CN113587084B - 一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用大气压微波等离子体炬增强燃烧的装置，属于燃料燃烧技术领域。主要特征是将气体燃料通过补燃室加入到氧化剂等离子体炬余辉区，并结合二次燃烧方法来辅助增强燃烧。该装置主要包括微波等离子体炬发生器、气流输送系统、补燃室、燃烧室、尾气收集装置、二次燃烧送气系统、废气处理系统。气体燃料以切向气流的形式进入补燃室，在补燃室的开口端与氧化剂等离子体炬混合燃烧，注入到燃烧室。同时，二次燃烧送气系统能够将燃烧不充分的尾气返送至补燃室进行二次燃烧。此方法能够精确控制点火，增强燃烧火焰稳定性，提高燃烧效率，拓宽稀燃极限，并且补燃室结构简单、灵活，设备投资与维修成本较低。实验证明这个技术发明能够显著增强燃烧效果，实现提高经济效益与减少环境排放的有效结合。

Description

一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置

技术领域

本发明属于燃料燃烧技术领域，涉及等离子体助燃技术，具体涉及一种利用大气压微波等离子体炬增强燃烧的装置。

背景技术

20世纪以来，人类普遍认为核能和可再生能源是解决能源需求的根本方法。然而，时至今日，燃烧依旧是世界各国最主要的能源利用方式。但是，燃烧普遍存在无法准确控制点火、火焰稳定性差和燃烧效率低等问题，导致实际应用面临困难。例如：无法准确控制点火和燃烧火焰不稳定将直接影响航空飞机运行的安全性与可靠性。其次，内燃机燃烧不充分产生大量碳氢化合物，在未准确控制点火的情况下自行燃烧将导致爆震，带来严重的经济损失。另外，工业燃烧产生的大量碳烟污染物对人体皮肤、角膜和呼吸系统会造成损伤，而且作为雾霾污染物和大气光吸收剂将危害全球气候。

目前，为增强燃烧效果，减少燃烧尾气对社会与环境的影响，解决方法主要有催化燃烧、补燃室强化燃烧和等离子体辅助燃烧。催化燃烧能够提高反应物的活化能，降低反应阻力。但是，催化剂材料的制备工艺繁琐且成本较高，而且受到水热稳定性与寿命制约。补燃室强化燃烧能够提高燃料混合效率、改变工作气体压缩比，加快化学反应速率。但是，补燃室燃烧无法准确控制点火并且燃烧效率低。等离子体辅助燃烧作为一种新型燃烧技术，在准确控制点火、保持火焰稳定性、拓宽熄火极限和提高燃烧效率等方面表现均比较突出。

等离子体辅助燃烧主要通过三种途径：(1)等离子体具有热力学效应，能够促进燃料氧化。根据阿累尼乌斯方程，反应速率与温度呈指数关系，因此可以加快化学反应速率；(2)等离子体具有动力学效应，大量的活性自由基和高能粒子可以瞬间断裂燃料分子部分化学键，加快燃烧速度与燃烧效率；(3)等离子体具有较强的输运能力，它产生的离子风和流体动力能够加强局部流速，增加燃料的扩散系数、提高混合程度，从而加快化学反应速率，增强火焰稳定性。目前应用于辅助燃烧的等离子体放电模式主要分为：介质阻挡放电、微波放电、纳秒脉冲放电和滑动弧放电。其中，微波放电具有无需驱动电极、能量密度高、精确控制放电、活性物种多、设备投资与维护成本较低等优点，使其在燃烧领域具有很大的应用前景。

近年来，许多国内外研究人员对微波等离子体辅助燃烧进行了研究。最常见的方法有两种，一是利用放电载气得到微波等离子体，将燃料与氧化剂的预混气体加入等离子体余辉区实现点火与增强燃烧。二是利用补燃室的结构，将微波能量直接耦合进混合气体来增强燃烧。例如：在公开号CN 110030551 A、CN 112013385 A、CN 112377341 A的专利中，利用氩气、氦气等载气产生微波等离子体，然后将燃料气体通入补燃室与等离子体进行耦合，并调节微波功率、气体流量等条件，提高燃烧效率。但是，混合气体在补燃室内停留时间有限，与等离子体混合程度较低，导致燃料利用率较低。在公开号CN 103470427 A、CN1693699 A的专利中，将微波能量共振地耦合进补燃室，将可燃气体击穿放电，从而使补燃室内混合气体极快地达到整体燃烧，能够加快燃烧速度，拓宽稀薄燃烧极限。但是，补燃室的结构复杂，微波与混合气体耦合度较低，能量损失较大。

