CN102721083A - 一种等离子催化气态旋流喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种等离子催化气态旋流喷嘴，包括相连的介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件；所述的介质阻挡放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域，内电极安装在陶瓷件里，外电极上开有进气口，进气口连通放电区域；所述的气态燃料旋流器组件包括壳体和安装在壳体里的中间轴、整流孔板、内部旋流叶片，整流孔板中心设置圆孔，中间轴置于整流孔板的圆孔中，内部旋流叶片安装在中间轴上，内部旋流叶片下方设置头部斜气孔。本发明既提高了低热值气态燃料的燃烧特性，又改善了燃烧室的流场特性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的喷嘴。
背景技术
在化学回热循环燃气轮机中，经回热器产生的裂解气为低热值燃料，主要成分为甲烷、水蒸汽、H2、CO2。由于水蒸汽含量较高，在注入燃烧室燃烧时容易出现熄火现象。
采用非平衡等离子催化过程如下：
1、通过气体放电产生等离子体；
2、等离子体中的自由电子与气体中得原子和分子碰撞反应，由此引发原子、分子的内态变化：弹性碰撞；非弹性碰撞（激发、解离、电离、电子依附等）；
3、所产生的物质具有不稳定性，之间发生各种化学反应：自由基反应。
通过上述三步反应，低热值燃料中将产生大量的活化组分和易燃小分子气体，改善低热值燃料的燃烧特性，防止熄火现象的出现。介质阻挡放电低温等离子催化是实现等离子体化学反应过程低能耗、高收率、高选择性的一种极其有效的途径。
对于气体燃料喷嘴，由于低热值燃料的气体需气量较大，使得头部气体和空气掺混不均匀，火焰拉长，高温区偏后，采用旋流器可以较好的改善燃烧流场组织，保证回流区的稳定，缩短火焰长度。
发明内容
本发明的目的在于提供将介质阻挡放电技术和气态燃料旋流技术进行有效结合的一种等离子催化气态旋流喷嘴。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：包括相连的介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件；所述的介质阻挡放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域，内电极安装在陶瓷件里，外电极上开有进气口，进气口连通放电区域；所述的气态燃料旋流器组件包括壳体和安装在壳体里的中间轴、整流孔板、内部旋流叶片，整流孔板中心设置圆孔，中间轴置于整流孔板的圆孔中，内部旋流叶片安装在中间轴上，内部旋流叶片下方设置头部斜气孔。
本发明还可以包括：
1、所述的气态燃料旋流器组件的整流孔板部分伸入到介质阻挡放电组件里，介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件通过密封垫密封。
2、所述的进气口的进气方向为周向进气。
3、内部旋流叶片与头部斜气孔的旋向和角度一致。
本发明的优势在于：本发明将介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件等进行有效结合，既提高了低热值气态燃料的燃烧特性，使其易于燃烧，又改善了燃烧室的流场特性，使其形成较好的回流区，可以防止熄火现象的出现，保证燃烧的稳定进行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，主要包括介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件等，介质阻挡放电组件主要包括等离子电源连接件1、外电极5、内电极2和陶瓷件3、石墨密封圈4。其中等离子电源连接件1用于固定绝缘陶瓷3，并通过外螺纹与等离子电源连接。外电极5上设置低热值气态燃料进气口12，沿周向进气，外电极5和陶瓷件3之间形成放电区域6。介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件的连接处设置石墨密封垫13，防止仅螺纹连接造成的气体泄漏。气态燃料旋流器组件主要包括：整流孔板7、内部旋流叶片8、头部斜气孔9、中间轴10、壳体11等。整流孔板7中心设置圆孔，中间轴10置于圆孔中，两者应紧密配合。内部旋流叶片8与头部斜气孔9旋向和角度应保持一致。
依据本发明提出的非平衡等离子体催化气态旋流喷嘴，外电极5为接地电极，将外电极5与低热值燃料进气口12设计为一体，进气方向采用周向进气，即沿垂直半径方向进气，可以保证进气以螺旋模式通过放电区域，增加气体在放电区域的停留时间，可以有效缩短放电区域的长度。
在本发明中旋流组件中整流孔板7通过焊接方式与壳体连接，中间轴10置于整理孔板7的中心圆孔中，并与其紧密配合，不仅用于提高放电区域来流的流量均匀度，同时对中间轴10起到端部固定作用，防止因气体冲击造成的中间轴10的震颤而改变旋流叶片8角度，造成回流区的不稳定。内部旋流叶片8与头部斜气孔9旋向和角度保持一致，减小裂解气出口旋流损失。
在本发明中介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件的连接处设置石墨密封垫13，防止仅螺纹连接造成的气体泄漏。
低温等离子电源接头通过支架1外螺纹连接到雾化器上，提供阻挡介质放电所需高压电。低热值气态燃料从进气口12进入放电区域6，以螺旋模式通过放电区域，开启低温等离子体电源，在等离子体的催化作用下，低热值气态燃料发生化学反应，生成大量活化组分和易燃小分子气体，与未反应的低热值气态燃料混合形成新燃料。新燃料经过整流孔板后，流动截面上流量和组分浓度基本一致，并趋于轴向流动，经过内部旋流叶片8后，新燃料发生了强旋流现象，旋流后的新燃料经过头部斜气孔9最终流入到化学回热循环系统的燃烧室中。因新燃料易于燃烧，双旋流结构又改善了燃烧室的流场特性，使燃烧室内形成较好的回流区，有效防止熄火现象的出现，保证燃烧的稳定进行。
Claims (5)
1.一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：包括相连的介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件；所述的介质阻挡放电组件包括外电极、内电极、陶瓷件、电源连接架，电源连接架套在外电极上，陶瓷件一部分安装在外电极里、另一部分安装在电源连接架里，陶瓷件与外电极之间形成放电区域，内电极安装在陶瓷件里，外电极上开有进气口，进气口连通放电区域；所述的气态燃料旋流器组件包括壳体和安装在壳体里的中间轴、整流孔板、内部旋流叶片，整流孔板中心设置圆孔，中间轴置于整流孔板的圆孔中，内部旋流叶片安装在中间轴上，内部旋流叶片下方设置头部斜气孔。
2.根据权利要求1所述的一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：所述的气态燃料旋流器组件的整流孔板部分伸入到介质阻挡放电组件里，介质阻挡放电组件和气态燃料旋流器组件通过密封垫密封。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：所述的进气口的进气方向为周向进气。
4.根据权利要求1或2所述的一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：内部旋流叶片与头部斜气孔的旋向和角度一致。
5.根据权利要求3所述的一种等离子催化气态旋流喷嘴，其特征是：内部旋流叶片与头部斜气孔的旋向和角度一致。
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