基于等离子体射流的燃烧器喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧装置领域，尤其涉及一种基于等离子体射流的燃烧器喷嘴。
【背景技术】
[0002]在化学工业、石油工业、钢铁工业的生产过程中都会产生一些低热值的气体燃料。以高炉煤气为例，它是炼铁过程产生的伴生气，可燃成分中H2较少，而惰性气体C02、N2较多，热值仅为2.5?3.5MJ/Nm3。燃气轮机在烧高炉煤气时遇到的问题有:
[0003](I)热值较低使得点火困难；
[0004]⑵H2含量较少使得燃烧稳定性差，容易发生稀态熄火；
[0005](3)低负荷工况下容易发生CO燃烧不完全的现象，致使燃烧效率明显下降。
[0006]当前解决这些问题的主要方法有:(I)使用焦炉煤气掺混入高炉煤气中以提高热值，使燃烧容易组织；(2)在燃烧室中使用高炉煤气和燃油两种燃料，在缺少高炉煤气(低负荷)时可随时切换燃油，以确保燃烧稳定；(3)使用轻质柴油或焦炉煤气点火并作为值班火焰以稳定燃烧。焦炉煤气、燃油及柴油等相对于高炉煤气来说都是高品位能源，为了有效利用高炉煤气而大量耗费这些高品位能源，无疑会增加系统运行成本，使得经济效益大打折扣。因此，迫切需要找到一种更为简单有效、经济实用的方法来防止低热值气体燃料在燃气轮机燃烧室中的熄火问题。
[0007]此外，在航空航天领域，对于航空发动机，当在高空发生熄火时，要求能够重新点火。可是由于高空中空气稀薄，空气中氧气含量低，压力和温度低，需要采用防止熄火的装置。
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于等离子体射流的燃烧器喷嘴，以解决对现有火焰的保护性不强，只是在火焰即将熄灭时被动的采取措施，防熄火效果不稳定的问题。
[0010](二)技术方案
[0011]本发明提供了一种基于等离子体射流的燃烧器喷嘴。该燃烧器喷嘴包括:高压电源；喷嘴本体，呈圆筒型中空结构，由金属材料制备，其下部与气体入口相连通，其上部形成N个喷嘴孔，其中，2 ^ 50 ;至少一等离子体喷枪，位于喷嘴本体内。该等离子体喷枪包括:喷枪本体部，由金属材料制备，呈圆筒型中空结构，其电性连接至高压电源的接地端；射流出口部，由金属材料制备，呈圆筒型中空结构，直径小于喷枪本体的直径，其上方形成与喷嘴本体上部的N个喷嘴孔平齐的等离子体射流出口，其下部通过过渡部平滑地连接至喷枪本体部，在该射流出口部和过渡部的交界处形成等离子体喷枪的喉部；高压放电电极，位于等离子体喷枪内靠近喉部的位置，其下端通过金属棒电性连接至高压电源的高压端，且金属棒与喷枪本体部的内壁之间设置绝缘支撑块。
[0012](三)有益效果
[0013]从上述技术方案可以看出，本发明基于等离子体射流的燃烧器喷嘴具有以下有益效果:
[0014](I)该装置首先可以对其周围的气体进行加热，同时产生多种有助于燃烧反应进行的活性粒子，该产生活性粒子的过程相比于其他类型的喷嘴性能更加稳定；
[0015](2)该装置利用燃烧器中通用的喷嘴，只需改动现有燃烧器的喷嘴部分，结构简单紧凑，体积小；
[0016](3)该装置功耗较低，只消耗较少的电量就能防止燃烧器熄火，不需要耗费燃油燃气等资源；
[0017](4)采用该装置的燃烧器不需要配备其它点火装置；
[0018](5)该装置操作简便，能够针对不同的工况调节不同的放电参数以满足需求。
【附图说明】
[0019]图1为根据本发明实施例基于等离子体射流的燃烧器喷嘴的结构示意图；
[0020]图2为图1所示燃烧器喷嘴的三维立体图；
[0021]图3为图1所示燃烧器喷嘴上端部分的局部放大平面图；
