一种等离子体复合燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器领域，具体而言，涉及一种等离子体复合燃烧器。

背景技术

燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置统称，现有技术中的动力锅炉、生物质燃烧、粉状垃圾气化焚烧等领域均需要用到不同种类燃烧器等设备。其中，煤粉燃烧器广泛应用于动力锅炉，近三十年来，等离子体点火与稳燃技术由于遇到了电极寿命短问题，在动力锅炉的应用也逐渐限制了它的发展。

具体原因为：原有煤粉等离子体点火用的是温度高达20000℃等离子体焰(火柱)的高温辐射引燃的煤粉，电极使用高压水冷；等离子体的弧根温度远超20000℃，任何金属的表面都会逐渐气化，由于高压水仅靠传导降低电极温度，相对降温速度远低于金属电极的气化速度，所以电极会不断烧损，很快烧损穿透，高压水冲出，从而导致电极头寿命短，必须更换，也耽误生产。

传统的煤粉燃烧器还具有一定的局限性，体积较大只能单独使用，且其只能通入煤粉燃烧，应用领域有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体复合燃烧器，不仅可以与现有的各种煤粉燃烧器相互配合，也可以自身独立使用，又可以同时实现核能化学能的有益利用；且延长了电极寿命，还可以广泛应用于不同燃烧领域；实现了节约燃料、减少排放的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种等离子体复合燃烧器，其包括多相电极组合体、燃烧咀、组合电极导管和组合电极座；

所述多相电极组合体由多根电极组成，所述电极包括相互连接的电极头和电极杆，所述电极杆穿设于所述组合电极导管内，所述燃烧咀设于所述组合电极导管的一端，并套设于所述电极头外部，所述组合电极座设于所述组合电极导管的另一端，其中，所述组合电极座、所述组合电极导管和所述燃烧器相互连通；

所述组合电极导管内还穿设有中心管，所述中心管的一端与所述燃烧咀连通，所述中心管的另一端穿过所述组合电极座内部连接有三通；所述组合电极座的侧壁开设有进风风孔。

进一步地，在本发明中，所述电极杆外部套设有绝缘保护套，所述绝缘保护套包括沿所述电极杆轴向连接的绝缘陶瓷管和聚四氟高压绝缘管，所述绝缘陶瓷管靠近所述电极头一端，所述绝缘陶瓷管和所述聚四氟高压绝缘管之间设有高温高压绝缘带。

进一步地，在本发明中，所述电极杆的一端设有绝缘陶瓷座，所述电极杆穿过所述绝缘陶瓷座与所述电极头连接，所述电极杆的另一端设有电极基座，所述电极杆穿过所述电极基座与所述组合电极座连通。

进一步地，在本发明中，所述电极基座和所述绝缘陶瓷座上分别开设有多个通孔，所述通孔用于将所述组合电极座、所述组合电极导管和所述燃烧咀连通。

进一步地，在本发明中，所述电极杆上对应于所述绝缘陶瓷座相对两端面处钳设有轴用卡簧，所述电极杆通过螺母固定于所述电极基座上。

进一步地，在本发明中，所述燃烧咀包括壳体和多个导流叶片，所述壳体呈圆筒状，所述壳体的两端呈喇叭结构，多个所述导流叶片排列呈环形倾斜分布于所述壳体靠近所述电极杆一端的内壁；所述壳体上还开设有多个紧固孔。

进一步地，在本发明中，所述壳体的两端喇叭结构与其轴向夹角为30°-60°；所述导流叶片与所述壳体的轴向夹角为15°-50°。

进一步地，在本发明中，所述组合电极座设有吊环螺钉和进风风孔，所述吊环螺钉设于所述组合电极座的顶部，所述进风风孔设于所述组合电极座的侧壁，其中，所述进风风孔通过丝堵密封。

