Сучасна електрометалургія, 2021, №02



2021 №02 (02)

DOI of Article 10.37434/sem2021.02.03

2021 №02 (04)

---

Сучасна електрометалургія, 2021, #2, 19-25 pages

Проблеми та їх вирішення при використанні пароводяних плазмотронів підвищеної потужності

С.В. Петров

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Реалізація нових технологій багатотоннажної плазмохімії потребує розробки надійних високоресурсних плазмотронів підвищеної потужності. В процесі роботи плазмотрона найбільш інтенсивному зношуванню підлягає катод, ресурс анода вище приблизно в два рази. Розроблено оригінальні конструкції пароводяних плазмотронів непрямої дії з застосовуванням двох типів катодних вузлів — вольфрамовим (ПЛР-3П) та мідним трубчатим (ПЛР-4П). В останньому низький рівень ерозії трубчатого катоду забезпечується розподілом теплового потоку від точки опори дуги на велику область внаслідок її швидкого руху (~ 100 м/с) завдяки газодинамічним і магнітним силам, що діють на радіальну ділянку дуги. При цьому дугова пляма сканує робочу поверхню електрода, перебуваючи між аеродинамічною та магнітною площинами. При роботі плазмотрона ПЛР-4П на струмі 300 А ерозія катода складала для повітря 9⋅10−7 г/Кл, а для водяної пари — 3⋅10−7 г/Кл. Крім того, з водяним паром поверхня катоду залишається чистою і рівень ерозії не залежить від часу роботи, а при роботі на повітрі поверхня покривається чорною плівкою закису міді (СuО). Встановлено, що внаслідок флуктуацій струму і напруги, газодинамічної нестійкості вихрової течії в глухому електроді можливе самопогасіння електричної дуги. Щоб уникнути самопогасіння електричної дуги для живлення пароводяних плазмотронів підвищеної потужності (100…500 кВт) слід застосовувати 12-фазні схеми випрямлення. Бібліогр. 27, рис. 6.
Ключові слова: пароводяний плазмотрон; трубчатий катод; ерозія; магнітно-вихрова стабілізація дуги; самопогасання дуги

Received 25.03.2021

Список літератури

1. Rutberg, Ph.G., Bratsev, A.N., Kuznetsov, V.A. et al. (2011) On efficiency of plasma gasification of wood residues. Biomass Bioenergy, 35(1), 495–504.
2. Petrov, S.V., Katircioğlu, T.Y. (2020) Technological aspects of steam and water plasma. OmniSkriptum Publishing Group.
3. Hrabovsky, M., Hlina, M., Konrad, M. et al. (2013) Steam plasma-assisted gasification of organic waste by reactions with water, CO2 and O2. In: Proc. of 21st Intern. Sym. on Plasma Chemistry ISPC 21, (4–9 August 2013, Cairns Convention Centre, Queensland, Australia).
4. Kaushal, P., Tyagi, R. (2012) Steam assisted biomass gasification: An overview. Can. J. Chem. Eng., 90(4), 1043–1052.
5. Bratsev, A.N., Kuznetsov, V.A., Popov, V.E. et al. (2009) Estimation of perspectivity of steam plasma methane conversion. High Temp. Mater. Processes, 13(2), 241–246.
6. Narengerile, H. Saito, Watanabe, T. (2010) Decomposition mechanism of fluorinated compounds in water plasmas generated under atmospheric pressure. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 6, 17.
7. Petrov, S.V. (2021) Innovative plasma jet technologies. LAP Lambert Academic Publishing.
8. Tamosiunas, A., Valatkevicius, P., Valincius, V., Levinskas, R. (2016) Biomass conversion to hydrogen-rich synthesis fuels using water steam plasma. Comptes Rendus Chimie, 19(4), 433–440.
9. Galvitaa, V., Messerle, V.E., Ustimenko, A.B. (2007) Hydrogen production by coal plasma gasification for fuel cell technology. Int. J. of Hydrogen Energy, 32, 3899–3906.
10. Tao, K., Ohta, N., Liu, G. et al. (2010) Plasma enhanced catalytic reforming of biomass tar model compound to syngas. Fuel. Available onlinе. doi:10.1016/j.fuel.2010.05.044.
11. Shiyun, Liu, Danhua, Mei, Li, Wang, Xin, Tu (2017) Steam reforming of toluene as biomass tar model compound in a gliding arc discharge reactor. Chemical Engineering J., 307, 793–802.
12. Toumanov, Y.N. (1989) Low-temperature plasma and high-frequency electromagnetic fields in the process of obtaining materials for nuclear power. Moscow, Energoatomizdat [in Russian].
13. Hrabovsky, M. (1998) Water-stabilized plasma generators. Pure and Applied Chemistry, 70(6), 1157–1162.
14. Hrabovsky, M. (2009) Thermal plasma generators with water stabilized arc. The Open Plasma Physics J., 2(1), 99–104.
15. Mikhajlov, B.I. (2002) Prospects of practical application of arc steam-water plasma. Teplofizika i Aeromekhanika, 9(1), 1–16 [in Russian].
16. Plasma technologies. https://epos-nsk.ru/portfolio-category/ plazmennye-tekhnologii/
17. Model PPT-ST — steam plasma arc torches. https://www.energyxprt. com/products/model-ppt-st-steam-plasma-arc-torches-538911
18. (2016) Steam plasma arc refrigerant cracking system (SPARC-10™). https://streblenergy.com/2016/06/17/steamplasma-arc-refrigerant-cracking-system-sparc-10tm/
19. Krivtsov, V.S., Plankovsky, S.I. (2005) Problems of development of long-life high-current electric arc plasmatrons. Aviats.-Kosmich. Tekhnika i Tekhnologiya, 7, 7–20 [in Russian].
20. MARC-11 Plasma Torch. https://aquasourcetechnologies. com/marc-11-plasma-torch/
21. Anshakov, A.S., Urbakh, E.K., Cherednichenko, V.S. et al. (2012) Development and investigation of arc plasmatrons for heating of air with long service life. Energotekhnologii i Resursosberezhenie, 5, 4–8 [in Russian].
22. Jeanvoine, N. (2009) Plasma — material interaction and electrode degradation in high voltage ignition discharges: Dissertation zur Erlangung des Grades des Doktors der Ingenieurwissenschaften. Saarbrücken, 166.
23. Mikhajlov, B.I. (2008) Autoscanning in plasmatrons with magnetic vortex arc stabilization. Teplofizika i Aeromekhanika, 15(3), 551–553 [in Russian].
24. Essiptchouk, A.M., Marotta, A., Sharakhovsky, L.I. (2004) The effect of arc velocity on cold electrode erosion. Phys. Plasmas, 11(3), 1214–1219.
25. Benilov, M.S., Cunha, M.D., Hartmann, W. et al. (2013) Space-resolved modeling of stationary spots on copper vacuum arc cathodes and on composite CuCr cathodes with large grains. IEEE Transact. on Plasma Sci., 41(8), 1950–1958.
26. Rao, L., Munz, R.J. (2008) Effect of cathode microstructure on arc velocity and erosion rate of cold cathodes in magnetically rotated atmospheric pressure arcs. J. of Thermal Spray Technol., 17(4), 574–582.
27. Messerle, B.E., Ustimenko, A.B., Ushanov, B.Zh. et al. (2014) Formation of nanocarbon materials in arc plasmatrons. Vestnik VSGUTU, 2, 13–20 [in Russian].

---

Реклама в цьому номері:

---