CN105910134A - 一种等离子体点火助燃系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体点火助燃系统，包括控制器、点火电源、至少一个电磁阀、至少一套燃料管、轴向进气管、切向进气管、预燃室、离子发生器、燃烧室，所述控制器与点火电源、电磁阀连接；点火电源与离子发生器连接；离子发生器安装在预燃室内，处于可燃混气中；电磁阀装在燃料管上，燃料管分别和轴向进气管、切向进气管连通，所述轴向进气管位于预燃室轴向，切向进气管位于预燃室圆周切向方向，燃料通过电磁阀进入轴向进气管和切向进气管，形成轴向和切向混气，进入预燃室；预燃室安装在燃烧室上。

Description

一种等离子体点火助燃系统

技术领域

本发明涉及工业燃烧系统的点火助燃系统，特别是极限条件下快速点火助燃系统。

背景技术

燃料种类的变化，特别是低热值燃料的使用，工业燃烧的发展，常为扩展燃烧边界，使得燃烧室内气流速度高、压力低、温度低，在这样的燃烧极限条件下，点火燃烧条件非常恶劣，易出现低压点火困难、燃烧稳定性差、燃烧效率下降等问题。

为扩展燃烧点火边界，尽可能提高火花塞单次点火能量，会造成电源体积大，火花塞易烧蚀等问题，并且仍属于小体积点火。探索激光诱导火花点火则需要聚焦高能激光脉冲，设备昂贵，体积大，使用不便。低温等离子体点火和燃烧强化是等离子体技术的一种新的应用途径，其具有实现稀薄混合气可靠、高效点火和快速燃烧的潜力。纳秒脉冲放电低温等离子体是通过高压电极对低压电极直接放电，交流驱动是通过介质阻挡放电产生低温等离子体，两者都能够在一定的压力下产生体积大、能量密度高的低温等离子体，从而提高点火和燃烧稳定性，极大地缩短了着火延迟时间和改善着火极限。但其点火优点是有限的，当燃烧工况非常恶劣时，其适用性和可靠性就存在缺陷，从而会导致点火困难或点火不成功。即使能够达到点火可靠，但其设备系统复杂，工业燃烧系统难以接受。

燃烧室内气流速度高、压力和温度低，着火的速度-压力边界急剧缩小，着火的空气燃料比边界也急剧缩小，从而造成点火困难、燃烧不稳定。在这样极限条件下，无论如何提高单次放电点火能量，在高的电点火能量，在高速气流面前都是极为渺小的，很难在各种极端条件下实现可靠点火及助燃作用，即使能够实现良好点火，对于复杂设备和能量消耗也是浪费。因此，必须克服现有点火方式的缺陷，通过建立高速燃烧火炬达到可靠点燃整个燃烧室的目的，大大提高点火能力和助燃效果。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是设计一种等离子体点火助燃系统，用等离子体，首先点燃小部分可燃混气，由这小部分可燃混气燃烧产生的高速火焰来点燃整个燃烧室或燃烧装置，从而达到极限条件下可靠点火和助燃的作用。

为了解决以上技术问题，本发明公开了一种等离子体点火助燃系统，其特征在于，包括控制器、点火电源、至少一个电磁阀、至少一套燃料管、轴向进气管、切向进气管、预燃室、离子发生器、燃烧室，所述控制器与点火电源、电磁阀连接；点火电源与离子发生器连接；离子发生器安装在预燃室内，处于可燃混气中；电磁阀装在燃料管上，燃料管分别和轴向进气管、切向进气管连通，所述轴向进气管位于预燃室轴向，切向进气管位于预燃室圆周切向方向，燃料通过电磁阀进入轴向进气管和切向进气管，形成轴向和切向混气，进入预燃室；预燃室安装在燃烧室上。

进一步，作为一种优选，还包括一个火焰监测器，火焰监测器安装在燃烧室上，用于监测火焰。

进一步，作为一种优选火焰监测器监测到预燃室熄火，通过控制器控制电磁阀关闭，切断燃料。

进一步，作为一种优选，点火电源为等离子体电源或储能电源。

进一步，作为一种优选，控制器按实际燃烧需求，控制关闭电磁阀的时间。

进一步，作为一种优选控制器根据不同的情况，开启一路或多路燃料管路的电磁阀。

进一步，作为一种优选，所述离子发生器可为介质放电模式或凸台放电模式或电弧放电模式。

进一步，作为一种优选，在燃烧室气流通道内还设置有一个燃烧装置，所述预燃室安装在燃烧装置上。

进一步，作为一种优选，预燃室为圆形筒体。

本发明和现有技术相比所具有的有益效果：通过控制器，控制等离子体点火和燃料供给时序，先在预燃室内产生高速火焰，进而点燃燃烧室或燃烧装置，通过火焰监测器保证系统的安全性，从而本发明实现了高速、低压、低温、低热值燃料等极限条件下的可靠点火和助燃功能。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

附图1为等离子体点火助燃系统实施例流程图。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施例进行说明。

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图1是等离子体点火助燃系统示意图，其中，包括控制器1、点火电源2、第一电磁阀3A、第二电磁阀3A、第一燃料管4A、第二燃料管4B、轴向进气管5、切向进气管6、预燃室7、离子发生器8、燃烧室9、火焰监测器10。

