基于电弧放电等离子体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，尤其涉及一种基于电弧放电等离子体的燃烧器喷嘴。
【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，同样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，本发明提供了一种简单有效、经济实用的基于电弧放电等离子体的燃烧器喷嘴。
[0010](二)技术方案
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种基于电弧放电等离子体的燃烧器喷嘴。该燃烧器喷嘴包括:高压交流电源；喷嘴本体，其下部呈管状，其上部形成N个喷嘴孔，其与高压交流电源的接地端电性连接；电弧放电组件，固定于喷嘴本体的中央，其顶部具有向下并朝向喷嘴孔设置M个金属材质的电极，该M个电极与高压交流电源的高压端电性连接；其中，该燃烧器喷嘴在工作状态下，M个电极中的任一个与相应喷嘴孔周围的喷嘴本体部分之间产生电弧放电，以加热由喷嘴孔喷出的可燃气体，并将部分的可燃气体分子电离为活性离子，以促进可燃气体的燃烧。
[0012](三)有益效果
[0013]从上述技术方案可以看出，本发明基于电弧放电等离子体的燃烧器喷嘴具有以下有益效果:
[0014](I)利用高压放电，对喷嘴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防熄火装置性能更加稳定，功耗较低，只消耗较少的电量就能防止燃烧器熄火，运行成本极低；
[0015](2)装置整体简单紧凑，体积小，只需改动现有燃烧器的喷嘴部分，不需要配备其它点火装置，推广应用的成本较低；
[0016](3)可以针对不同的工况调节不同的放电参数以满足需求，操作简单，配置灵活。
【附图说明】
[0017]图1A为根据本发明实施例基于电弧放电等离子体燃烧器喷嘴的结构示意图；
[0018]图1B为图1A所示燃烧器喷嘴的半剖立体图；
[0019]图2A是图1A所示燃烧器喷嘴上端部分的局部放大平面图；
[0020]图2B是图1A所示燃烧器喷嘴上端部分的立体图。
[0021]【本发明主要元件符号说明】
[0022]10-高压交流电源；
[0023]11-高压端； 12-接地端；
[0024]20-喷嘴本体；
[0025]21-气体通道；22、23-喷嘴孔；
[0026]24-气体稳定腔； 25-气体入口 ；
[0027]30-电弧放电组件
[0028]31-支撑套；32-第二绝缘件；
[0029]33-金属棒；34-电极底座；
[0030]35-第一绝缘件； 36、37_电极。
【具体实施方式】
[0031]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。
[0032]本发明中，在燃烧器喷嘴孔附近布置多个电极，电极接通高压电后，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。
[0033]在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种基于电弧放电等离子体的燃烧器喷嘴。图1A为根据本发明实施例基于电弧放电等离子体燃烧器喷嘴的结构示意图；图1B为图1A所示燃烧器喷嘴的半剖立体图。请参照图1A和图1B，本实施例燃烧器喷嘴包括:高压交流电源10 ;喷嘴本体20，由金属材料制备，其下部呈管状，其上部形成N个喷嘴孔(22、23)，其与高压交流电源10的接地端电性连接；电弧放电组件30，固定于喷嘴本体20的中央，其顶部具有向下并朝向喷嘴孔设置M个电极(36、37)，该M个电极(36、37)与高压交流电源10的高压端电性连接；其中，燃烧器喷嘴在工作状态下，电极(36、37)与喷嘴孔(22、23)周围的喷嘴本体部分之间产生电弧放电，以加热由喷嘴孔喷出的可燃气体，并将部分的可燃气体分子电离为活性离子，以促进可燃气体的燃烧。
[0034]本实施例中，由于在电极(36、37)和喷嘴孔(22、23)之间没有绝缘介质阻挡，因此产生的是电弧放电，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，可以起到点火和防止熄火的作用。
[0035]以下分别对本实施例基于电弧放电等离子体燃烧器喷嘴的各个部分进行详细说明。
[0036]高压交流电源10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。