CN219867872U - 一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，涉及离子体辅助燃烧技术领域。包括：燃烧筒，燃烧筒一端连接有电极吹扫器，电极吹扫器内部设置有插接于燃烧筒的多相电极组件，燃烧筒的另一端连接有耐热耐磨陶瓷或耐热耐磨合金制成的火焰喷射咀；其能够通过等离子体场使得煤粉中的氢同位素发生聚变反应，释放核能并伴随氧化反应，释放化学能实现超出化学能值的复合燃烧。

Description

一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器

技术领域

本实用新型涉及离子体辅助燃烧技术领域，具体而言，涉及一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器。

背景技术

煤粉燃烧器煤点燃需要添加40％(热当量)的高热值启动燃料油或天然气和稳燃后备燃料，存在成本高、燃油储存和供应困难、受热面高温腐蚀、整体效率降低、以及排气中出现重金属和其他剧毒成分等缺点。因此近三十年来，催生了等离子体点火技术。

现有公开号为CN209495319U的中国实用新型，公开了一种煤粉燃烧器，由阳极、绝缘连接件、阴极、后座、煤粉散流器和后端盖组成，其中，阳极通过绝缘连接件连接到后座上，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，阳极的后端伸入到绝缘连接件的内空中；阴极设置在绝缘连接件的内空中，圆筒体的内空构成阴极内腔，阴极的下端连接在后座上，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接近阳极的后端，阴极上端喇叭口的内沿与阳极的后端之间的空间构成环形气流通道；后端盖连接在后座的后端上，煤粉散流器连接在后端盖上并朝向阴极内腔。

现有技术采用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，煤粉也在阴极弧根区(Ⅳ)、压缩孔道(Ⅶ)、阳极弧根区(Ⅸ)中受到高温等离子体电弧的作用下进行热解，分解为高温的煤气和炭微粒，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煤气，高温的煤气与高温的等离子体电弧一起由火炬出口(Ⅹ)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，对于低热值煤粉即便在等离子体电弧作用下热解气化后形成的煤气，其燃烧产生的能量依然不会超过其本身的热值，无法提升低热值煤粉的燃烧价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其能够通过等离子体场使得煤粉中的氢同位素发生聚变反应，释放核能并伴随氧化反应，释放化学能实现超出化学能值的复合燃烧。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其包括燃烧筒，所述燃烧筒一端连接有电极吹扫器，所述电极吹扫器内部设置有插接于燃烧筒的多相电极组件，所述燃烧筒的另一端连接有耐热耐磨陶瓷或耐热耐磨合金制成的火焰喷射咀。

通过上述技术方案，低热值煤粉从电极吹扫器中心管道吹入燃烧筒，经过多相电极组件产生的等离子体弧的作用下，煤粉中的氢同位素等深度电离形成含有裸露的轻原子核的等离子体团，并在离子体场中发生核聚变反应释放核能，离开等离子体场后迅速氧化燃烧，释放化学能，提高了低热值煤粉的燃烧价值。

在本实用新型的一些实施例中，上述燃烧筒包括左筒体法兰，所述左筒体法兰连接有内筒体前段和外筒，所述内筒体前端开设有若干通气孔，所述通气孔连接有设置于外筒侧面的二次风通风管，所述内筒体前段侧壁开设有贯通外筒的若干辐射状的电极通道，所述内筒体前段连接有内筒体后段，所述内筒体后段连接有若干向心对外成辐射状的二次风导向用的调风块，所述调风块连接有右筒体法兰。

通过上述技术方案，燃烧筒整体成双层同轴筒体结构，分别是由左筒体法兰、二次风通风管、外筒、内筒体前段、内筒体后段、内管定位且呈向心对外成辐射状的二次风导向用的调风块，右筒体法兰组成，横向设置若干个辐射状的电极通道，在内筒体前段上设置有若干个通气孔，用于形成电极吹扫气，双气路通道提供少量的气体驱动煤粉进入等离子体场，大量的气体从内外筒之间的气路送至燃烧筒出口，既可以降低外筒温度，又可以使煤粉先形成释放核能的等离子体团产生更大的燃烧热量。