进一步地，在本发明中，所述燃烧器底部设有基座滑轨台，所述基座滑轨台上设有线性滑轨，所述线性滑轨上滑动设有滑块，所述线性滑轨的端部设有限位块；所述组合电极座连接有基座导轨连接板，所述基座导轨连接板与所述滑块连接。

进一步地，在本发明中，所述电极头与所述电极杆均呈中空状，且所述电极头与所述电极杆之间螺纹连接。

本发明至少具有如下优点或有益效果：

本发明通过多相电极组合体产生高压高频非均匀滑动态等离子体区域，通过组合电极座端部的三通通入工质燃料，经中心管送入等离子体区域作为工作介质一，通过组合电极座侧壁的进风风孔送入助燃气体至等离子体区域作为工作介质二，两种工作介质在等离子体场电离混合，深度电离裸露出的工质燃料与助燃气体中氢原子核赋能进而形成聚变与光核反应，释放了部分核能，当脱离高压高频非均匀滑动态等离子体弧区域后的电离态的各元素迅速化合形成氧化反应，释放化学能；通过中心管通入燃料能够使得该燃烧器单独使用，独特的结构设计使得体积较小，也可配合其他燃烧器使用。本申请不仅可以与现有的各种燃烧器相互配合，也可以自身独立使用；还可以同时实现核能化学能的有益利用，延长电极寿命，充分达到了节约燃料、减少排放的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本申请实施例提供的等离子体复合燃烧器的整体结构示意图；

图2为申请实施例提供的燃烧咀的结构示意图；

图3为申请实施例提供的多相电极组合体的结构示意图；

图4为申请实施例提供的等离子体复合燃烧器与更大的煤粉燃烧器配合使用结构示意图。

图标：100-多相电极组合体，110-电极头，120-电极杆，130-中心管，140-绝缘保护套，141-绝缘陶瓷管，142-聚四氟高压绝缘管，143-高温高压绝缘带，150-绝缘陶瓷座，151-轴用卡簧，160-电极基座，161-通孔，162-螺母，200-燃烧咀，210-壳体，220-导流叶片，230-紧固孔，300-组合电极导管，400-组合电极座，410-三通，420-进风风孔，430-吊环螺钉，510-线性滑轨，520-滑块，530-限位块，540-基座滑轨台，550-基座导轨连接板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参照图1-图4，所示为本发明实施例中一种等离子体复合燃烧器的结构示意图；

本实施例提供一种等离子体复合燃烧器，其包括多相电极组合体100、燃烧咀200、组合电极导管300和组合电极座400；

多相电极组合体100由多根电极组成，电极包括相互连接的电极头110和电极杆120，电极杆120穿设于组合电极导管300内，燃烧咀200设于组合电极导管300的一端，并套设于电极头110外部，组合电极座400设于组合电极导管300的另一端，其中，组合电极座400、组合电极导管300和燃烧器相互连通；

组合电极导管300内还穿设有中心管130，中心管130的一端与燃烧咀200连通，中心管130的另一端穿过组合电极座400内部连接有三通410；组合电极座400的侧壁开设有进风风孔420。

下面，将对本示例性实施例一种等离子体复合燃烧器作进一步说明。

在本申请的一些实施例中，参照图3，上述多相电极组合体100由多根电极组成，每根电极包括相互连接的电极头110和电极杆120，电极头110和电极杆120均呈中空状，且电极头110与电极杆120之间螺纹连接，内部通风冷却，同时可预热助燃剂空气，具体地，上述电极头110的数量一般是三的整数倍，并与其对接对应的三的整数倍的多相等离子体电源驱动，此电源特征参数为相电压1000-20000V，频率50Hz-50MHz；上述电极杆120穿设于组合电极导管300内，其中，电极杆120外部套设有绝缘保护套140，绝缘保护套140用于对各电极杆120进行绝缘保护，同时避免各电极杆120之间相互影响；上述燃烧咀200设于组合电极导管300的一端，并套设于电极头110外部。多相电极组合体100供电后，产生高压高频非均匀滑动态等离子体弧区域，当通入工作介质后，工作介质中的氢元素电离的氘核和氚核获得能量碰撞聚变释放核能，脱离高压高频非均匀滑动态等离子体弧区域后的电离态的各元素迅速化合形成氧化反应，释放化学能。

