一种高气压旋转滑动弧等离子点火与稳燃装置的制作方法

本发明涉及燃烧器，尤其是一种适用于各种类型工业燃烧器燃(燃料为燃气或燃油)的高气压旋转滑动弧等离子点火与稳燃装置。

背景技术：

1、燃烧器是一种将燃料与空气混合并燃烧的装置，广泛应用于工业生产、能源开发、环境保护等领域。燃烧器的性能直接影响着燃烧效率、排放污染、安全可靠性等方面。因此，燃烧器的点火与稳燃技术是燃烧器技术的重要组成部分，也是燃烧器技术的难点和热点问题。

2、目前，常用的燃烧器点火与稳燃技术主要有火焰点火、电火花点火、等离子体点火等。其中，等离子体点火技术是一种利用高温高能的等离子体来点燃燃烧器内的燃料/空气混合介质的技术，具有点火速度快、点火成功率高、点火范围广、抗干扰能力强、适应性强等优点，是一种非常有前景的点火技术。

3、等离子体点火技术的核心是等离子体发生器，即能够产生等离子体的装置。目前，常见的等离子体发生器有电弧放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电等形式。其中，电弧放电是一种能够产生高温高能等离子体的放电形式，其等离子体的能量密度可达几十甚至几百焦耳每立方米，其等离子体的电导率可达几十甚至几百西门子每米，具有很强的点火能力。

4、电弧放电的一种特殊形式是滑动弧放电，即电弧在电极表面滑动的放电形式，是非平衡等离子体的典型代表。滑动弧放电具有增加等离子体的体积覆盖范围和适用于高压的优点，与湍流火焰作用的时间更长，且滑动弧放电过程中会产生大量的激发态粒子、活性基团，可以提高化学反应速率、加快化学反应进行，可以强化燃烧，助燃及稳燃效果显著，是一种非常有潜力的放电形式，引起了广泛的关注。

5、滑动弧放电可以分为直流滑动弧放电和交流滑动弧放电，其中，交流滑动弧放电又可以分为旋转滑动弧放电和震荡滑动弧放电。旋转滑动弧放电是一种利用交流电源驱动电弧在电极表面旋转的放电形式，其电弧的旋转速度可达几十甚至几百千赫兹，其电弧的旋转角度可达几十甚至几百度，其电弧的旋转半径可达几毫米甚至几厘米，具有很高的灵活性和可控性。

6、高气压旋转滑动弧放电是一种在高压气体环境下进行的旋转滑动弧放电，其具有更高的点火能力和稳燃能力，适用于高压、高温、高湍流等恶劣条件下的燃烧器。然而，高气压旋转滑动弧放电的特性和机理还不够清楚，需要进一步的研究和探索，在工业燃烧器领域尚未有实际工程应用。

7、目前等离子点火在工业燃烧器领域的运用仅限于将等离子发生器安装在燃煤锅炉的煤粉燃烧器中，采用等离子电弧直接点燃煤粉的方式启炉或进行锅炉低负荷稳燃，不启动大油枪，以煤代油，以减少燃油的使用。且此种等离子发生器为大功率直流平衡等离子体形式，系统复杂，成本高，应用范围较窄。

技术实现思路

1、技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用方便、适应性广、具有高点火能力和稳燃能力的高气压旋转滑动弧等离子点火与稳燃装置。

2、技术方案：本发明的一种高气压旋转滑动弧等离子点火与稳燃装置，包括阴极组件、防松螺母、绝缘支撑环、连接板、后侧进气口、阳极风筒、旋流气室和前侧进气口；所述的阴极组件包括依次螺纹连接为一体的接线柱、导杆、中心电杆、锥形阴极座和中心阴极内芯，所述的导杆和中心电杆的外部设有插接在一起的多个绝缘衬套，所述绝缘衬套为大小直径结构的套管，位于中心电杆中部的绝缘衬套上套装有将阴极组件前部支撑在阳极风筒内的多槽导流环，所述多槽导流环为大小阶梯形圆柱，大圆柱段的圆周上分布有多个直流槽，所述的阳极风筒前侧设有旋流气室，所述旋流气室包括位于多槽导流环前后两侧阳极风筒壁上呈环形排列的多个切向孔和固定在切向孔外的密封套筒，多槽导流环前后两侧切向孔之间设有连通旋流气室使介质气体进入阳极风筒的前侧进气口，阳极风筒后侧上方设有连接板，阳极风筒后侧下方设有连通阳极风筒使介质气体进入阳极风筒的后侧进气口；所述阴极组件的后部套装有支撑和封住阳极风筒后端部的绝缘支撑环和防松螺母，阴极组件和阳极风筒在同一轴线上；通过后侧进气口及前侧进气口通入介质气体，并通过接线柱和连接板接入高频高压交流电，通入介质气体并在接线柱和连接板之间施加高频高压交流电后，锥形阴极座与阳极风筒之间在强电场的激励下，阴阳两电极最窄气隙中的介质气体被电流击穿，产生等离子体电弧；从后侧进气口通入的介质气体，经过多槽导流环被均匀分配，将等离子体电弧向阳极风筒右端推动，等离子体电弧在气流推动下沿锥形阴极座滑动至中心阴极内芯，周期性地进行击穿-拉长-熄弧-再击穿的循环过程，从而产生滑动弧等离子体；从前侧进气口通入的介质气体，在旋流气室内经过圆周切向倾斜气孔进入阳极风筒内，在旋转气流的作用下形成三维旋转滑动弧等离子体；中心阴极内芯头部伸出阳极风筒，三维旋转滑动弧等离子体滑动至中心阴极内芯头部时即可与燃烧器喷嘴喷出的雾化燃油或燃气接触，完成对燃烧器的点火及稳燃。

