CN103244954B

CN103244954B - 等离子体重油燃烧器

Info

Publication number: CN103244954B
Application number: CN201310212822.1A
Authority: CN
Inventors: 周昀煜
Original assignee: Quzhou Yunrui Industrial Design Co Ltd
Current assignee: Nantong Donghu International Travel Agency Co., Ltd
Priority date: 2013-06-02
Filing date: 2013-06-02
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-06-02
Also published as: CN103244954A

Abstract

一种等离子体重油燃烧器，涉及到一种燃烧设备。主要由阳极、绝缘连接件、阴极、内套和后座组成，阳极的后端通过绝缘连接件连接到后座上，阴极设置在绝缘连接件的内空中，阴极的下端连接到后座上，内套由后座的后端伸入并进入到阴极的内腔中；阳极的轴心通孔构成压缩孔道，阳极的体内有冷却水套，阳极的前端为火炬出口，阳极后端内的锥形凸出结构伸入到绝缘连接件的内空中；阴极的圆筒体上端呈喇叭口状，喇叭口的外沿有旋流槽，阴极上端喇叭口的内沿与阳极后端的锥形凸出结构之间的空间构成环形气流通道；后座为回转体结构，回转体结构内有环形油腔，环形油腔连通到阴极内腔。本发明使重油燃料得以完全燃烧，提高重油燃烧的效率并减少对环境的污染。

Description

等离子体重油燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器设备，特别是涉及到一种重油燃烧器。

背景技术

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高，重油燃料的低位发热量为38.5-44MJ/kg。随着石油资源的逐渐枯竭、工业的发展及汽车的加速增量，轻质油将不能满足需求，必须开发重油燃烧技术，以填补能源空缺。目前的重油燃烧器是使用重油和柴油混合的重油燃料，在重油燃烧器内，重油燃料喷雾后与内风混合直接进行燃烧，目前的重油燃烧器存在对油品的要求较高、使用前需对油料进行脱水处理的缺点，而且还存在燃烧不充分、浪费资源及污染环境的缺点。

发明内容

本发明的目的是要克服当前重油燃烧器的缺点，降低对重油油品的要求以及提高重油燃料燃烧的效率以减少资源消耗，并实现清洁燃烧以减少对环境的污染，采用等离子体燃烧技术，通过把重油燃料先进行气化为气体燃料后再进行燃烧，不需对油料进行脱水处理，并使重油燃料得以完全燃烧和减少污染，实现发明目的。

本发明的一种等离子体重油燃烧器，其特征是燃烧器主要由阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）组成，其中，阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）同轴设置，绝缘连接件（6）呈圆筒体结构，阳极（1）的后端通过绝缘连接件（6）连接到后座（10）前端的外连接口（8）上，阴极（4）设置在绝缘连接件（6）的内空中，阴极（4）的下端连接到后座（10）的内连接口a（11）上，内套（7）为管状体结构，内套（7）由后座（10）的后端伸入并进入到阴极（4）的内腔（Ⅳ）中，内套（7）的后端连接在后端盖（15）上，后端盖（15）连接到后座（10）的内连接口b（13）上；阳极（1）为中空回转体结构，阳极（1）的轴心有通孔，阳极（1）的轴心通孔构成压缩孔道（Ⅸ），压缩孔道（Ⅸ）的入口呈收缩的喇叭口，压缩孔道（Ⅸ）的出口呈扩大的喇叭口，具体实施时，压缩孔道（Ⅸ）的孔道比为1-1.5，压缩孔道（Ⅸ）入口喇叭口的收缩角度为110-130度，压缩孔道（Ⅸ）出口喇叭口的扩大角度为40-55度；压缩孔道（Ⅸ）出口的喇叭口构成阳极弧根区（Ⅺ），阳极（1）的体内有冷却水套（Ⅹ），阳极（1）的前端为火炬出口（Ⅻ），阳极（1）的后端内有锥形凸出结构，阳极（1）后端内的锥形凸出结构伸入到绝缘连接件（6）的内空中；阴极（4）呈圆筒体结构，圆筒体的内空构成阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）的上部构成阴极弧根区（Ⅵ），阴极（4）中部的外壁与后座（10）的壁体之间的环形空隙构成工作气通道（Ⅲ），阴极（4）上部的外壁与绝缘连接件（6）的壁体之间的空间构成工作气室（Ⅴ），阴极（4）的圆筒体上端呈喇叭口状，喇叭口的外沿有旋流槽（Ⅷ），具体实施时，旋流槽（Ⅷ）为二条以上；阴极（4）上端喇叭口的内沿接近阳极（1）后端内的锥形凸出结构，阴极（4）上端喇叭口的内沿与阳极（1）后端内的锥形凸出结构之间的空间构成环形气流通道（Ⅶ）；工作气通道（Ⅲ）有输入接口b（18）接入，工作气通道（Ⅲ）连通到工作气室（Ⅴ），工作气室（Ⅴ）通过旋流槽（Ⅷ）、环形气流通道（Ⅶ）连通到阴极内腔（Ⅳ）；后座（10）为回转体结构，后座（10）的回转体结构内有环形油腔（Ⅰ），环形油腔（Ⅰ）有输入接口a（12）接入，环形油腔（Ⅰ）连通到阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）依次通过阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）连通到火炬出口（Ⅻ）；阴极内腔（Ⅳ）同时连通到内套（7）的管内空中，内套（7）的管内空构成回油室（Ⅱ），回油室（Ⅱ）有回油输出接口（16）接出。本发明中，阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度为80-100度，阴极（4）上端喇叭口内沿的角度与阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度一致；阳极的冷却水套（Ⅹ）有冷却剂输入接口（3）接入和冷却剂回水接口（19）接出；在阳极（1）的壁体上有电源接口a（2），在后座（10）上有电源接口b（17），具体实施时，电源接口a（2）通过电源线连接到工作电源的正极，电源接口b（17）通过电源线连接到工作电源的负极。

