameter increases. As the arc length increases, the average mass enthalpy of the plasma stream decreases and the plasma plume becomes more concentrated, while the angle of expansion of the stream decreases.

Siekiant išvengti elektrinio kontakto tarp katodo, susidariusių laidžių dujų ir metalinių plazmocheminių įrenginių sienelių dalių, kuriose montuojamas PG, jo korpusas (1) ir antgalis (2) padengti aukštatemperatūrine aliuminio oksido izoliacine apsaugine danga (3), kuri susideda, esant atitinkamai komponentų sudėčiai, iš aliuminio ir/arba titano arba aliuminio ir/arba cirkonio oksido 250 μm storio sluoksnio, kuri plazminėje aplinkoje neleidžia lankui užsidaryti ant plazmocheminio reaktoriaus sienelės ar futeruotės.In order to avoid electrical contact between the cathode, the generated conductive gas, and the metal parts of the walls of plasma chemical devices where the PG is installed, its body (1) and nozzle (2) are covered with a high-temperature aluminum oxide insulating protective coating (3), which consists, with the appropriate composition of components, from aluminum and/or titanium or aluminum and/or zirconium oxide 250 μm thick layer, which prevents the arc from closing on the wall or lining of the plasma chemical reactor in the plasma environment.

Elektros lankas degantis apribotoje erdvėje (reaktoriuje) laikomas laisvu, nors jo vystymąsi erdvėje šiek tiek riboja reaktoriaus sienos. Plazmą sudarančios ir apsauginės dujos lanko formos ir elgesio neriboja, o papildomų dujų srautas jį stabilizuoja. Oras, kaip plazmą formuojančios dujos, į PG tiekiamas iš katodo pusės. Išradimo objektas PG, be atliekų apdorojimo, gali būti naudojamas ir įvairios paskirties plazmocheminiuose reaktoriuose, skirtuose medžiagų sintezei, jų lydymui bei įvairių produktų, tokių, kaip granulių ir plaušų sudarymui. Kartu su reaktoriumi, jis gali būti sėkmingai panaudotas vandenilio sintezei vandens garo plazminėje technologijoje, metalurgijoje ir kt.An electric arc burning in a confined space (reactor) is considered free, although its development in space is somewhat limited by the walls of the reactor. The form and behavior of the arc are not limited by the plasma-forming and shielding gases, and the flow of additional gases stabilizes it. Air, as a plasma-forming gas, is supplied to the PG from the cathode side. The object of the invention, PG, in addition to waste treatment, can also be used in plasma-chemical reactors for various purposes, for the synthesis of materials, their melting and the formation of various products, such as granules and fibers. Together with the reactor, it can be successfully used for hydrogen synthesis in water vapor plasma technology, metallurgy, etc.

PRAMONINIS PRITAIKOMUMASINDUSTRIAL SUITABILITY

Nauja konstruktyvinių elementų visuma, dėka to, kad plazmos generatorius, kuriame koaksialiai sumontuoti vienas nuo kito izoliuoti vandeniu aušinami kintamo skerspjūvio elementai, leidžia generuoti stacionarų lanko stulpą su stabiliais ir visapusiškai reguliuojamais parametrais, o tai leidžia pasiekti išradimo tikslą.A new set of structural elements, thanks to the fact that the plasma generator, in which the coaxially installed water-cooled elements of variable cross-section, are isolated from each other, allows the generation of a stationary arc pillar with stable and fully adjustable parameters, which allows to achieve the goal of the invention.

Claims (8)

