一種等離子體點火助燃系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離子體點火助燃系統(tǒng)，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預(yù)燃室、離子發(fā)生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發(fā)生器連接；離子發(fā)生器安裝在預(yù)燃室內(nèi)，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預(yù)燃室軸向，切向進氣管位于預(yù)燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預(yù)燃室；預(yù)燃室安裝在燃燒室上。
【專利說明】
一種等離子體點火助燃系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)燃燒系統(tǒng)的點火助燃系統(tǒng)，特別是極限條件下快速點火助燃系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料種類的變化，特別是低熱值燃料的使用，工業(yè)燃燒的發(fā)展，常為擴展燃燒邊界，使得燃燒室內(nèi)氣流速度高、壓力低、溫度低，在這樣的燃燒極限條件下，點火燃燒條件非常惡劣，易出現(xiàn)低壓點火困難、燃燒穩(wěn)定性差、燃燒效率下降等問題。
[0003]為擴展燃燒點火邊界，盡可能提高火花塞單次點火能量，會造成電源體積大，火花塞易燒蝕等問題，并且仍屬于小體積點火。探索激光誘導(dǎo)火花點火則需要聚焦高能激光脈沖，設(shè)備昂貴，體積大，使用不便。低溫等離子體點火和燃燒強化是等離子體技術(shù)的一種新的應(yīng)用途徑，其具有實現(xiàn)稀薄混合氣可靠、高效點火和快速燃燒的潛力。納秒脈沖放電低溫等離子體是通過高壓電極對低壓電極直接放電，交流驅(qū)動是通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體，兩者都能夠在一定的壓力下產(chǎn)生體積大、能量密度高的低溫等離子體，從而提高點火和燃燒穩(wěn)定性，極大地縮短了著火延遲時間和改善著火極限。但其點火優(yōu)點是有限的，當(dāng)燃燒工況非常惡劣時，其適用性和可靠性就存在缺陷，從而會導(dǎo)致點火困難或點火不成功。即使能夠達到點火可靠，但其設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，工業(yè)燃燒系統(tǒng)難以接受。
[0004]燃燒室內(nèi)氣流速度高、壓力和溫度低，著火的速度-壓力邊界急劇縮小，著火的空氣燃料比邊界也急劇縮小，從而造成點火困難、燃燒不穩(wěn)定。在這樣極限條件下，無論如何提高單次放電點火能量，在高的電點火能量，在高速氣流面前都是極為渺小的，很難在各種極端條件下實現(xiàn)可靠點火及助燃作用，即使能夠?qū)崿F(xiàn)良好點火，對于復(fù)雜設(shè)備和能量消耗也是浪費。因此，必須克服現(xiàn)有點火方式的缺陷，通過建立高速燃燒火炬達到可靠點燃整個燃燒室的目的，大大提高點火能力和助燃效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種等離子體點火助燃系統(tǒng)，用等離子體，首先點燃小部分可燃混氣，由這小部分可燃混氣燃燒產(chǎn)生的高速火焰來點燃整個燃燒室或燃燒裝置，從而達到極限條件下可靠點火和助燃的作用。
[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預(yù)燃室、離子發(fā)生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發(fā)生器連接;離子發(fā)生器安裝在預(yù)燃室內(nèi)，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預(yù)燃室軸向，切向進氣管位于預(yù)燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預(yù)燃室;預(yù)燃室安裝在燃燒室上。
[0007]進一步，作為一種優(yōu)選，還包括一個火焰監(jiān)測器，火焰監(jiān)測器安裝在燃燒室上，用于監(jiān)測火焰。
[0008]進一步，作為一種優(yōu)選火焰監(jiān)測器監(jiān)測到預(yù)燃室熄火，通過控制器控制電磁閥關(guān)閉，切斷燃料。
[0009]進一步，作為一種優(yōu)選，點火電源為等離子體電源或儲能電源。
