本技術(shù)涉及燃燒器，尤其是一種適用于各種類型工業(yè)燃燒器燃(燃料為燃?xì)饣蛉加?的高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置。

背景技術(shù)：

1、燃燒器是一種將燃料與空氣混合并燃燒的裝置，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。燃燒器的性能直接影響著燃燒效率、排放污染、安全可靠性等方面。因此，燃燒器的點(diǎn)火與穩(wěn)燃技術(shù)是燃燒器技術(shù)的重要組成部分，也是燃燒器技術(shù)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。

2、目前，常用的燃燒器點(diǎn)火與穩(wěn)燃技術(shù)主要有火焰點(diǎn)火、電火花點(diǎn)火、等離子體點(diǎn)火等。其中，等離子體點(diǎn)火技術(shù)是一種利用高溫高能的等離子體來點(diǎn)燃燃燒器內(nèi)的燃料/空氣混合介質(zhì)的技術(shù)，具有點(diǎn)火速度快、點(diǎn)火成功率高、點(diǎn)火范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前景的點(diǎn)火技術(shù)。

3、等離子體點(diǎn)火技術(shù)的核心是等離子體發(fā)生器，即能夠產(chǎn)生等離子體的裝置。目前，常見的等離子體發(fā)生器有電弧放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電等形式。其中，電弧放電是一種能夠產(chǎn)生高溫高能等離子體的放電形式，其等離子體的能量密度可達(dá)幾十甚至幾百焦耳每立方米，其等離子體的電導(dǎo)率可達(dá)幾十甚至幾百西門子每米，具有很強(qiáng)的點(diǎn)火能力。

4、電弧放電的一種特殊形式是滑動(dòng)弧放電，即電弧在電極表面滑動(dòng)的放電形式，是非平衡等離子體的典型代表。滑動(dòng)弧放電具有增加等離子體的體積覆蓋范圍和適用于高壓的優(yōu)點(diǎn)，與湍流火焰作用的時(shí)間更長，且滑動(dòng)弧放電過程中會產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)粒子、活性基團(tuán)，可以提高化學(xué)反應(yīng)速率、加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，可以強(qiáng)化燃燒，助燃及穩(wěn)燃效果顯著，是一種非常有潛力的放電形式，引起了廣泛的關(guān)注。

5、滑動(dòng)弧放電可以分為直流滑動(dòng)弧放電和交流滑動(dòng)弧放電，其中，交流滑動(dòng)弧放電又可以分為旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電和震蕩滑動(dòng)弧放電。旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電是一種利用交流電源驅(qū)動(dòng)電弧在電極表面旋轉(zhuǎn)的放電形式，其電弧的旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)幾十甚至幾百千赫茲，其電弧的旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)幾十甚至幾百度，其電弧的旋轉(zhuǎn)半徑可達(dá)幾毫米甚至幾厘米，具有很高的靈活性和可控性。

6、高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電是一種在高壓氣體環(huán)境下進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電，其具有更高的點(diǎn)火能力和穩(wěn)燃能力，適用于高壓、高溫、高湍流等惡劣條件下的燃燒器。然而，高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧放電的特性和機(jī)理還不夠清楚，需要進(jìn)一步的研究和探索，在工業(yè)燃燒器領(lǐng)域尚未有實(shí)際工程應(yīng)用。

7、目前等離子點(diǎn)火在工業(yè)燃燒器領(lǐng)域的運(yùn)用僅限于將等離子發(fā)生器安裝在燃煤鍋爐的煤粉燃燒器中，采用等離子電弧直接點(diǎn)燃煤粉的方式啟爐或進(jìn)行鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃，不啟動(dòng)大油槍，以煤代油，以減少燃油的使用。且此種等離子發(fā)生器為大功率直流平衡等離子體形式，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，應(yīng)用范圍較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題：本實(shí)用新型的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、適應(yīng)性廣、具有高點(diǎn)火能力和穩(wěn)燃能力的高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置。