1. Plazmos generatorius, susidedantis iš cilindro formos korpuso, kurio sienelėse yra sumontuoti aušinimo skysčių padavimo ir nuvedimo kanalai, dujų tiekimo bei plazmos srauto dujų įpūtimo ir ištekėjimo kanalai, katodo mazgo bei anodo mazgo, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad korpusas (1) susideda iš šešių nerūdijančio plieno, koaksialiai vienas nuo kito izoliuotų, kintamo skerspjūvio cilindrų, atskirtų vienas nuo kito centruojančiomis įvorėmis, kurios skirtos plazmą sudarančių dujų tiekimui bei aušinamo vandens cirkuliacijai, ir antgalio (2), kurie yra padengti aukštatemperatūrine aliuminio oksido izoliacine apsaugine danga (3), katodo mazgas (9) yra sumontuotas korpuso (1) viduje su katodo laikikliu (4), kurio centre įpresuotas hafnio emiteris (5) bei, ties antgaliu (2) atskirai įrengtu reguliuojamu atstumu, anodo mazgo, susidedančio iš grafitinės plokštės (25) su skysto metalo vonia (26).1. A plasma generator consisting of a cylindrical body, the walls of which are equipped with coolant supply and drainage channels, gas supply and plasma flow gas inlet and outlet channels, a cathode assembly and an anode assembly, but differs in that the casing (1) consists of six stainless steel coaxially insulated cylinders of variable cross-section, separated from each other by centering bushings for the supply of plasma-forming gases and cooling water circulation, and the nozzle (2), which are covered with a high-temperature aluminum oxide insulating protective coating (3), the cathode assembly (9) is mounted inside the housing (1) with a cathode holder (4) in the center of which a hafnium emitter (5) is pressed in and, at the tip (2) separately arranged at an adjustable distance, an anode assembly consisting of a graphite plate (25) with liquid metal bath (26). 2. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad korpuso (1) aušinimo sistema yra sudaryta iš plonasienių nerūdijančio plieno vamzdelių, įleistų į korpusą (1), į kuriuos aušinimo skystis paduodamas iš aušinimo skysčio tiekimo kanalų (13), (14), (15) ir nuvedamas (17), (18), (21) kanalais.2. The plasma generator according to claim 1, but differs in that the cooling system of the body (1) is composed of thin-walled stainless steel tubes inserted into the body (1), into which the coolant is supplied from the coolant supply channels (13), (14) , (15) and is led through channels (17), (18), (21). 3. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad korpuso (1) antgalio (2) aušinimui, skystis paduodamas išfrezuotu kanalu (19).3. The plasma generator according to claim 1, which differs in that the liquid is fed through a milled channel (19) for cooling the nozzle (2) of the body (1). 4. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad katodo mazgas yra įtvirtintas į specialų vandeniu aušinamą nupjauto kūgio formos laikiklį (4), kurio sudaromoji su ašimi sudaro 70°-90° kampą.4. The plasma generator according to point 1, but differs in that the cathode unit is fixed in a special water-cooled truncated cone-shaped holder (4), the angle of which forms an angle of 70°-90° with the axis. 5. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad grafitinės plokštės su skysto metalo vonia paviršiuje, ant skysto metalo ar elektrai laidžios keramikos lydalo, yra suformuota judanti anodinė dėmė.5. The plasma generator according to claim 1, which differs in that a moving anodic spot is formed on the surface of the graphite plate with a liquid metal bath, on the liquid metal or electrically conductive ceramic melt. 6. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad elektros lanko ilgis tarp katodo ir anodo yra kintamas ir reguliuojamas pozicionavimo įrenginio pagalba.6. The plasma generator according to claim 1, which differs in that the length of the electric arc between the cathode and the anode is variable and adjustable with the help of a positioning device. 7. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad plazmą sudarančios dujos yra tiekiamos katodo emiterio (5) zonoje.7. The plasma generator according to claim 1, which differs in that the gas forming the plasma is supplied in the area of the cathode emitter (5). 8. Plazmos generatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad aukštatemperatūrinė aliuminio oksido izoliacinė danga, esant atitinkamai komponentų sudėčiai, susideda iš aliuminio ir (arba) titano, arba aliuminio ir (arba) cirkonio oksido sluoksnio.8. The plasma generator according to claim 1, which differs in that the high-temperature aluminum oxide insulating coating consists of an aluminum and/or titanium, or an aluminum and/or zirconium oxide layer, in the presence of a suitable composition of components.
LT2022016A 2022-07-11 2022-07-11 Plasma generator LT7065B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2022016A LT7065B (en) 2022-07-11 2022-07-11 Plasma generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2022016A LT7065B (en) 2022-07-11 2022-07-11 Plasma generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2022016A LT2022016A (en) 2024-02-12
LT7065B true LT7065B (en) 2024-06-10

Family

ID=89833736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2022016A LT7065B (en) 2022-07-11 2022-07-11 Plasma generator