[0010]進一步，作為一種優(yōu)選，控制器按實際燃燒需求，控制關(guān)閉電磁閥的時間。
[0011]進一步，作為一種優(yōu)選控制器根據(jù)不同的情況，開啟一路或多路燃料管路的電磁閥。
[0012]進一步，作為一種優(yōu)選，所述離子發(fā)生器可為介質(zhì)放電模式或凸臺放電模式或電弧放電模式。
[0013]進一步，作為一種優(yōu)選，在燃燒室氣流通道內(nèi)還設(shè)置有一個燃燒裝置，所述預(yù)燃室安裝在燃燒裝置上。
[0014]進一步，作為一種優(yōu)選，預(yù)燃室為圓形筒體。
[0015]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果:通過控制器，控制等離子體點火和燃料供給時序，先在預(yù)燃室內(nèi)產(chǎn)生高速火焰，進而點燃燃燒室或燃燒裝置，通過火焰監(jiān)測器保證系統(tǒng)的安全性，從而本發(fā)明實現(xiàn)了高速、低壓、低溫、低熱值燃料等極限條件下的可靠點火和助燃功能。
【附圖說明】
[0016]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
[0017]附圖1為等離子體點火助燃系統(tǒng)實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0018]參照圖1對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0019]為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
[0020]附圖1是等離子體點火助燃系統(tǒng)示意圖，其中，包括控制器1、點火電源2、第一電磁閥3A、第二電磁閥3A、第一燃料管4A、第二燃料管4B、軸向進氣管5、切向進氣管6、預(yù)燃室7、離子發(fā)生器8、燃燒室9、火焰監(jiān)測器10。
[0021]所述的控制器I是指控制點火電源2、第一電磁閥3A的開與關(guān)(至少包含一個電磁閥，圖中示出了設(shè)置第二電磁閥3B情形，當(dāng)然可以設(shè)置更多電磁閥)，進而控制離子發(fā)生器8開與關(guān)的點火時序，電磁閥開啟，燃料由第一燃料管4A(當(dāng)然可以進一步設(shè)置第二燃料管4B)供入軸向進氣管5和切向進氣管6，電磁閥關(guān)閉，燃料供給停止，同時，若燃燒室熄火，火焰監(jiān)測器10的反饋信號輸入控制器I，由控制器I的指令關(guān)閉第一電磁閥3A和第二電磁閥3B。
[0022]所述的點火電源2是指按控制器I的指令，實施離子發(fā)生器8放電和關(guān)閉時序，其一端與控制器I連接，另一端與離子發(fā)生器8連接，點火電源2可為交流驅(qū)動或直流驅(qū)動的等離子體電源和儲能電源，可采用微型化電源集成；
[0023]所述的第一電磁閥3A或第二電磁閥3B是指按控制器I的指令，實施電磁閥開與關(guān)的時序，電磁閥安裝在燃料管路上，電磁閥可以有多路，根據(jù)燃料供給系統(tǒng)參數(shù)確定；
[0024]所述的第一燃料管4A是指燃料供給管路，每個燃料管路分別為軸向進氣管5和切向進氣管6供給燃料，從而形成不同混氣參數(shù)的軸向和徑向混氣，燃料噴嘴型式及安裝位置根據(jù)實際需要調(diào)整，燃料可為液體、氣體，或油氣混燒；
[0025]所述的軸向進氣管5是指空氣進氣和混氣形成通道，射流混氣直接進入預(yù)燃室7，其與預(yù)燃室7連接；
[0026]所述的切向進氣管6是指空氣進氣和混氣形成通道，旋轉(zhuǎn)射流混氣直接進入預(yù)燃室7，形成旋轉(zhuǎn)氣流場，其與預(yù)燃室7連接；
[0027]所述的預(yù)燃室7是指圓形筒體結(jié)構(gòu)，內(nèi)含離子發(fā)生器8等，其前端與軸向進氣管5和切向進氣管6連接，出口安裝在燃燒室9上，其內(nèi)部集可燃混氣形成、放電點火、小火焰微團形成、高速火焰噴射；
[0028]所述的離子發(fā)生器8是指在高壓電極和低壓電極之間放電，產(chǎn)生等離子體的裝置，可以是介質(zhì)阻擋、凸臺、電弧放電模式，其安裝在預(yù)燃室7內(nèi)合適的低速區(qū)，保證可靠放電與點火，同時保證其安裝與預(yù)燃室7的絕緣性；
[0029]所述的燃燒室9是指一定結(jié)構(gòu)的燃燒裝置或燃燒室，燃燒裝置或燃燒室頭部安裝預(yù)燃室7，燃燒裝置可置于強制通風(fēng)氣流中；
[0030]所述的火焰監(jiān)測器10是指若燃燒室熄火，其反饋信號傳輸給控制器I，由控制器I的指令，關(guān)閉第一電磁閥3A和第二電磁閥3B。