本发明中，在阳极（1）的外侧壁体与绝缘连接件（6）之间有密封垫a（5）；在绝缘连接件（6）与后座（10）之间有密封垫b（9）；在后座（10）的后端面与后端盖（15）之间有密封垫c（14）。

本发明中，采用水蒸汽作为等离子体的工作气，水蒸汽同时作为重油燃料的气化剂。

本发明作为燃烧器安装在锅炉上应用，使用重油燃料，在运行时，水蒸汽由输入接口b（18）、工作气通道（Ⅲ）进入到工作气室（Ⅴ）中，再通过旋流槽（Ⅷ）形成旋转气流，然后由环形气流通道（Ⅶ）以旋转气流方式进入到阴极内腔（Ⅳ）中，同时，重油燃料由输入接口a（12）、环形油腔（Ⅰ）进入到阴极内腔（Ⅳ）中，受到旋流水蒸汽的冲击而形成雾化微粒，然后经阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）和火炬出口（Ⅻ）喷出；当阴极（4）和阳极（1）接通工作电源时，在阴极弧根区（Ⅵ）与阳极弧根区（Ⅺ）之间便形成等离子体电弧，等离子体电弧在穿越压缩孔道（Ⅸ）时，受到物理压缩和冷压缩的双重作用，使得等离子体电弧温度极高，弧心温度达到10000℃以上，重油的雾化微粒与水蒸汽混合的雾化物随高温等离子体电弧一起，经阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）和火炬出口（Ⅻ）喷出时，重油的雾化微粒与水蒸汽受到高温等离子体电弧的作用，进行快速气化成为高温的气体燃料，与高温等离子体电弧一起形成高温火炬喷出。上述过程中，水蒸汽在阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）中受到电场力及高温等离子体电弧的双重作用下，水分子被活化和分解，成为高温的氢气、氢、氧气、氧、氢氧原子团和活性水分子，同时，重油微粒也在阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）中受到高温等离子体电弧的作用下进行快速热解，分解为高温的氢气和炭微粒，高温的炭微粒与高温的氢气、氢、氧气、氧、氢氧原子团和活性水分子进行气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的气体燃料，高温的气体燃料与高温的等离子体电弧一起由火炬出口（Ⅻ）喷出，进入锅炉的炉膛，与炉膛内的助燃空气或氧气混合后进行剧烈燃烧，为锅炉提供热能。燃烧器在运行时，燃烧器内富余的重油汇集到回油室（Ⅱ）中，然后经回油输出接口（16）和连接管道返回到油箱。

