技術領域

本發明涉及一種用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的方法及裝置，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01129931.2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

本發明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方法及裝置，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。

本發明的技術方案：本發明的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的方法，步驟包括：

1)制備水蒸汽及通過等離子發生器將工作氣體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)將高溫等離子體工質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，與高溫等離子體工質強烈混合，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。

所述的工作氣體優選氮氣。

所述的步驟2)高溫等離子體工質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工質與水蒸汽進入高溫水蒸汽發生器的質量流量比例，使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。

所述的用等離子體制取高溫、富含活性粒子水蒸汽的方法，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。

所述的送入高溫水蒸汽發生器的水蒸汽優選飽和水蒸汽。

本發明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。

本發明的優點：

本發明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。

本發明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。

附圖說明

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