[0031]本發(fā)明的一種等離子體點火助燃系統(tǒng)的工作過程是:由氣源或進氣通道為軸向進氣管和切向進氣管提供空氣，控制器根據(jù)實際工況，開啟電源和一定數(shù)目的電磁閥，此時離子發(fā)生器放電，燃料管路為軸向進氣管和切向進氣管供給燃料，或燃料供入進氣總管，再分成軸向進氣管和切向進氣管，在預(yù)燃室內(nèi)形成可燃混氣，并被等離子體點燃，再發(fā)展成高速火焰，噴入燃燒裝置或燃燒室內(nèi)。點火電源工作幾秒鐘可停止放電點火，電磁閥可停止工作，也可長時間開啟。如果燃燒過程熄火，通過火焰監(jiān)測器和控制器，關(guān)閉電磁閥。
[0032]本發(fā)明的一種等離子體點火助燃系統(tǒng)，可單獨燒油，單獨燒燃料氣，也可油氣混燒?？諝鉁囟?43K-800K，氣流壓力0.01-1.0MPa，空氣流量5_1000g/s，燃油流量0.5_80g/s，燃?xì)饬髁?.3-50g/s。在每次點火過程中，電源放電點火時間可為1-lOs，功率5-200W，電源單次放電時間0.1-5ms，放電頻率10-300HZ，單次放電能量0.1-2J。當(dāng)需要長時間點火助燃時，燃油燃?xì)怆姶砰y長時間開啟，保證不斷供給燃料。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于工業(yè)各種燃燒裝置，特別是高速、低壓、低溫等極限條件下的可靠點火與助燃。
[0033]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些【具體實施方式】僅是舉例說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的情況下，可以對上述方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進行各種省略、替換和改變。例如，不安裝火焰監(jiān)測器，也實現(xiàn)可靠點火與助燃，同樣實現(xiàn)了相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項】
1.一種等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預(yù)燃室、離子發(fā)生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發(fā)生器連接;離子發(fā)生器安裝在預(yù)燃室內(nèi)，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預(yù)燃室軸向，切向進氣管位于預(yù)燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預(yù)燃室;預(yù)燃室安裝在燃燒室上。2.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個火焰監(jiān)測器，火焰監(jiān)測器安裝在燃燒室上，用于監(jiān)測火焰。3.如權(quán)利要求2所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，火焰監(jiān)測器監(jiān)測到預(yù)燃室熄火，通過控制器控制電磁閥關(guān)閉，切斷燃料。4.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，點火電源為等離子體電源或儲能電源。5.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，控制器按實際燃燒需求，控制關(guān)閉電磁閥的時間。6.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，控制器根據(jù)不同的情況，開啟一路或多路燃料管路的電磁閥。7.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述離子發(fā)生器可為介質(zhì)放電模式或凸臺放電模式或電弧放電模式。8.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)燃室安裝在燃燒室壁面。9.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，在燃燒室氣流通道內(nèi)還設(shè)置有一個燃燒裝置，所述預(yù)燃室安裝在燃燒裝置上。10.如權(quán)利要求1所述等離子體點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)燃室為圓形筒體。
【文檔編號】F23Q7/00GK105910134SQ201610232536
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】鄭殿峰
【申請人】北京大學(xué)