综合以上辅助燃烧的技术方法和实施方案，总结出微波等离子体炬助燃存在以下主要问题：(1)燃料在补燃室内停留时间较短，并且与等离子体炬耦合不足导致燃烧火焰不稳定，能量利用率较低；(2)微波等离子体炬放电载气的流量与放电稳定性相互制约，流量过大将导致等离子体炬淬熄；(3)惰性载气持续击穿放电需要能量，导致微波能量利用率较低。微波等离子体炬作为一种新兴的助燃方法，目前还没有将气体燃料通过补燃室加入到氧化剂等离子体炬余辉区，并结合二次燃烧方法来辅助增强燃烧的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置。将气体燃料通过补燃室加入到氧化剂等离子体炬余辉区，并结合二次燃烧方法来辅助增强燃烧。此方法能够提高等离子体炬与燃料的混合程度，增强燃烧火焰稳定性，增加微波能量利用率与燃烧效率，并且补燃室结构简单、灵活，设备投资与维修成本较低。实验证明这个技术发明能够显著增强燃烧效果，实现经济效益与环境效益的有效结合。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置，该装置主要包括微波等离子体炬发生器1、气流输送系统2、补燃室3、燃烧室4、二次燃烧送气系统5、废气处理系统6。

所述的大气压微波等离子体发生器1采用的是专利CN207070436U提出的一种双腔激励的大气压微波等离子体炬，具体结构和工作原理参照该专利。微波等离子体炬发生器1包括：微波电源11、磁控管12、矩形波导13、环形器14、定向耦合器15、截面渐变型波导16、移动活塞17、放电管18、点火装置19，其中，点火装置19内设有钨丝电极191，截面渐变型波导16中间设有一个凸起的圆台161。所述微波电源11具有数字化面板，与磁控管12通过空气开关相连，同磁控管12匹配后可产生2.45 GHZ微波。所述磁控管12、矩形波导13、环形器14、定向耦合器15、截面渐变型波导16之间均通过法兰连接：磁控管12与矩形波导13连接，矩形波导13与环形器14连接，环形器14与定向耦合器15连接，定向耦合器15与截面渐变型波导16的一端连接。所述环形器14上具有水负载，用来冷却降温。所述定向耦合器15配合检波器和外部功率表可以监测入射功率和反射功率。截面渐变型波导16的另一端设有移动活塞17。所述移动活塞17用来调节匹配，通过外部连接步进电机控制。所述截面渐变型波导16中间设有一个贯穿圆孔可以将放电管18插入，圆孔与放电管18的外壁相切。截面渐变型波导16能够将微波能量耦合进放电管18中心，提高放电管18中心处的约化场强。所述放电管18长度根据需要的等离子体炬形态和补燃室3的结构进行调整。所述的点火装置19设于截面渐变型波导16的下端，能够将钨丝电极191伸入放电管18内部。

所述的气流输送系统2包括放电载气瓶21、氧化剂瓶22、气体燃料瓶23、第一流量控制器24、第二流量控制器25、第三流量控制器26、第四流量控制器27、放电气体通入单元28。所述放电载气瓶21与放电气体通入单元28连通，连通管路上设有第一流量控制器24，放电载气瓶21内的放电载气由第一流量控制器24调节流量后进入放电气体通入单元28。所述氧化剂瓶22有两个通道，分别与放电气体通入单元28、补燃室3连通，连通管路上分别设有第二流量控制器25、第三流量控制器26。所述气体燃料瓶23内的气体燃料由第四流量控制器27调节流量后进入补燃室3。所述放电气体通入单元28设在放电管18的下方，由四根金属管组成，可以将气体在放电管18中形成向上的涡旋气流。

所述的燃烧室4依次与二次燃烧送气系统5、废气处理系统6连通，燃烧室包括金属罩41、工业排风扇42，其中工业排风扇42位于金属罩41上方。所述金属罩41设于补燃室3上方，混合气体在补燃室3出口处与等离子体炬混合后，在金属罩41内燃烧。所述工业排风扇42将金属罩41中燃烧尾气抽入二次燃烧送气系统5，二次燃烧送气系统5用于监测尾气中污染物成分：当燃料燃烧不充分时，二次燃烧送气系统5将燃烧不充分的尾气重新返送至补燃室3，进行二次燃烧；当燃料燃烧充分时，二次燃烧送气系统5将尾气送至废气处理装置6。