在本实用新型的一些实施例中，上述调风块轴向平整设置或螺旋角度设置。

通过上述技术方案，前者提供直流二次风，后者提供旋流二次风，更利于适应不同的使用场景，适用性更高。

在本实用新型的一些实施例中，上述电极吹扫器包括依次连接的法兰、直筒体以及吹扫风喷嘴环，所述吹扫风喷嘴环开设有若干细小孔。

通过上述技术方案，直筒体内用于煤粉的送入，细小孔用于提供吹扫气流通道，便于控制气体通入量控制燃烧反应程度。

在本实用新型的一些实施例中，上述法兰与左筒体法兰连接，所述直筒体与内筒体前段之间形成空腔。

通过上述技术方案，直筒体与内筒体前段之间形成的空腔形成吹扫气气箱。

在本实用新型的一些实施例中，上述多相电极组件包括若干电极，所述电极包括依次连接的电极头、电极连接杆、紧固件以及冷却水管，所述电极连接杆外侧连接有电极头绝缘陶瓷套管，所述电极头绝缘陶瓷套管一端连接有绝缘套瓷套，所述绝缘陶瓷套一端抵接紧固件。

通过上述技术方案，多相电极组件设置若干组，对应形成数字3的倍数相加长的滑动弧复合等离子体多相场，为核能释放提供基础保障，在此处包含水分的空气组分与煤粉在通过这个加长的滑动弧复合等离子体多相场，充分深度电离。

在本实用新型的一些实施例中，上述火焰喷射咀包括依次连接的连接法兰和锥形管，所述连接法兰开设有若干出气口和用于与右筒体法兰连接的连接孔。

通过上述技术方案，火焰喷射咀的锥形管外侧和外筒形成空腔，起到隔热防止变形的效果，空腔内气体受热可以通过出气口排出，增强右筒体法兰和火焰喷射咀连接的可靠性，提高使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，上述电极头包括空腔，所述空腔与冷却水管密封连接。

通过上述技术方案，电极头内部设置空腔，并通入冷却水，便于及时对电极头散热，提高电极头使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，上述电极头为铜、耐热合金、钨铜合金或银制成。

通过上述技术方案，电极头具有熔点高，导热性强、抗氧化性强的效果，使用寿命更长。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

通过等离子体场，将低热值煤粉电离形成具有轻原子核的等离子体团，其中的原子核在高频高压的作用下具有足够的能级发生核聚变，释放核能，提高低热值煤粉的燃烧热量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的轴测图；

图2为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的后视图；

图3为图2中B-B剖视图；

图4为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的燃烧筒剖视图；

图5为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的多相电极组件的剖视图；

图6为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的电机吹扫器轴测图；

图7本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的火焰喷射咀的剖视图；

图8为本实用新型实施例一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器的实验数据表格。

图标：1-燃烧筒；2-电极吹扫器；3-多相电极组件；4-火焰喷射咀；11-左筒体法兰；12-二次风通风管；13-外筒；14-内筒体前段；141-通气孔；15-电极通道；16-内筒体后段；17-调风块；18-右筒体法兰；21-法兰；22-直筒体；23-吹扫风喷嘴环；31-电极头；32-电极头绝缘陶瓷套管；33-绝缘陶瓷套；34-紧固件；35-冷却水管；36-电极连接杆；41-连接法兰；42-锥形管；411-出气口；412-连接孔。

具体实施方式

实施例

请参照图1-图7，图1-图7所示为本申请的一种实施例。

本实施例提供一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，包括燃烧筒1，燃烧筒1一端连接有电极吹扫器2，电极吹扫器2内部设置有插接于燃烧筒1的多相电极组件3，燃烧筒1的另一端连接有耐热耐磨陶瓷或耐热耐磨合金制成的火焰喷射咀4。

在使用时，一次风裹挟200目左右的煤粉是由电极吹扫器2的内部管道空间由左向右注入的，加长的滑动弧复合等离子体多相场是由特定的50-20000Hz、500-20000V多相等离子体电源供应电力，这个交变非均匀滑动弧等离子体场中，深度电离裸露出的轻原子核聚变与光核反应，释放核能，在离开加长的滑动弧复合等离子体多相场的远端，才有当量和或超当量的空气即二次空气汇入，最后在火焰喷射咀4前端即炉膛内完成充分燃烧，充分释放化学能。

