6.1　三相交流等离子体反应系统简介

图6-1　三相交流等离子体反应系统

三相交流等离子体反应系统是由法国巴黎高科矿业大学能源与过程研究中心等离子体研究工作组设计并建立的半工业规模的试验台架。图6-1为该系统的简易流程图。试验中，绝大部分N2从反应器的上部引入，余下的小部分N2包裹着等离子体发生装置中的石墨电极作为保护气引入，小部分空气作为鼓风雾化进料器的辅助气体引入（本次试验中未用到进料器）。反应器的下部连接有灰室、气体分析仪、氧气感应警报装置和一氧化碳感应警报装置。位于反应器上方的是防爆安全隔离装置。在反应器中，从上至下有3个热电偶，依次编号为热电偶1，热电偶2和热电偶3。其中，热电偶1测温位置距离反应器内壁面8mm，主要通过导热方式测温；热电偶2为一移动式热电偶，每8min其会移动到反应器的内壁面测量内壁面温度，并停留1min，然后移动回反应器中心线处继续测量中心线处温度；热电偶3位于反应器出口中心线处，测量出口烟温。图中省略了循环冷却水系统，其主要用于反应器的冷凝以及等离子体区和反应区的耗散热量的计算。

图6-2为三相交流等离子体发生装置和三维立体模型。从图中可以看到三个石墨电极发生器皆水平布置，其最大输出电压、最大输出电流和最大输出功率分别为500V、500V、400 A和263kW，输出频率为84Hz，168Hz，338Hz或675 Hz。在该等离子体发生系统中，由于没有中性点的存在，因此等离子体电弧将通过电磁力交互效应自由移动。由于该等离子体发生系统能够提供非常高的温度和较长的停留时间，因此非常适用于生物质的气化利用。

图6-2　三相交流等离子体发生装置和模型

在等离子体气化试验过程中，保护石墨电极不受氧化性介质的腐蚀影响是非常关键的，因为石墨电极的快速腐蚀不仅会增加稳定等离子体电弧的操作难度，同时也会增加试验成木。而在木试验中，利用N2作为载气对石墨电极的腐蚀影响很小，同时等离子体区离进料器有一定距离，因此该试验中的石墨电极的腐蚀效应将被最小化。尽管木试验中的石墨电极的腐蚀效应很小，但是在试验的过程中依然存在腐蚀现象，因而在试验进行的同时仍需不断地对石墨电极的位置进行调节以适应等离子体电弧的稳定条件。图6-3为该试验中石墨电极的腐蚀现象。

图6-3　石墨电极腐蚀现象