2、技術(shù)方案：本實(shí)用新型的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，包括陰極組件、防松螺母、絕緣支撐環(huán)、連接板、后側(cè)進(jìn)氣口、陽極風(fēng)筒、旋流氣室和前側(cè)進(jìn)氣口；所述的陰極組件包括依次螺紋連接為一體的接線柱、導(dǎo)桿、中心電桿、錐形陰極座和中心陰極內(nèi)芯，所述的導(dǎo)桿和中心電桿的外部設(shè)有插接在一起的多個(gè)絕緣襯套，所述絕緣襯套為大小直徑結(jié)構(gòu)的套管，位于中心電桿中部的絕緣襯套上套裝有將陰極組件前部支撐在陽極風(fēng)筒內(nèi)的多槽導(dǎo)流環(huán)，所述多槽導(dǎo)流環(huán)為大小階梯形圓柱，大圓柱段的圓周上分布有多個(gè)直流槽，所述的陽極風(fēng)筒前側(cè)設(shè)有旋流氣室，所述旋流氣室包括位于多槽導(dǎo)流環(huán)前后兩側(cè)陽極風(fēng)筒壁上呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔和固定在切向孔外的密封套筒，多槽導(dǎo)流環(huán)前后兩側(cè)切向孔之間設(shè)有連通旋流氣室使介質(zhì)氣體進(jìn)入陽極風(fēng)筒的前側(cè)進(jìn)氣口，陽極風(fēng)筒后側(cè)上方設(shè)有連接板，陽極風(fēng)筒后側(cè)下方設(shè)有連通陽極風(fēng)筒使介質(zhì)氣體進(jìn)入陽極風(fēng)筒的后側(cè)進(jìn)氣口；所述陰極組件的后部套裝有支撐和封住陽極風(fēng)筒后端部的絕緣支撐環(huán)和防松螺母，陰極組件和陽極風(fēng)筒在同一軸線上。

3、所述的接線柱、導(dǎo)桿為圓柱狀結(jié)構(gòu)，中心電桿為階梯圓柱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)桿的兩端頭為螺桿，分別與接線柱右端和中心電桿左端的螺紋孔連接，所述的錐形陰極座一端為圓柱另一端為圓錐狀,錐形陰極座圓柱段一端開有與中心電桿右端相連的螺紋孔，錐形陰極座圓錐頭一端開有與中心陰極內(nèi)芯相連的孔或螺紋孔。

4、所述的錐形陰極座和中心陰極內(nèi)芯為釬焊、螺紋連接或過盈配合連接固定。

5、所述陽極風(fēng)筒壁上呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔排列組成環(huán)形花瓣?duì)钚鹘Y(jié)構(gòu)，旋流方向順時(shí)針或者逆時(shí)針，切向孔的傾斜角度為10～80°，呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔的圈數(shù)為1～10圈，每圈的切向孔的數(shù)量為4～24個(gè)。

6、所述多槽導(dǎo)流環(huán)大圓柱段圓周上分布的多個(gè)直流槽的數(shù)量為4～24個(gè)。

7、所述后側(cè)進(jìn)氣口及前側(cè)進(jìn)氣口兩個(gè)進(jìn)氣口處分別設(shè)有與氣管路相連的螺口、卡套接頭或卡箍。

8、所述的中心陰極內(nèi)芯材質(zhì)為純銀、純鉿、純鎢、或三者任意比例含量的合金、或新型鋯鈦鋁鈧合金；所述錐形陰極座材質(zhì)為純銀、純銅、或兩者任意比例含量的合金。

9、所述絕緣支撐環(huán)、多槽導(dǎo)流環(huán)材質(zhì)為ldpe或ptfe，絕緣襯套材質(zhì)為95％al2o3。

10、所述的進(jìn)入陽極風(fēng)筒的介質(zhì)氣體壓力范圍為0.1mpa～1.0mpa；通過接線柱和連接板接入的高壓交流電電壓為3kv～20kv，調(diào)制頻率范圍為5～30khz。