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT7065B (en)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5363781A (en) 1993-04-26 1994-11-15 Industrial Technology Research Institute Plasma torch-jet liquid waste treatment device
RU2036758C1 (en) 1992-05-26 1995-06-09 Пыкин Юрий Анатольевич Plasma generator
US20040000538A1 (en) 2002-04-19 2004-01-01 Conway Christopher J. Plasma arc torch tip
JP3591233B2 (en) 1997-08-25 2004-11-17 松下電器産業株式会社 Plasma cutting torch
KR100756642B1 (en) 2006-09-28 2007-09-07 주식회사 케이피씨 Plasma arc torch and scrubber which uses the plasma arc torch
RU2350052C1 (en) 2008-03-19 2009-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") Plasma jet
JP5226536B2 (en) 2006-02-23 2013-07-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Transfer arc type plasma torch
CN103200757A (en) 2010-10-04 2013-07-10 衢州市广源生活垃圾液化技术研究所 Arc plasma torch
US10076019B2 (en) 2013-09-05 2018-09-11 Trafimet S.P.A. Plasma torch with improved cooling system and corresponding cooling method
CN108770172A (en) 2018-08-06 2018-11-06 西安空天能源动力智能制造研究院有限公司 A kind of DC arc plasma jet for hazardous waste disposal
US11032900B2 (en) 2015-03-27 2021-06-08 Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. Plasma torch with structure capable of performing reversed polarity/straight polarity operation
CN112996211A (en) 2021-02-09 2021-06-18 重庆新离子环境科技有限公司 Direct current arc plasma torch applied to hazardous waste treatment
CN113811061A (en) 2021-08-28 2021-12-17 苏州易科华环保科技有限公司 Plasma torch for waste gas treatment

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036758C1 (en) 1992-05-26 1995-06-09 Пыкин Юрий Анатольевич Plasma generator
US5363781A (en) 1993-04-26 1994-11-15 Industrial Technology Research Institute Plasma torch-jet liquid waste treatment device
JP3591233B2 (en) 1997-08-25 2004-11-17 松下電器産業株式会社 Plasma cutting torch
US20040000538A1 (en) 2002-04-19 2004-01-01 Conway Christopher J. Plasma arc torch tip
JP5226536B2 (en) 2006-02-23 2013-07-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Transfer arc type plasma torch
KR100756642B1 (en) 2006-09-28 2007-09-07 주식회사 케이피씨 Plasma arc torch and scrubber which uses the plasma arc torch
RU2350052C1 (en) 2008-03-19 2009-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") Plasma jet
CN103200757A (en) 2010-10-04 2013-07-10 衢州市广源生活垃圾液化技术研究所 Arc plasma torch
US10076019B2 (en) 2013-09-05 2018-09-11 Trafimet S.P.A. Plasma torch with improved cooling system and corresponding cooling method
US11032900B2 (en) 2015-03-27 2021-06-08 Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. Plasma torch with structure capable of performing reversed polarity/straight polarity operation
CN108770172A (en) 2018-08-06 2018-11-06 西安空天能源动力智能制造研究院有限公司 A kind of DC arc plasma jet for hazardous waste disposal
CN112996211A (en) 2021-02-09 2021-06-18 重庆新离子环境科技有限公司 Direct current arc plasma torch applied to hazardous waste treatment
CN113811061A (en) 2021-08-28 2021-12-17 苏州易科华环保科技有限公司 Plasma torch for waste gas treatment

Also Published As

Publication number Publication date
LT2022016A (en) 2024-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2071644C1 (en) Plasma torch
US8921731B2 (en) Protective nozzle cap, protective nozzle cap retainer, and arc plasma torch having said protective nozzle cap and or said protective nozzle cap retainer
RU2456780C2 (en) Direct arc plasma burner
US6215091B1 (en) Plasma torch
US4864096A (en) Transfer arc torch and reactor vessel
KR0137957B1 (en) Gas-cooled cathodes for arc torch
CA1086833A (en) Method of and device for plasma-mig welding
JPS6213272A (en) Hybrid non-transfer arc plasma torch and operating method thereof
US3676639A (en) Non-consumable electrode for electric-arc process
JP2002231498A (en) Composite torch type plasma generating method and device
CN110677971A (en) Thermal plasma torch generator
RU2614533C1 (en) Electric-arc plasmatron
KR100459315B1 (en) Plasma Torch with Hollow Electrodes for Hazardous Waste Treatment
RU2071189C1 (en) Plasma generator
LT7065B (en) Plasma generator
RU2092981C1 (en) Plasma generator for deposition of powder materials
RU2646858C2 (en) Arc-let plasmatron
JP3042919B2 (en) High enthalpy plasma torch
SU1234104A1 (en) Plasma torch
KR950012485B1 (en) Torch for Plasma Arc Melting
US4119876A (en) Electrode structure for an electric discharge device
CN107949141A (en) A kind of anode movable type plasma burner
RU2328096C1 (en) Plasma system for sprayed coating (options)
US3446902A (en) Electrode having oxygen jets to enhance performance and arc starting and stabilizing means
RU194071U1 (en) Plasma torch

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20240212

FG9A Patent granted

Effective date: 20240610