所述的补燃室3主要有三种结构：补燃室a、补燃室b、补燃室c。具体描述如下：

所述的补燃室a由零件A 31和零件B 32通过螺纹A 318和螺纹B 322连接组成，所述的补燃室b由零件A 31、零件C 33、零件D 34通过螺纹连接组成，零件C 33的螺纹D 334与零件31的螺纹A 318连接，零件D 34的螺纹E 343与零件C 33的螺纹C 333连接。

所述零件A 31的侧壁为圆筒形，外径91 mm，高度30 mm，壁厚2 mm，侧壁外部的上端设有螺纹A 318。底面设在距离侧壁底端高度5mm位置处，底面的下端预留一个槽位317，可以与圆台161连接。底面中心设有直径26 mm的圆孔A 315，可以使得放电管18穿过。在圆孔A 315的边界处设有一个向上的圆筒形突升平台316，高度低于25 mm。在圆筒形侧壁上设有四个燃料进气口，分别为第一进气口311、第二进气口312、第三进气口313、第四进气口314，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布。

所述零件B 32侧壁为圆筒形，高25 mm，外径95 mm，壁厚2 mm，侧壁内表面下端设有螺纹B 322。圆筒形侧壁顶端设有封盖，封盖中心设有一个圆孔B 321，孔径小于放电管18的内径，用来增强等离子体炬与燃料的混合程度。

所述零件C 33侧壁的下半部分为圆筒形侧壁，外径95 mm，高度20 mm，壁厚2 mm，上半部分为圆台形侧壁A 331，圆筒形侧壁的顶端与圆台型侧壁A 331的底端连接在一起。圆台型侧壁A 331与水平面夹角为45°。圆台型侧壁A 331顶端预留圆孔C 332，直径18 mm，圆筒形侧壁的外表面、内表面的底端分别设有螺纹C 333、螺纹D 334。

所述零件D 34侧壁分为两部分，下半部分为圆筒形侧壁，内径99 mm，高度30 mm，壁厚2 mm，上半部分为圆台形侧壁B 342。圆筒形侧壁的内表面的下端设有螺纹E 343。圆台型侧壁B 342与水平面夹角为45°。圆台型侧壁B 342顶端预留圆孔D 341，直径20 mm。在圆筒形侧壁上设有四个燃料进气口，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布。

所述补燃室a的侧壁为圆筒形，底面的下端预留一个槽位317，可以与圆台161连接。底面中心设有圆孔A 315，用来使放电管18穿过。在圆孔A 315的边界处设有向上的圆筒形突升平台316，用来防止燃料扩散进入截面渐变型波导16。在圆筒形侧壁上设有第一进气口311、第二进气口312、第三进气口313、第四进气口314，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布。顶面预留一个圆孔B 321，其直径小于放电管18内径，用来提高补燃室a中的气体与等离子体炬的混合程度。

所述补燃室b 底面的下端预留一个槽位317，可以与圆台161连接。底面中心设有圆孔A 315，可以使得放电管18穿过，在圆孔A 315的边界处设有向上的圆筒形突升平台316，防止燃料扩散进入截面渐变型波导16。所述补燃室b设有两个同轴的侧壁，每个侧壁结构分为上下两部分，下部分为圆筒形，上部分为圆台型。两个同轴圆筒形侧壁的顶端分别与圆台型侧壁A 331、侧壁B 342的底端连接。所述补燃室b顶端设有同一平面的两个同心圆孔C 332和圆孔D 341，前者的孔径小于后者。所述补燃室b侧壁上设有两组进气孔，每四个进气孔为一组，两组进气孔分别分布在两个同轴侧壁且相对于侧壁的圆周切向等间距对称排布。

所述的补燃室c主要分为三个部分：进气管35、分流管路36、出气管37。所述进气管35与圆环状的分流管路36切向连接，气体可以在分流管路36内部形成涡旋气流。所述出气管37为多个相同的金属管道，均匀的分布在分流管路36上，一端与分流管路36相接，另一端位于放电管18的上方，可以将气体燃料直接喷入等离子体炬余辉区。补燃室c设在截面渐变型波导16的上方，分流管路36套在放电管18上，与放电管18外壁相切。