[0022]图4为图1所示燃烧器喷嘴上端部分的立体图；
[0023]图5为每个喷嘴孔内部均布置一个等离子体喷枪的半剖立体图。
[0024]【本发明主要元件符号说明】
[0025]10-高压电源；
[0026]11-高压端；12-接地端；
[0027]20-喷嘴本体；
[0028]21-气体通道；22、23-喷嘴孔；
[0029]24-气体稳定腔；25-气体入口 ；
[0030]30-等离子体喷枪
[0031]31-等离子体射流出口； 32-喷枪喉部；
[0032]33-高压放电电极；34-金属棒；
[0033]35-绝缘支撑块；36-法兰；
[0034]37-喷枪气体入口。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0036]本发明中，在燃烧器喷嘴孔中心位置和喷嘴孔内部布置等离子体喷枪，等离子体喷枪接通高压电后，将附近气体电离产生等离子体，所产生的等离子体一方面可以加热气体，另一方面可以产生促进燃烧反应进行的活性粒子，进而达到燃烧器点火和防止燃烧过程中发生燃烧器熄火的目的。
[0037]在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种基于等离子体射流的燃烧器喷嘴。图1为根据本发明实施例基于等离子体射流的燃烧器喷嘴的结构示意图。图2为图1所示燃烧器喷嘴的三维立体图。
[0038]请参照图1和图2，该基于等离子体射流的燃烧器喷嘴包括:高压电源10、喷嘴本体20和等离子体喷枪30。喷嘴本体20，呈圆筒型中空结构，由金属材料制备，其下部与气体入口相连通，其上部形成N个喷嘴孔(22、23)，其中，2 SNS 50。等离子体喷枪30，位于喷嘴本体20内，包括:喷枪本体部，由金属材料制备,呈圆筒型中空结构，电性连接至高压电源10的接地端12 ;射流出口部，由金属材料制备，呈圆筒型中空结构，直径小于喷枪本体的直径，其上方形成与喷嘴本体20上部的N个喷嘴孔(22、23)平齐的等离子体射流出口 31，其下部通过一过渡部平滑地连接至喷枪本体，在该射流出口部和过渡部的交界处形成等离子体喷枪的喉部32 ;高压放电电极33，位于所述等离子体喷枪30内靠近喉部32的位置，其下端通过金属棒34电性连接至高压电源10的高压端，且金属棒31与喷枪本体部的内壁之间设置绝缘支撑块35。
[0039]本实施例中，由于在等离子体喷枪30的高压放电电极33和等离子体喷枪喉部32接地电极之间没有绝缘介质阻挡，在高压电源10提供的电压作用下，等离子体喷枪的喉部32与高压放电电极尖部33之间产生电弧放电，将通过放电区域的气体电离成等离子体，等离子体通过射流出口部喷射到等离子体喷枪的外部,放电产生的等离子体可以加热气体并生成多种活性粒子，活性粒子在燃烧反应中起到了重要作用，这是因为燃料氧化的化学反应，特别是连锁反应通过生成的活化中心(链载体)进行，这些活化中心通常是原子和基团等活性粒子，且连锁反应的速度取决于燃烧区内活性粒子的浓度。因此，如果在燃烧前或者燃烧过程中利用放电等离子体在未燃区产生一定数量的活性成分，就可以促进由N个喷嘴孔(22、23)喷射而出的可燃气体的燃烧，从而对燃烧器喷嘴起到点火和防止熄火的作用。
[0040]以下分别对本实施例基于等离子体射流的燃烧器喷嘴的各个组成部分进行详细说明。
[0041]高压电源的电压为现有技术中能够激发等离子体的电压，本领域技术人员可以明确知道该电压的范围。一般情况下，该电压的范围为500V-50kV。高压电源为高压交流电源或高压直流电源，如果采用交流电源，其输出频率范围为100Hz-200kHz。优选地，该高压电源为可调的电源，以能够针对不同的工况调节不同的放电参数以满足需求