在常规的重油燃烧设备中，重油燃料的含水量应控制在1%～3%之间，如含水量过高，会导致火焰脉动甚至熄火，因此，常规的重油燃烧器使用的燃料油必须先作脱水处理后才能使用。本发明利用高温等离子体技术，先把燃料油气化为气体燃料后喷入锅炉进行燃烧，燃料油中的水分可作为气化剂进行利用，其过程是，燃料油中的水分在高温等离子体的作用下，先汽化为水蒸汽，再进行分解，再和重油微粒进行化学反应生成气体燃料，因此，在本发明中，燃料油在使用前不需进行脱水处理。另外，本发明利用高温等离子体来加热水蒸汽和重油燃料，使得水蒸汽和重油燃料极易分解气化而成为气体燃料，然后再进行燃烧，使得燃烧完全，火焰稳定，不产生煤烟，不仅节约资源，而且不会污染环境，实现清洁燃烧。

上述发明的等离子体重油燃烧器，采用废机油为燃料同样能达到相同的效果。

本发明的有益效果是：设计的等离子体重油燃烧器，开发新的重油燃烧工艺技术，作为锅炉的燃烧设备应用。本发明采用等离子体燃烧技术，通过把重油燃料先进行气化为气体燃料后再进行燃烧，不需对油料进行脱水处理，并使重油燃料得以完全燃烧，克服了当前常规重油燃烧器的缺点，降低了对重油油品的要求以及提高重油燃料燃烧的效率以减少资源消耗，并实现清洁燃烧以减少对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的一种等离子体重油燃烧器的结构图。

图2是图1的A-A剖面图。

图中： 1.阳极，1-1.阳极的外侧部件，1-2.阳极的内侧部件，2.电源接口a，3.冷却剂输入接口，4.阴极，5.密封垫a， 6.绝缘连接件，7.内套，8.后座的外连接口，9.密封垫b，10.后座，11.后座的内连接口a，12.重油的输入接口a，13.后座的内连接口b，14.密封垫c，15.后端盖，16.回油输出接口，17.电源接口b，18.工作气/气化剂的输入接口b，19.冷却剂回水接口，20.安装法兰，Ⅰ.环形油腔，Ⅱ.回油室，Ⅲ.工作气通道，Ⅳ.阴极内腔，Ⅴ.工作气室，Ⅵ.阴极弧根区，Ⅶ.环形气流通道，Ⅷ.旋流槽，Ⅸ.压缩孔道，Ⅹ.冷却水套，Ⅺ.阳极弧根区，Ⅻ.火炬出口。