进一步的，所述的流量控制器可以选择转子流量计或者质量流量计。

本发明的有益效果为：

本发明将气体燃料通过补燃室加入到氧化剂等离子体炬余辉区，并结合二次燃烧方法来辅助增强燃烧，且利用氧化剂得到等离子体炬能够提高微波能量利用率，加快化学反应速率。补燃室的特殊结构提高了燃料与等离子体炬的耦合度，能够阻止气体燃料扩散进入等离子体炬的主放电区域导致放电不稳定。另外，补燃室的进气口可以同时通入燃料与氧化剂，能够解决氧化剂作为放电气体时，气体流量与放电稳定性相互制约的问题。燃烧室内产生的热量通过燃烧室的金属腔壁的热传导用于加热液体等。整套微波等离子体炬助燃装置结构简单、成本较低，燃料与微波能量利用率较高，助燃效果较好。

附图说明

图1是利用微波等离子体炬增强燃烧的系统结构框图。

图2是微波等离子体炬增强燃烧的结构示意图。

图3是三种补燃室的结构示意图。图3（a）为第一种补燃室结构示意图，图3（b）为第二种补燃室结构示意图，图3（c）为第三种补燃室结构示意图。

图4（a）为零件A的内腔及侧壁结构示意图；图4（b）为零件A的底部结构示意图；

图5（a）为零件B的顶部及侧壁结构示意图；图5（b）为零件B的底部结构示意图；

图6（a）为零件C的顶部及侧壁结构示意图；图6（b）为零件C的底部结构示意图；

图7（a）为零件D的顶部及侧壁结构示意图；图7（b）为零件D的底部结构示意图；

图中：1微波等离子体炬发生器，2气流输送系统，3补燃室，4燃烧室，5二次燃烧送气系统，6废气处理系统。

11微波电源，12磁控管，13矩形波导，14环形器，15定向耦合器，16截面渐变型波导，17移动活塞，18放电管，19点火装置，161圆台，191钨丝电极。

21放电载气瓶，22氧化剂瓶，23气体燃料瓶，24第一流量控制器，25第二流量控制器，26第三流量控制器，27第四流量控制器，28放电气体通入单元。

31零件A，32零件B，33零件C，34零件D，35进气管，36分流管路，37出气管，311第一进气口，312第二进气口， 313第三进气口，314第四进气口，315圆孔A，316突升平台，317槽位，318螺纹A，321圆孔B，322螺纹B，331侧壁A，332圆孔C，333螺纹C，334螺纹D，341圆孔D，342侧壁B，343螺纹E，

41金属罩， 42工业排风扇。

图8为应用实施例一附图。

图9为应用实施例二附图。

具体实施方式

本发明是一种利用大气压微波等离子体炬增强燃烧的装置，该装置主要包括微波等离子体炬发生器1、气流输送系统2、补燃室3、燃烧室4、二次燃烧送气系统5、废气处理系统6。

微波等离子体炬发生器1（其具体结构和工作原理参照专利CN207070436U提出的一种双腔激励的大气压微波等离子体炬）包括：微波电源11、磁控管12、矩形波导13、环形器14、定向耦合器15、截面渐变型波导16、移动活塞17、放电管18、点火装置19。微波在微波等离子体炬发生器1中单向传播，最后耦合进入放电管18。放电管18插入截面渐变型波导16的圆孔中，由三个M 6六角螺丝加固，避免管内气流较大时晃动。涡旋气流通入放电管18后，手动调节微波电源11输出微波，可以在放电管18内部及上端形成等离子体炬。

气流输送系统2包括放电载气瓶21、氧化剂瓶22、气体燃料瓶23、第一流量控制器24、第二流量控制器25、第三流量控制器26、第四流量控制器27、放电气体通入单元28。放电载气由第一流量控制器24调节流量后进入放电气体通入单元28。氧化剂瓶22有两个通道，其内的氧化剂可以进入放电气体通入单元28，同时也可以进入补燃室3直接参与燃烧，分别由第二流量控制器25、第三流量控制器26调节流量。气体燃料瓶23内的气体燃料由第四流量控制器27调节流量后进入补燃室3。流量控制器可以选择转子流量计或者质量流量计。