3、所述的接线柱、导杆为圆柱状结构，中心电杆为阶梯圆柱状结构，导杆的两端头为螺杆，分别与接线柱右端和中心电杆左端的螺纹孔连接，所述的锥形阴极座一端为圆柱另一端为圆锥状,锥形阴极座圆柱段一端开有与中心电杆右端相连的螺纹孔，锥形阴极座圆锥头一端开有与中心阴极内芯相连的孔或螺纹孔。

4、所述的锥形阴极座和中心阴极内芯为钎焊、螺纹连接或过盈配合连接固定。

5、所述阳极风筒壁上呈环形排列的多个切向孔排列组成环形花瓣状旋流结构，旋流方向顺时针或者逆时针，切向孔的倾斜角度为10～80°，呈环形排列的多个切向孔的圈数为1～10圈，每圈的切向孔的数量为4～24个。

6、所述多槽导流环大圆柱段圆周上分布的多个直流槽的数量为4～24个。

7、所述后侧进气口及前侧进气口两个进气口处分别设有与气管路相连的螺口、卡套接头或卡箍。

8、所述的中心阴极内芯材质为纯银、纯铪、纯钨、或三者任意比例含量的合金、或新型锆钛铝钪合金；所述锥形阴极座材质为纯银、纯铜、或两者任意比例含量的合金。

9、所述绝缘支撑环、多槽导流环材质为ldpe或ptfe，绝缘衬套材质为95％al2o3。

10、所述的进入阳极风筒的介质气体压力范围为0.1mpa～1.0mpa；通过接线柱和连接板接入的高压交流电电压为3kv～20kv，调制频率范围为5～30khz。

11、所述的介质气体为空气、燃气、或两者任意比例含量的混合气体。

12、有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明实现了燃烧器的点火稳燃一体化，改善燃烧器的燃烧性能。通过燃烧模拟并结合在工业燃烧器领域的大量工程应用经验，采用高气压旋转滑动弧等离子点火与稳燃装置，为燃烧器点火及稳燃技术的发展提供了一种新的解决方案，填补行业空白。将阴极组件通过绝缘支撑环固定在阳极风筒中心，多槽导流环、旋流气室及旋流孔设在阳极风筒前则；通入介质气体后，在电场的激励下，电极间产生的等离子弧在气流推动下沿锥形阴极座滑动至中心阴极内芯，并周期性地进行击穿-拉长-熄弧-再击穿的循环过程，从而产生滑动弧等离子体，同时等离子弧兼具能量密度高、提高化学反应速率等优点，为工业燃烧器提供点火及稳燃功能。等离子点火与稳燃装置能形成三维旋转滑动弧等离子体，可安装在燃油/燃气燃烧器中，将等离子体电弧放电区域即装置右端伸入燃油喷嘴雾化范围中或燃气喷嘴前则高浓度燃气区域中，一方面等离子体电弧放电过程中产生的活性粒子与雾化的燃油颗粒或燃气进行充分掺混，同时在等离子体电弧的高温升作用下完成燃烧器的点火。经实验表明，等离子体能够缩短点火延迟时间，稳定甚至控制燃烧，提高燃烧速度，以及减少污染物排放，大大改善了燃烧器的燃烧性能。其结构简单，启动迅速、电极寿命长，体积小巧，且成本较低，点火稳燃效果好，具有广泛的实用性和可观的经济效益。