需要说明的是，本实施例中的核聚变反应，不同于常规的热核聚变和冷核聚变，是属于温核聚变，“温核聚变”定义，在化石燃料燃烧“千度级”温度比较温和的环境条件下,采用特定电磁场技术，赋予D核、T核3.876-19.382keV能量，实现方便控制,即开即停，进而构建一整套“温核聚变”理论体系，并建立可以重复验证的实验室及实用技术，其具体原理刊登在中国矿业大学出版社出版的《可控温核聚变光核反应复合燃烧理论与实践》一书中，在此不作详细说明。

进一步需要说明的是，为验证核聚变的发生，采用盖革计数仪对丙烷燃烧火焰柱射线辐射测试，普通火焰柱核辐射实时监测值为0.02uSV/h，使用本实施例复合燃烧器产生的火焰柱核辐射实时监测值为205.1uSV/h，复合燃烧器产生的火焰柱辐射值为普通火焰柱辐射值的10255倍，有核反应出现。

通过上述技术方案，低热值煤粉从电极吹扫器2中心管道吹入燃烧筒1，经过多相电极组件3产生的等离子体弧的作用下，煤粉中的氢同位素等深度电离形成含有裸露的轻原子核的等离子体团，并在离子体场中发生核聚变反应释放核能，离开等离子体场后迅速氧化燃烧，释放化学能，提高了低热值煤粉的燃烧价值。

作为一种较优的实施方式，上述燃烧筒1包括左筒体法兰11，左筒体法兰11连接有内筒体前段14和外筒13，内筒体前端14开设有若干通气孔141，通气孔141连接有设置于外筒13侧面的二次风通风管12，内筒体前段14侧壁开设有贯通外筒13的若干辐射状的电极通道15，内筒体前段14连接有内筒体后段16，内筒体后段16连接有若干向心对外成辐射状的二次风导向用的调风块17，调风块17连接有右筒体法兰18。

通过上述技术方案，燃烧筒1整体成双层同轴筒体结构，分别是由左筒体法兰11、二次风通风管12、外筒13、内筒体前段14、内筒体后段16、内管定位且呈向心对外成辐射状的二次风导向用的调风块17和右筒体法兰18组成，横向设置若干个辐射状的电极通道15，在内筒体前段14上设置有若干个通气孔141，用于形成电极吹扫气，双气路通道提供少量的气体驱动煤粉进入等离子体场，大量的气体从内外筒之间的气路送至燃烧筒出口，既可以降低外筒温度，又可以使煤粉先形成释放核能的等离子体团产生更大的燃烧热量。

作为一种较优的实施方式，上述调风块17轴向平整设置或螺旋角度设置。

通过上述技术方案，平整设置的调风块17提供直流二次风，螺旋角度设置的调风块17提供旋流二次风，更利于适应不同的使用场景，适用性更高。

作为一种较优的实施方式，上述电极吹扫器2包括依次连接的法兰21、直筒体22以及吹扫风喷嘴环23，吹扫风喷嘴环23开设有若干细小孔。

通过上述技术方案，直筒体22内用于煤粉的送入，细小孔用于提供吹扫气流通道，便于控制气体通入量控制燃烧反应程度。

作为一种较优的实施方式，上述法兰21与左筒体法兰11连接，直筒体22与内筒体前段14之间形成空腔。

通过上述技术方案，直筒体22与内筒体前段14之间形成的空腔形成吹扫气气箱。

作为一种较优的实施方式，上述多相电极组件3包括若干电极，电极包括依次连接的电极头31、电极连接杆36、紧固件34以及冷却水管35，电极连接杆36外侧连接有电极头绝缘陶瓷套管32，电极头绝缘陶瓷套管32一端连接有绝缘套瓷套33，绝缘陶瓷套33一端抵接紧固件34。

通过上述技术方案，多相电极组件3设置若干组对应形成数字3的倍数相加长的滑动弧复合等离子体多相场，为核能释放提供基础保障，在此处包含水分的空气组分与煤粉在通过这个加长的滑动弧复合等离子体多相场，充分深度电离。