补燃室3，主要有三种结构：补燃室a、补燃室b、补燃室c，补燃室a由零件A 31和零件B 32通过螺纹A 318和螺纹B 322连接组成。补燃室b由零件A 31、零件C 33、零件D 34通过螺纹连接组成，零件C 33的螺纹D 334与零件31的螺纹A 318连接，零件D 34的螺纹E 343与零件C 33的螺纹C 333连接。

零件A 31底面的下端预留的槽位317可以与圆台161连接。底面中心设有圆孔A315可以使得放电管18穿过。在圆孔A 315的边界处设有一个向上的圆筒形突升平台316，防止燃料气体扩散进入截面渐变型波导16。在圆筒形侧壁上存在四个燃料进气口，可以使通入的气体形成涡旋气流。零件B 32的圆筒形侧壁顶端设有封盖，封盖中心设有一个圆孔B321，孔径小于放电管18的内径，用来增强等离子体炬与燃料的混合程度。零件C 33侧壁的下半部分为圆筒形，上半部分为圆台形状，圆筒形侧壁的顶端与圆台型侧壁A 331的底端连接在一起。圆台型侧壁A 331顶端的圆孔C 332孔径18 mm。零件D 34侧壁分为两部分，下半部分为圆筒形，上半部分为圆台形状，圆筒形侧壁的顶端与圆台型侧壁B 342的底端连接在一起。圆台型侧壁B 342顶端的圆孔D 341直径20 mm。在圆筒形侧壁上存在四个燃料进气口，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布，使用方法与零件A 31的四个进气口相同。

补燃室a侧壁为圆筒形，高55 mm，在距离底面5 mm位置处预留一个槽位317，恰好可以卡在截面渐变型波导16的圆台161上。底面中心有直径为26 mm的圆孔A 315，可以使放电管18穿过，并与放电管18外壁相切。在圆孔A 315的边界处存在圆筒形突升平台316，高度为20 mm，防止燃料扩散进入截面渐变型波导16，导致等离子体淬熄。燃料第一进气口311、第二进气口312、第三进气口313、第四进气口314为长度30 mm，内径4 mm，外径6.5 mm的金属管，在距离底面高度10 mm处，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布。距离进气口50 mm处的塑料软管中间设置截止阀，控制进气口的工作状态。第一进气口311和第二进气口312单独工作时，可以形成顺时针方向的涡旋气流，第三进气口313和第四进气口314单独进气时，能够形成逆时针方向的涡旋气流。四个进气口同时工作时，可以形成两个方向相反的涡旋气流。

补燃室b通过底端的槽位317可以与圆台161连接。底面中心的圆孔A 315可以使得放电管18穿过，在圆孔A 315的边界处存在圆筒形突升平台316防止燃料扩散进入截面渐变型波导16。补燃室b的顶端为同一平面的两个同心圆孔C 332和圆孔D 341，孔径分别为18mm和22 mm。补燃室b的侧壁有两组进气孔，分别通入气体燃料、氧化剂，并且氧化剂能够将气体燃料在补燃室b顶端开口处包裹起来，防止气体燃料接触低温金属腔室，导致燃烧不完全，生成大量碳烟污染物。

补燃室c主要分为三个部分，进气管35，分流管路36，出气管37。进气管35为内径4mm，外径6 mm，长度30 mm的金属管，切向进气。分流管路36为圆环状，圆截面内径4 mm，外径6 mm，圆轴的直径为29 mm。出气管37内径2 mm，外径3 mm，曲率半径为33 mm，高度为50 mm。补燃室c设于截面渐变型波导16的上方，分流管路36内壁与放电管18外壁相切。燃料通入进气管35后，在分流管路36内形成涡旋气流，由出气管37直接喷入等离子体炬的余辉区。

燃烧室4，主要包括金属罩41、工业排风扇42。金属罩41为内径55 mm，外径65 mm，长度400 mm的金属管，设于补燃室3上方。工业排风扇42将金属罩41中燃烧尾气抽入二次燃烧送气系统5。二次燃烧送气系统5，包括烟气监测系统和强力风机。若燃烧尾气中存在大量碳烟污染物，烟气监测系统便会报警，此时，强力风机会将尾气重新返送至补燃室3，进行二次燃烧。若燃烧尾气中污染气体较少，强力风机将尾气送至废气处理装置6。

