Technologie

Plasma Brenner

Thermisches Plasma wird mit als Plasma Brenner bekannten Spezialanlagen erzeugt.

Je nach der primären Energiequelle, die Gleichstrom (Direct Current), Wechselstrom (Alternating Current) oder Radiofrequenz (Radio Frequency) sein kann, spricht man dann von DC, AC, RF, ICP (Inductively Coupled Plasma) Plasma Brenner.

Je nach Wirkungsweise untergliedern sich Plasma Brenner in zwei Typen: mit direkter Wirkung (transferred), wenn der elektrische Bogen zwischen einer Elektrode und dem zu verarbeitendem Material entsteht und aus dem Bereich der Entladekammer des Plasma Brenner heraustritt, und mit indirekter Wirkung (non transferred), wenn der elektrische Bogen zwischen zwei Elektroden entsteht und nicht aus dem Bereich der Entladungskammer des Plasma Brenner austritt.

Das Standard- DC-Plasma Brenner besteht z.B. aus einer Wolfram-, Hafnium- Zirkonium-, Grafitkatode und einer wassergekühlten, als Düse geformten Kupferanode. Diese zwei Elektroden werden durch einen Isolator voneinander getrennt, der gleichzeitig mit dem Eintritt für das Trägergas ausgestattet ist.

Das Trägergas durchläuft den Zwischenraum zwischen den Elektroden und über die Bogenentladung zwischen den Elektroden. Die hohe Entladungstemperatur ionisiert das Gas in die Form des thermischen Plasmats. Der Korpus des Plasma Brenner besteht aus der Kühlkammer für Katode und Anode.

In das Plasma Brenner gelangen das Gas zur Bildung des Plasmas, Kühlwasser und die elektrische Energie aus der entsprechenden Quelle.

Die Unterschiede zwischen den einzelnen Plasma Brennertypen beruhen grundsätzlich in der Art der Stabilisierung der Bogenentladung, der Form der Elektroden, der Art des Trägergases, der Kühlungsweise der Elektroden und der Strömungsweise des Trägergases.

Vorzüge der Plasma Brenner:

  • Stabile Funktion bei unterschiedlicher Leistung
  • Mühlelose Leistungssteuerung und Möglichkeit der leichten Automatisierung des gesamten Prozesses
  • Arbeitsmöglichkeit mit mehreren Trägergasen (Luft, Edelgase, Wasserdampf, CO und CO2, Kohlenwasserstoffgase, Dämpfe verschiedener Flüssigkeiten, Stickstoff und verschiedene Gemische dieser Gase)
  • Erzielung hoher Temperatur (3000 – 20000°C)
  • Hohe Energiedichte (> 100 MW/м3)
  • Lange Lebensdauer der Elektroden
  • Die Konstruktion wurde unter industriellen Bedingungen (Metallschmelze) erprobt

Erforderliche Hilfsanlagen für den Betrieb der Plasma Brenner

  • Das Kühlsystem gewährleistet die Kühlung der Elektroden des Plasma Brenner mit demineralisiertem Wasser und in manchen Fällen auch die Kühlung der elektrischen Energiequelle.
  • Arbeitsgasquelle – Dieses System versorgt das Plasmotron mit dem ausgewählten komprimierten Gas (in der Regel 1 MPa), das für die Plasmaerzeugung in der erforderlichen Menge erforderlich ist (je nach Anforderungen des technologischen Prozesses) und ermöglicht, diese Menge zu regulieren. Dieses System wird meistens zusammen mit dem Plasma Brenner geliefert, da die Koordination bei der Auswahl des Arbeitsgases und dessen Strömung für den stabilen Betrieb des Plasma Brenner sehr wichtig ist.
  • Die elektrische Stromquelle ist das Basiselement des gesamten Steuerungssystems der Plasma Brennerleistung. Das speziell entwickelte elektrische Schaltbild gewährleistet eine höchststabilisierte Bogenentladung bei unterschiedlicher Belastung. Die stabilisierte Bogenentladung bedeutet eine genauere Steuerung des gesamten Prozesses. Die Leistung der elektrischen Energiequelle kann je nach Bedarf des konkreten Prozesses von einigen kW bis zu mehrere MW betragen.
  • Initialisierungsblock (Zündblock) – der Block zu Initialisierung des Bogens gewährleistet den Start des Prozesses und den automatischen Re-Start bei dessen Unterbrechung. Hauptelement dieses Blockes ist der Hochspannungsoszillator.
  • Steuersystem – Das Steuersystem dient zur Steuerung der elektrischen Stromquelle und sonstigen technologischen Anlage und Prozessüberwachung mit Hilfe des PLC (Programmable Logic Controller).