11、所述的介質(zhì)氣體為空氣、燃?xì)?、或兩者任意比例含量的混合氣體。

12、有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了燃燒器的點(diǎn)火穩(wěn)燃一體化，改善燃燒器的燃燒性能。通過燃燒模擬并結(jié)合在工業(yè)燃燒器領(lǐng)域的大量工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，為燃燒器點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的解決方案，填補(bǔ)行業(yè)空白。將陰極組件通過絕緣支撐環(huán)固定在陽極風(fēng)筒中心，多槽導(dǎo)流環(huán)、旋流氣室及旋流孔設(shè)在陽極風(fēng)筒前則；通入介質(zhì)氣體后，在電場的激勵(lì)下，電極間產(chǎn)生的等離子弧在氣流推動(dòng)下沿錐形陰極座滑動(dòng)至中心陰極內(nèi)芯，并周期性地進(jìn)行擊穿-拉長-熄弧-再擊穿的循環(huán)過程，從而產(chǎn)生滑動(dòng)弧等離子體，同時(shí)等離子弧兼具能量密度高、提高化學(xué)反應(yīng)速率等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)燃燒器提供點(diǎn)火及穩(wěn)燃功能。等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置能形成三維旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子體，可安裝在燃油/燃?xì)馊紵髦校瑢⒌入x子體電弧放電區(qū)域即裝置右端伸入燃油噴嘴霧化范圍中或燃?xì)鈬娮烨皠t高濃度燃?xì)鈪^(qū)域中，一方面等離子體電弧放電過程中產(chǎn)生的活性粒子與霧化的燃油顆粒或燃?xì)膺M(jìn)行充分摻混，同時(shí)在等離子體電弧的高溫升作用下完成燃燒器的點(diǎn)火。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，等離子體能夠縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間，穩(wěn)定甚至控制燃燒，提高燃燒速度，以及減少污染物排放，大大改善了燃燒器的燃燒性能。其結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)迅速、電極壽命長，體積小巧，且成本較低，點(diǎn)火穩(wěn)燃效果好，具有廣泛的實(shí)用性和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)特征：