具体操作时，打开第一流量控制器24将放电载气经气流输送系统2进入放电气体通入单元28，在放电管18中形成涡旋气流。手动调节微波电源11，放电载气在微波功率的激发下生成等离子体炬。缓慢关闭第一流量控制器24，同时，打开第二流量控制器25，氧化剂替代放电载气形成等离子体炬。打开第三流量控制器26与第四流量控制器27，气体燃料与氧化剂通入补燃室3，实现微波等离子体炬辅助燃烧。调节微波功率、氧化剂、气体燃料，使燃烧火焰达到稳定的状态。打开工业排风扇42将燃烧尾气送入烟气监测系统，若碳烟污染物过量将导致烟气检测系统报警，此时，打开强力风机将尾气返送至补燃室3进行二次燃烧。同时，对微波功率、气体流量做出调整以达到充分燃烧，烟气监测系统提示正常时，打开强力风机将尾气送至废气处理装置6进行吸收，吸收剂选择氢氧化钙或者氢氧化钠等溶液，废气符合《大气污染物综合排放标准》要求后排入大气。

应用实施例一：

本应用实施提供一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置来加热炉体内腔的方法，参照图8，该方法包括以下步骤：

将燃烧室的金属腔壁长度调整为5cm，放置在待加热炉体侧壁的开口位置，使得等离子体炬的补燃器喷射的燃烧火焰能够有效注入到加热炉体内；调控氧气或者空气流量，设定合适的微波功率，通过微波放电产生成氧或者空气等离子体炬；由流量计设置的一定流量甲烷通入补燃室，甲烷与氧气或者空气在等离子体助燃下在炉体内部稳定燃烧，从而对炉体内部进行加热；燃烧尾气通过炉体的排气开孔由工业排风扇送入烟气监测系统。

应用实施例二：

本应用实施提供一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置来加热流体（如液体）物质的方法，参照图9，该方法包括以下步骤：

将与等离子体炬的补燃器对接的燃烧室金属腔壁设置合适的长度，使之贯穿放置在盛放待加热液体的容器中，在燃烧室燃烧产生的热量通过金属腔壁传导到与之热接触的液体；容器侧壁上设置一对流入和流出管路，液体经流入管路进入容器后在容器内流动实现热交换后由流出管路流出容器带走热量；调控氧气或者空气流量，设定合适的微波功率，通过微波放电产生成氧或者空气等离子体炬；由流量计设置的一定流量的甲烷通入补燃室，实现甲烷与氧气或者空气在等离子体助燃下在燃烧室内稳定燃烧，所产生的热量通过燃烧室的金属腔壁的热传导加热浸入金属容器的循环液体；燃烧尾气从金属腔壁的末端由工业排风扇送入烟气监测系统。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置，其特征在于，所述的装置包括大气压微波等离子体炬发生器(1)、气流输送系统(2)、补燃室(3)、燃烧室(4)、二次燃烧送气系统(5)、废气处理系统(6)；

所述的大气压微波等离子体炬发生器(1)包括微波电源(11)、磁控管(12)、矩形波导(13)、环形器(14)、定向耦合器(15)、截面渐变型波导(16)、移动活塞(17)、放电管(18)、点火装置(19)，其中，点火装置(19)内设有钨丝电极(191)，截面渐变型波导(16)中间设有凸起的圆台(161)；

所述的气流输送系统(2)包括放电载气瓶(21)、氧化剂瓶(22)、气体燃料瓶(23)、第一流量控制器(24)、第二流量控制器(25)、第三流量控制器(26)、第四流量控制器(27)、放电气体通入单元(28)；所述放电载气瓶(21)与放电气体通入单元(28)连通，连通管路上设有第一流量控制器(24)；所述氧化剂瓶(22)有两个通道，分别与放电气体通入单元(28)、补燃室(3)连通，连通管路上分别设有第二流量控制器(25)、第三流量控制器(26)；所述气体燃料瓶(23)内的气体燃料由第四流量控制器(27)调节流量后进入补燃室(3)；所述放电气体通入单元(28)设在放电管(18)的下方，用于将气体在放电管(18)中形成向上的涡旋气流；