具体实施方式

实施例图1所示的实施方式中，等离子体重油燃烧器主要由阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）组成，其中，阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）同轴设置，绝缘连接件（6）呈圆筒体结构，阳极（1）的后端通过绝缘连接件（6）连接到后座（10）前端的外连接口（8）上，阴极（4）设置在绝缘连接件（6）的内空中，阴极（4）的下端连接到后座（10）的内连接口a（11）上，内套（7）为管状体结构，内套（7）由后座（10）的后端伸入并进入到阴极（4）的内腔（Ⅳ）中，内套（7）的后端连接在后端盖（15）上，后端盖（15）连接到后座（10）的内连接口b（13）上；阳极（1）为中空回转体结构，阳极（1）的轴心有通孔，阳极（1）的轴心通孔构成压缩孔道（Ⅸ），压缩孔道（Ⅸ）的入口呈收缩的喇叭口，压缩孔道（Ⅸ）的出口呈扩大的喇叭口，压缩孔道（Ⅸ）的孔道比为1.2，压缩孔道（Ⅸ）入口喇叭口的收缩角度为130度，压缩孔道（Ⅸ）出口喇叭口的扩大角度为45度；压缩孔道（Ⅸ）出口的喇叭口构成阳极弧根区（Ⅺ），阳极（1）的体内有冷却水套（Ⅹ），阳极（1）的前端为火炬出口（Ⅻ），阳极（1）的后端内有锥形凸出结构，阳极（1）后端内的锥形凸出结构伸入到绝缘连接件（6）的内空中；阴极（4）呈圆筒体结构，圆筒体的内空构成阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）的上部构成阴极弧根区（Ⅵ），阴极（4）中部的外壁与后座（10）的壁体之间的环形空隙构成工作气通道（Ⅲ），阴极（4）上部的外壁与绝缘连接件（6）的壁体之间的空间构成工作气室（Ⅴ），阴极（4）的圆筒体上端呈喇叭口状，喇叭口的外沿有旋流槽（Ⅷ），旋流槽（Ⅷ）为四条；阴极（4）上端喇叭口的内沿接近阳极（1）后端内的锥形凸出结构，阴极（4）上端喇叭口的内沿与阳极（1）后端内的锥形凸出结构之间的空间构成环形气流通道（Ⅶ）；工作气通道（Ⅲ）有输入接口b（18）接入，工作气通道（Ⅲ）连通到工作气室（Ⅴ），工作气室（Ⅴ）通过旋流槽（Ⅷ）、环形气流通道（Ⅶ）连通到阴极内腔（Ⅳ）；后座（10）为回转体结构，后座（10）的回转体结构内有环形油腔（Ⅰ），环形油腔（Ⅰ）有输入接口a（12）接入，环形油腔（Ⅰ）连通到阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）依次通过阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）连通到火炬出口（Ⅻ）；阴极内腔（Ⅳ）同时连通到内套（7）的管内空中，内套（7）的管内空构成回油室（Ⅱ），回油室（Ⅱ）有回油输出接口（16）接出。本实施例中，阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度为90度，阴极（4）上端喇叭口内沿的角度与阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度一致；阳极的冷却水套（Ⅹ）有冷却剂输入接口（3）接入和冷却剂回水接口（19）接出；在阳极（1）的壁体上有电源接口a（2），电源接口a（2）通过电源线连接到工作电源的正极；在后座（10）上有电源接口b（17），电源接口b（17）通过电源线连接到工作电源的负极；在阳极（1）的外侧壁体与绝缘连接件（6）之间有密封垫a（5）；在绝缘连接件（6）与后座（10）之间有密封垫b（9）；在后座（10）的后端面与后端盖（15）之间有密封垫c（14）。本实施中，为了减小阳极（1）的加工难度，把阳极（1）分解为外侧部件（1-1）和内侧部件（1-2）分别加工，然后通过焊接成为一体。本实施中，阳极（1）、阴极（4）、后座（10）、内套（7）和后端盖（15）选用金属材料制作，在阳极弧根区（Ⅺ）和阴极弧根区（Ⅵ）的金属壁体表面镀有钨钛合金层；绝缘连接件（6）选用氧化铝陶瓷材料或胶木材料制作；密封垫a（5）、密封垫b（9）、密封垫c（14）选用硅胶或石棉材料制作。本实施例在阳极外侧部件（1-1）的前端有安装法兰（20），使用时，安装法兰（20）连接到锅炉的燃烧器接口上。

上述的实施例中，采用水蒸汽作为等离子体的工作气，供汽压力为0.5MPa，水蒸汽同时作为重油燃料的气化剂。本实施例作为燃烧器安装在锅炉上应用，使用重油燃料，在运行时，水蒸汽由输入接口b（18）、工作气通道（Ⅲ）进入到工作气室（Ⅴ）中，再通过旋流槽（Ⅷ）形成旋转气流，然后由环形气流通道（Ⅶ）以旋流气流方式进入到阴极内腔（Ⅳ）中，同时，油箱中的重油燃料经油泵加压后由输入接口a（12）、环形油腔（Ⅰ）进入到阴极内腔（Ⅳ）中，受到旋流水蒸汽的冲击而形成雾化微粒，然后经阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）和火炬出口（Ⅻ）喷出；当阴极（4）和阳极（1）接通工作电源时，在阴极弧根区（Ⅵ）与阳极弧根区（Ⅺ）之间便形成等离子体电弧，等离子体电弧在穿越压缩孔道（Ⅸ）时，受到物理压缩和冷压缩的双重作用，使得等离子体电弧温度极高，弧心温度达到10000℃以上，重油的雾化微粒与水蒸汽混合的雾化物随高温等离子体电弧一起，经阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）和火炬出口（Ⅻ）喷出时，重油的雾化微粒与水蒸汽受到高温等离子体电弧的作用，进行快速气化成为高温的气体燃料，与高温等离子体电弧一起形成高温火炬喷出。上述过程中，水蒸汽在阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）中受到电场力及高温等离子体电弧的双重作用下，水分子被活化和分解，成为高温的氢气、氢、氧气、氧、氢氧原子团和活性水分子，同时，重油微粒也在阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）中受到高温等离子体电弧的作用下进行热解，分解为高温的氢气和炭微粒，高温的炭微粒与高温的氢气、氢、氧气、氧、氢氧原子团和活性水分子进行气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的气体燃料，高温的气体燃料与高温的等离子体电弧一起由火炬出口（Ⅻ）喷出，进入锅炉的炉膛，与炉膛内的助燃空气或氧气混合后进行剧烈燃烧，为锅炉提供热能。燃烧器在运行时，燃烧器内富余的重油汇集到回油室（Ⅱ）中，然后经回油输出接口（16）和连接管道返回到油箱。

