Электродуговой подогреватель газа Советский патент 1980 года по МПК H05B7/18 H05H1/24 

(54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к технике получения низкотемпературной водяной плазмы и может быть применено в химической, металлургической отраслях промышленности, в машиностроении и других прогаводствах,, в которых для осуществления технологического процесса требуется поток нагретого газа.

Использование водяной плазмы позволяет в ряде случаев радикально изменить ее эффективность. Это обусловлено более высоким по сравнению с воздушной, азотной и другими плазмами удельным теплосодержанием водяной плазмы и налившем диссодирфоват1ых молекул водорода и кислорода, являющихся непосредственными реа1ентами в химических реакциях.

Кроме того, ввиду отсутствия ТОКС1ГЧНЫХ

компонент струя водяной плазмы может быть использована как инструмент для разрушения горных пород при производстве подземных выргйоток с затруд енной вентиляцией.

Р1звестен электродуговой генератор водяной плазмы с магнитной стабилизацией электрической дуги 1.

Но этот плазмотрон не может обеспечить длительную непрерьпзную работу, что объясняется большими значениями уделыюй эрозии электродного материала (порядка Ю г/Кл).

Известен также электродуговой подогреватель газа, содержащий соосно и последовательно установленные стержневой катод, кольцо пода10чи защтного газа, межэлектродную вставку,кольцо подачи плазмообразующего газа и снабженный каналами охлаждения анод с центральным сквозным отверстием переменного сечения, выполненным по длине из двух участков15входного и выходного, последний из которых выполнен цилиндрическим 2.

Недостатком этого подогревателя является то, что он не может эффективно работать на водяном паре.

20

Цель изобретения - увеличение КПД и эффективности работы подогревателя.

Для дост окения этой цели подогреватель снабжен экраном, выполненным из метал;к

с низкой теплопроводностью и установленным на обращенной к аноду поверхности вставки, входной участок анода выполнен в виде сужающегося в направлении к выходному и плавно сопряженного с ним конуса, а каналы охлаждения расположены в выходном участке анода.

Использование теплоизоляционной вставки и выполнение анода охлаждаемым только в месте привязки электрической дуги позволяет поддерживать стенки входного участка анода и вставки при температуре насыщения пара и, тем самым избежать конденсации пара на этих поверхностях. Необходдмость же увеличения сечения канала на начальном участке анода объясняется следующим образом.

Наличие горячих стекок канала на начальном участке создает благоприятные условия для шунтрфования на нем электрической дуги, что совершенно нежелательно, так как участок слабоохлаждаемый. Если начальный участок канала выполнить большего диаметра, то электрическая прочность промежутка дуга-стенка существенно увеличивается и пробой на этом участке становится невозможным. Проточная часть начального участка может иметь форму усеченного конуса, как это показано на чертеже, либо быть цилиндрической с диаметром большего основания конуса. При этом важно, чтобы переход от начального участка канала к рабочему цилиндрическому участку был плавным и с углом на сторону не более 45° во избежание образования в месте перехода возмущений потока также способствующих шунтированию Д5ти на сгенку.

При выполнении этих условий анодная привязка эпектрической дуги в рабочем диапазоне тока осуидествляется на выходном цилиндрическом интенсивно охлаждаемом участке анода,

На чертеже изображен предлагаемый элек тродутовой подогреватель газа (плазмотрон).

Плазмотрон имеет стержневой катод 1, завихрительное кольцо 2 подачи защитного газа, водоохлаждаемую межэлектродную вставку 3, теплоизоляционный экран 4, установленный на обращенной к аноду стороне вставки, кольцо 5 подачи основного газа и анод 6, выполненный с переменным по длине сквозным отверстием, сужающимся к выходу и имеющий охлаждение только в месте привяки электрической дуги 7 на цилиндрическом участке 8.

Теплоизоляционньш экран 4, вь.лолненный из металла с низкой теп юпроводностью, закрывает холодный торец вставки 3 и, имея температуру на обращешюй к аноду поверхности выше температурь насьпцения пара,

устраняет возможность конденсаш и пара в этом месте.

Для электрической изоляции электродов и вставки 3 друг от друга предусмотрены изоляторы 9 и 10. Интенсификация движения привязки дуги по .внутренней поверхноста выходного электрода производится с помощью магнитного поля, образованного катущкой 11.

Запуск плазмотрона осуществляется в два этапа.

На первом этапе осуществляется непосредственный поджиг электрической Дуги осциллятором при использовании в качестве рабочего газа подогретого до температуры не меньше температуры насыщенного водяного пара неконденсирующего газа: воздуха, азота и др. с последующим прогревом конструкции плазмотрона в течение 2-3 мин.

На втором этапе осуи1ествляется плавный переход на сухой перегретый водяной пар и последующая работа-плазмотрона на этом рабочем теле.

Плазмотрон обладает высокой работоспособностью, меньшей удельной эрозией анодного материала, чем при работе на воздухе, достаточно эффективным нагревом водяного пара и высокой стабильностью работы. Достинутая в нем величина удельного теплосодержаьгия водяной плазмы составляет 55,0 кДж/ что соответствует температуре порядка 5000° при тепловом коэффициенте полезного действия 65-70% и потребляемой мощности 100 кВт,

Формула изобретения

Электродуговой подогреватель газа, содержащий соосно и последовательно установленные стержневой катод, кольцо подаш защитного газа, межэлектродную вставку, кольцо подач } плазмообразующего газа и снабженный каналами охлаждения анод с центральным сквозным отверстием переменного сечения, выполненным по длине из двух участков - входного и выходного, последний из которых выполнен цилиндрическим, отличаю щи йс я тем, что, с целью увеличения КПД и эффективности работы подогревателя, он снабжен экраном, выполненным из металла с низкой теплопроводностью и установленным на обращенной к аноду поверхности вставки, входной участок анода выполнен в виде сужающегося в направлении к выхо;щому и плавно сопряженного с ним конуса, а каналы охлаждения расположены в выходном участке анода.