所述的燃烧室(4)依次与二次燃烧送气系统(5)、废气处理系统(6)连通，燃烧室包括金属罩(41)、工业排风扇(42)，其中工业排风扇(42)位于金属罩(41)上方；所述金属罩(41)设于补燃室(3)上方，混合气体在补燃室(3)出口处与等离子体炬混合后，在金属罩(41)内燃烧；所述工业排风扇(42)将金属罩(41)中燃烧尾气抽入二次燃烧送气系统(5)，二次燃烧送气系统(5)用于监测尾气中污染物成分：当燃料燃烧不充分时，二次燃烧送气系统(5)将燃烧不充分的尾气重新返送至补燃室(3)，进行二次燃烧；当燃料燃烧充分时，二次燃烧送气系统(5)将尾气送至废气处理系统(6)；

所述的补燃室(3)主要有三种结构：补燃室(a)、补燃室(b)、补燃室(c)；

所述的补燃室(c)主要分为三个部分：进气管(35)、分流管路(36)、出气管(37)；所述进气管(35)与圆环状的分流管路(36)切向连接，气体可以在分流管路(36)内部形成涡旋气流；所述出气管(37)为多个相同的金属管道，均匀的分布在分流管路(36)上，一端与分流管路(36)相接，另一端位于放电管(18)的上方，可以将气体燃料直接喷入等离子体炬余辉区；补燃室(c)设在截面渐变型波导(16)的上方，分流管路(36)套在放电管(18)上，与放电管(18)外壁相切；

所述的补燃室(a)由零件A (31)和零件B (32)通过螺纹连接而成，所述的补燃室(b)由零件A (31)、零件C (33)、零件D (34)通过螺纹连接而成，零件A (31)和零件C (33)构成第一个充入燃气的空间，气体由第一进气口(311)、第二进气口(312)、第三进气口(313)、第四进气口(314)注入，零件C (33)和零件D (34)构成第二个充入燃气的空间，气体由零件D(34)侧壁上分布的进气口注入；具体如下：

所述零件A (31)的侧壁为圆筒形，侧壁外部的上端设有螺纹；底面下端预留一个与圆台(161)连接的槽位(317)；底面中心设有用于穿过放电管(18)的圆孔A (315)；在圆孔A(315)的边界处设有一个向上的圆筒形突升平台(316)，用来防止燃料扩散进入截面渐变型波导(16)；在圆筒形侧壁上设有四个燃料进气口，分别为第一进气口(311)、第二进气口(312)、第三进气口(313)、第四进气口(314)，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布；

所述零件B (32)侧壁为圆筒形，侧壁内表面下端设有螺纹；圆筒形侧壁顶端设有封盖，封盖中心设有一个圆孔B (321)，其直径小于放电管(18)内径，用来增强补燃室(a)中的等离子体炬与燃料的混合程度；

所述零件C (33)侧壁的下半部分为圆筒形侧壁，上半部分为圆台形侧壁A (331)，圆筒形侧壁的顶端与圆台形侧壁A (331)的底端连接；圆台形侧壁A (331)与水平面夹角在10°—90°区间；圆台形侧壁A (331)顶端预留圆孔C(332)，圆筒形侧壁的外表面底端设有螺纹C(333)、内表面的底端设有螺纹D（334）；

所述零件D (34)侧壁分为两部分，下半部分为圆筒形侧壁，上半部分为圆台形侧壁B(342)；圆筒形侧壁的内表面的下端设有螺纹（343）；圆台形侧壁B (342)与水平面夹角在10°—90°区间；圆台形侧壁B (342)顶端预留圆孔D (341)，其中，圆孔C( 332)孔径小于圆孔D (341)；在圆筒形侧壁上设有四个燃料进气口，相对于圆筒形侧壁的圆周切向等间距对称排布。

2.根据权利要求1所述的一种利用微波等离子体炬增强燃烧的装置，其特征在于，所述的大气压微波等离子体炬发生器(1)中的微波电源(11)与磁控管(12)相连；所述磁控管(12)、矩形波导(13)、环形器(14)、定向耦合器(15)、截面渐变型波导(16)之间均通过法兰连接；所述的点火装置(19)设于截面渐变型波导(16)的下端，其钨丝电极(191)伸入放电管(18)内部；所述环形器(14)上设有水负载，用来冷却降温；所述截面渐变型波导(16)的另一端设有移动活塞(17)，移动活塞(17)通过外部连接步进电机控制；截面渐变型波导(16)中间设有贯穿圆孔用于插入放电管(18)。

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