Claims

1.一种等离子体重油燃烧器，其特征是燃烧器由阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）组成，其中，阳极（1）、绝缘连接件（6）、阴极（4）、内套（7）和后座（10）同轴设置，绝缘连接件（6）呈圆筒体结构，阳极（1）的后端通过绝缘连接件（6）连接到后座（10）前端的外连接口（8）上，阴极（4）设置在绝缘连接件（6）的内空中，阴极（4）的下端连接到后座（10）的内连接口a（11）上，内套（7）为管状体结构，内套（7）由后座（10）的后端伸入并进入到阴极（4）的内腔（Ⅳ）中，内套（7）的后端连接在后端盖（15）上，后端盖（15）连接到后座（10）的内连接口b（13）上；阳极（1）为中空回转体结构，阳极（1）的轴心有通孔，阳极（1）的轴心通孔构成压缩孔道（Ⅸ），压缩孔道（Ⅸ）的入口呈收缩的喇叭口，压缩孔道（Ⅸ）的出口呈扩大的喇叭口，压缩孔道（Ⅸ）出口的喇叭口构成阳极弧根区（Ⅺ），阳极（1）的体内有冷却水套（Ⅹ），阳极（1）的前端为火炬出口（Ⅻ），阳极（1）的后端内有锥形凸出结构，阳极（1）后端内的锥形凸出结构伸入到绝缘连接件（6）的内空中；阴极（4）呈圆筒体结构，圆筒体的内空构成阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）的上部构成阴极弧根区（Ⅵ），阴极（4）中部的外壁与后座（10）的壁体之间的环形空隙构成工作气通道（Ⅲ），阴极（4）上部的外壁与绝缘连接件（6）的壁体之间的空间构成工作气室（Ⅴ），阴极（4）的圆筒体上端呈喇叭口状，喇叭口的外沿有旋流槽（Ⅷ），阴极（4）上端喇叭口的内沿接近阳极（1）后端内的锥形凸出结构，阴极（4）上端喇叭口的内沿与阳极（1）后端内的锥形凸出结构之间的空间构成环形气流通道（Ⅶ）；工作气通道（Ⅲ）有输入接口b（18）接入，工作气通道（Ⅲ）连通到工作气室（Ⅴ），工作气室（Ⅴ）通过旋流槽（Ⅷ）、环形气流通道（Ⅶ）连通到阴极内腔（Ⅳ）；后座（10）为回转体结构，后座（10）的回转体结构内有环形油腔（Ⅰ），环形油腔（Ⅰ）有输入接口a（12）接入，环形油腔（Ⅰ）连通到阴极内腔（Ⅳ），阴极内腔（Ⅳ）依次通过阴极弧根区（Ⅵ）、压缩孔道（Ⅸ）、阳极弧根区（Ⅺ）连通到火炬出口（Ⅻ）；阴极内腔（Ⅳ）同时连通到内套（7）的管内空中，内套（7）的管内空构成回油室（Ⅱ），回油室（Ⅱ）有回油输出接口（16）接出。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度为80-100度，阴极（4）上端喇叭口内沿的角度与阳极（1）后端内的锥形凸出结构的锥形角度一致。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是阳极的冷却水套（Ⅹ）有冷却剂输入接口（3）接入和冷却剂回水接口（19）接出。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是在阳极（1）的壁体上有电源接口a（2），在后座（10）上有电源接口b（17）。

5.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是在阳极（1）的外侧壁体与绝缘连接件（6）之间有密封垫a（5）。

6.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是在绝缘连接件（6）与后座（10）之间有密封垫b（9）。

7.根据权利要求1所述的一种等离子体重油燃烧器，其特征是在后座（10）的后端面与后端盖（15）之间有密封垫c（14）。