作为一种较优的实施方式，上述火焰喷射咀4包括依次连接的连接法兰41和锥形管42，连接法兰41开设有若干出气口411和用于与右筒体法兰18连接的连接孔412。

通过上述技术方案，火焰喷射咀4的锥形管42外侧和外筒13形成空腔，起到隔热防止变形的效果，空腔内气体受热可以通过出气口411排出，增强右筒体法兰18和火焰喷射咀4连接的可靠性，提高使用寿命。

作为一种较优的实施方式，上述电极头31包括空腔，空腔与冷却水管35密封连接，电极头31为铜、耐热合金、钨铜合金或银制成。

通过上述技术方案，电极头31内部设置空腔，并通入冷却水，便于及时对电极头31散热，提高电极头31使用寿命。

作为一种较优的实施方式，上述电极头31为铜、耐热合金、钨铜合金或银制成。

通过上述技术方案，电极头31具有熔点高，导热性强、抗氧化性强的效果，使用寿命更长。

基于上述实施方式，提供如图8所示实验数据图表(此数据被“国家智能制造装备质量监督检验中心(浙江)”技术人员现场认定，并颁发《检验报告》编号为ZZW20210275)，加热窑炉温度从100℃升至1000℃，复合炬：32.7M³燃气(煤粉混合气体)+11.3kWh,用时1h24min；自吸炬：49.1M³燃气(煤粉混合气体)，用时1h58min。(节时28.8％)

综上，本实用新型的实施例提供一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其至少具有以下优点：

1、通过等离子体场，将低热值煤粉电离形成具有轻原子核的等离子体团，其中的原子核在高频高压的作用下具有足够的能级发生核聚变，释放核能，提高低热值煤粉的燃烧热量；

2、电极使用寿命更长；

3、火焰喷射咀可以通过不设置方式的调风块喷射出不同的火焰柱，

适用性更广。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，包括燃烧筒(1)，所述燃烧筒(1)一端连接有电极吹扫器(2)，所述电极吹扫器(2)内部设置有插接于燃烧筒(1)的多相电极组件(3)，所述燃烧筒(1)的另一端连接有耐热耐磨陶瓷或耐热耐磨合金制成的火焰喷射咀(4)。

2.根据权利要求1所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述燃烧筒(1)包括左筒体法兰(11)，所述左筒体法兰(11)连接有内筒体前段(14)和外筒(13)，所述内筒体前段(14)开设有若干通气孔(141)，所述通气孔(141)连接有设置于外筒(13)侧面的二次风通风管(12)，所述内筒体前段(14)侧壁开设有贯通外筒(13)的若干辐射状的电极通道(15)，所述内筒体前段(14)连接有内筒体后段(16)，所述内筒体后段(16)连接有若干向心对外成辐射状的二次风导向用的调风块(17)，所述调风块(17)连接有右筒体法兰(18)。

3.根据权利要求2所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述调风块(17)轴向平整设置或螺旋角度设置。

4.根据权利要求2所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述电极吹扫器(2)包括依次连接的法兰(21)、直筒体(22)以及吹扫风喷嘴环(23)，所述吹扫风喷嘴环(23)开设有若干细小孔。

5.根据权利要求4所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述法兰(21)与左筒体法兰(11)连接，所述直筒体(22)与内筒体前段(14)之间形成空腔。

6.根据权利要求1所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述多相电极组件(3)包括若干电极，所述电极包括依次连接的电极头(31)、电极连接杆(36)、紧固件(34)以及冷却水管(35)，所述电极连接杆(36)外侧连接有电极头绝缘陶瓷套管(32)，所述电极头绝缘陶瓷套管(32)一端连接有绝缘陶瓷套(33)，所述绝缘陶瓷套(33)一端抵接紧固件(34)。

7.根据权利要求1所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述火焰喷射咀(4)包括依次连接的连接法兰(41)和锥形管(42)，所述连接法兰(41)开设有若干出气口(411)和用于与右筒体法兰(18)连接的连接孔(412)。

8.根据权利要求6所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述电极头(31)包括空腔，所述空腔与冷却水管(35)密封连接。

9.根据权利要求8所述的等离子体激励煤粉核能复合燃烧器，其特征在于，所述电极头(31)为铜、耐热合金、钨铜合金或银制成。