1.一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：它包括陰極組件（1）、防松螺母（2）、絕緣支撐環(huán)（3）、連接板（4）、后側(cè)進(jìn)氣口（5）、陽極風(fēng)筒（6）、旋流氣室（7）和前側(cè)進(jìn)氣口（8）；所述的陰極組件（1）包括依次螺紋連接為一體的接線柱（a）、導(dǎo)桿（b）、中心電桿（c）、錐形陰極座（f）和中心陰極內(nèi)芯（g），所述的導(dǎo)桿（b）和中心電桿（c）的外部設(shè)有插接在一起的多個(gè)絕緣襯套（d），所述絕緣襯套（d）為大小直徑結(jié)構(gòu)的套管，位于中心電桿（c）中部的絕緣襯套上套裝有將陰極組件（1）前部支撐在陽極風(fēng)筒（6）內(nèi)的多槽導(dǎo)流環(huán)（e），所述多槽導(dǎo)流環(huán)（e）為大小階梯形圓柱，大圓柱段的圓周上分布有多個(gè)直流槽，所述的陽極風(fēng)筒（6）前側(cè)設(shè)有旋流氣室（7），所述旋流氣室（7）包括位于多槽導(dǎo)流環(huán)（e）前后兩側(cè)陽極風(fēng)筒（6）壁上呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔和固定在切向孔外的密封套筒，多槽導(dǎo)流環(huán)（e）前后兩側(cè)切向孔之間設(shè)有連通旋流氣室（7）使介質(zhì)氣體進(jìn)入陽極風(fēng)筒（6）的前側(cè)進(jìn)氣口（8），陽極風(fēng)筒（6）后側(cè)上方設(shè)有連接板（4），陽極風(fēng)筒（6）后側(cè)下方設(shè)有連通陽極風(fēng)筒使介質(zhì)氣體進(jìn)入陽極風(fēng)筒的后側(cè)進(jìn)氣口（5）；所述陰極組件（1）的后部套裝有支撐和封住陽極風(fēng)筒（6）后端部的絕緣支撐環(huán)（3）和防松螺母（2），陰極組件（1）和陽極風(fēng)筒（6）在同一軸線上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：所述的接線柱（a）、導(dǎo)桿（b）為圓柱狀結(jié)構(gòu)，中心電桿（c）為階梯圓柱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)桿（b）的兩端頭為螺桿，分別與接線柱（a）右端和中心電桿（c）左端的螺紋孔連接，所述的錐形陰極座（f）一端為圓柱另一端為圓錐狀,?錐形陰極座（f）圓柱段一端開有與中心電桿（c）右端相連的螺紋孔，錐形陰極座（f）圓錐頭一端開有與中心陰極內(nèi)芯（g）相連的孔或螺紋孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：所述的錐形陰極座（f）和中心陰極內(nèi)芯（g）為釬焊、螺紋連接或過盈配合連接固定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：所述陽極風(fēng)筒（6）壁上呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔排列組成環(huán)形花瓣?duì)钚鹘Y(jié)構(gòu)，旋流方向順時(shí)針或者逆時(shí)針，切向孔的傾斜角度為10~80°，呈環(huán)形排列的多個(gè)切向孔的圈數(shù)為1~10圈，每圈的切向孔的數(shù)量為4~24個(gè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：所述多槽導(dǎo)流環(huán)（e）大圓柱段圓周上分布的多個(gè)直流槽的數(shù)量為4~24個(gè)。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：?所述后側(cè)進(jìn)氣口（5）及前側(cè)進(jìn)氣口（8）兩個(gè)進(jìn)氣口處分別設(shè)有與氣管路相連的螺口、卡套接頭或卡箍。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，其特征在于：所述的進(jìn)入陽極風(fēng)筒（6）的介質(zhì)氣體壓力范圍為0.1mpa~1.0mpa；通過接線柱（a）和連接板（4）接入的高壓交流電電壓為3kv~20kv，調(diào)制頻率范圍為5~30khz。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種高氣壓旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)弧等離子點(diǎn)火的穩(wěn)燃裝置，包括陰極組件、防松螺母、絕緣支撐環(huán)、連接板、后側(cè)進(jìn)氣口、陽極風(fēng)筒和旋流氣室、前側(cè)進(jìn)氣口；陰極組件包括依次螺紋連接為一體的接線柱、導(dǎo)桿、中心電桿、錐形陰極座和中心陰極內(nèi)芯，陰極組件通過絕緣支撐環(huán)固定在陽極風(fēng)筒中心，多槽導(dǎo)流環(huán)、旋流氣室及旋流孔設(shè)在陽極風(fēng)筒前側(cè)；通入介質(zhì)氣體后，在電場激勵(lì)下，電極間產(chǎn)生的等離子弧在氣流推動(dòng)下沿錐形陰極座滑動(dòng)至中心陰極內(nèi)芯，并周期性地進(jìn)行擊穿?拉長?熄弧?再擊穿的循環(huán)過程，從而產(chǎn)生滑動(dòng)弧等離子體，同時(shí)等離子弧兼具能量密度高、提高化學(xué)反應(yīng)速率等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)燃燒器提供點(diǎn)火及穩(wěn)燃功能。其結(jié)構(gòu)簡單、啟動(dòng)迅速、電極壽命長。

技術(shù)研發(fā)人員：任子康,劉蘇銳,張紅月,賈剛建,朱紅勝,王欽治
受保護(hù)的技術(shù)使用者：徐州燃燒控制研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240313
技術(shù)公布日：2024/12/19