所述的控制器1是指控制点火电源2、第一电磁阀3A的开与关(至少包含一个电磁阀，图中示出了设置第二电磁阀3B情形，当然可以设置更多电磁阀)，进而控制离子发生器8开与关的点火时序，电磁阀开启，燃料由第一燃料管4A(当然可以进一步设置第二燃料管4B)供入轴向进气管5和切向进气管6，电磁阀关闭，燃料供给停止，同时，若燃烧室熄火，火焰监测器10的反馈信号输入控制器1，由控制器1的指令关闭第一电磁阀3A和第二电磁阀3B。

所述的点火电源2是指按控制器1的指令，实施离子发生器8放电和关闭时序，其一端与控制器1连接，另一端与离子发生器8连接，点火电源2可为交流驱动或直流驱动的等离子体电源和储能电源，可采用微型化电源集成；

所述的第一电磁阀3A或第二电磁阀3B是指按控制器1的指令，实施电磁阀开与关的时序，电磁阀安装在燃料管路上，电磁阀可以有多路，根据燃料供给系统参数确定；

所述的第一燃料管4A是指燃料供给管路，每个燃料管路分别为轴向进气管5和切向进气管6供给燃料，从而形成不同混气参数的轴向和径向混气，燃料喷嘴型式及安装位置根据实际需要调整，燃料可为液体、气体，或油气混烧；

所述的轴向进气管5是指空气进气和混气形成通道，射流混气直接进入预燃室7，其与预燃室7连接；

所述的切向进气管6是指空气进气和混气形成通道，旋转射流混气直接进入预燃室7，形成旋转气流场，其与预燃室7连接；

所述的预燃室7是指圆形筒体结构，内含离子发生器8等，其前端与轴向进气管5和切向进气管6连接，出口安装在燃烧室9上，其内部集可燃混气形成、放电点火、小火焰微团形成、高速火焰喷射；

所述的离子发生器8是指在高压电极和低压电极之间放电，产生等离子体的装置，可以是介质阻挡、凸台、电弧放电模式，其安装在预燃室7内合适的低速区，保证可靠放电与点火，同时保证其安装与预燃室7的绝缘性；

所述的燃烧室9是指一定结构的燃烧装置或燃烧室，燃烧装置或燃烧室头部安装预燃室7，燃烧装置可置于强制通风气流中；

所述的火焰监测器10是指若燃烧室熄火，其反馈信号传输给控制器1，由控制器1的指令，关闭第一电磁阀3A和第二电磁阀3B。

本发明的一种等离子体点火助燃系统的工作过程是：由气源或进气通道为轴向进气管和切向进气管提供空气，控制器根据实际工况，开启电源和一定数目的电磁阀，此时离子发生器放电，燃料管路为轴向进气管和切向进气管供给燃料，或燃料供入进气总管，再分成轴向进气管和切向进气管，在预燃室内形成可燃混气，并被等离子体点燃，再发展成高速火焰，喷入燃烧装置或燃烧室内。点火电源工作几秒钟可停止放电点火，电磁阀可停止工作，也可长时间开启。如果燃烧过程熄火，通过火焰监测器和控制器，关闭电磁阀。

本发明的一种等离子体点火助燃系统，可单独烧油，单独烧燃料气，也可油气混烧。空气温度243K-800K，气流压力0.01-1.0MPa，空气流量5-1000g/s，燃油流量0.5-80g/s，燃气流量0.3-50g/s。在每次点火过程中，电源放电点火时间可为1-10s，功率5-200W，电源单次放电时间0.1-5ms，放电频率10-300Hz，单次放电能量0.1-2J。当需要长时间点火助燃时，燃油燃气电磁阀长时间开启，保证不断供给燃料。本发明可广泛应用于工业各种燃烧装置，特别是高速、低压、低温等极限条件下的可靠点火与助燃。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，不安装火焰监测器，也实现可靠点火与助燃，同样实现了相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种等离子体点火助燃系统，其特征在于，包括控制器、点火电源、至少一个电磁阀、至少一套燃料管、轴向进气管、切向进气管、预燃室、离子发生器、燃烧室，所述控制器与点火电源、电磁阀连接；点火电源与离子发生器连接；离子发生器安装在预燃室内，处于可燃混气中；电磁阀装在燃料管上，燃料管分别和轴向进气管、切向进气管连通，所述轴向进气管位于预燃室轴向，切向进气管位于预燃室圆周切向方向，燃料通过电磁阀进入轴向进气管和切向进气管，形成轴向和切向混气，进入预燃室；预燃室安装在燃烧室上。

2.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，还包括一个火焰监测器，火焰监测器安装在燃烧室上，用于监测火焰。

3.如权利要求2所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，火焰监测器监测到预燃室熄火，通过控制器控制电磁阀关闭，切断燃料。

4.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，点火电源为等离子体电源或储能电源。

5.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，控制器按实际燃烧需求，控制关闭电磁阀的时间。

6.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，控制器根据不同的情况，开启一路或多路燃料管路的电磁阀。

7.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，所述离子发生器可为介质放电模式或凸台放电模式或电弧放电模式。

8.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，所述预燃室安装在燃烧室壁面。

9.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，在燃烧室气流通道内还设置有一个燃烧装置，所述预燃室安装在燃烧装置上。

10.如权利要求1所述等离子体点火助燃系统，其特征在于，所述预燃室为圆形筒体。