作为一种较优的实施方式，上述绝缘保护套140包括沿电极杆120轴向连接的绝缘陶瓷管141和聚四氟高压绝缘管142，上述绝缘陶瓷管141靠近电极头110一端，由于靠近电极头110一端长时间处于温度较高环境，为避免发生碳化损坏，采用陶瓷绝缘材料，具有较高的绝缘性能，而相对较远一侧的电极杆120处于温度较低的环境，可采用绝缘性能相对较低的聚四氟高压绝缘材料；上述绝缘陶瓷管141和聚四氟高压绝缘管142之间设有高温高压绝缘带143；由于绝缘陶瓷管141和聚四氟高压绝缘管142之间连接时会具有气隙，导致连接不稳定，因此，通过高温高压绝缘带143将二者缠绕连接，可避免气隙处被高压击穿，具体地，上述高温高压绝缘带143可采用玻璃丝纤维编织带，具有较好的绝缘性能也能实现二者之间密封较好。

作为一种较优的实施方式，上述电极杆120的一端设有绝缘陶瓷座150，并穿过绝缘陶瓷座150与电极头110连接，且电极杆120上对应于绝缘陶瓷座150的相对两端面处钳设有轴用卡簧151，即轴用卡簧151对电极杆120与绝缘陶瓷座150之间起到限位作用，避免电极杆120与绝缘陶瓷座150之间具有间隙，发生移位或晃动；上述电极杆120的另一端设有电极基座160，并穿过电极基座160与组合电极座400连通，通过螺母162固定于电极基座160上，螺母162包括两个，绝缘螺母以及电极高压导线压紧螺母，电极高压导线压紧螺母设于绝缘螺母的外侧，将其压紧固定，提高紧固力。

作为一种较优的实施方式，参照图2，上述燃烧咀200包括壳体210和多个导流叶片220，上述壳体210的两端呈喇叭结构，两端喇叭结构与其轴向夹角为30°-60°，多个导流叶片220排列呈环形倾斜分布于壳体210靠近电极杆120一端的内壁，导流叶片220与壳体210的轴向夹角为15°-50°；上述导流叶片220可用于粉状燃料的导流，且能够使得二次风在此处形成旋流风，避免二次风将火焰吹熄，也能够使燃烧更充分，提高燃烧的稳定性；上述壳体210上还开设有多个紧固孔230，通过在紧固孔230内穿设有紧固螺钉，可将该燃烧咀200固定于组合电极导管300的端部，也可固定在此燃烧器相配合使用的燃烧器的内腔之内的合适位置，形成更大功率的复合燃烧器，也即该燃烧器可单独使用，也可配合其他燃烧器使用，如配合煤粉燃烧器使用，如图4所示为本申请燃烧器与更大的煤粉燃烧器配合使用结构示意图。

在本申请的一些实施例中，上述组合电极座400设于组合电极导管300的另一端，组合电极座400呈中空的圆柱状，组合电极导管300内还穿设有空心状的中心管130，上述中心管130的一端穿过绝缘陶瓷座150与燃烧咀200连通，中心管130的另一端穿过组合电极座400内部与其端部设置的内丝斜45°的三通410连接，通过三通410通入工质燃料，再经中心管130送入燃烧咀200内进行燃烧，需要说明的是，上述工质燃料可以是风煤粉、天然气、氨气、水蒸汽中的任何一种或其中任何两种或两种以上的混合物，具备广泛的应用领域，可应用在生物质燃烧、粉状垃圾气化焚烧等领域。上述组合电极座400的侧壁开设有进风风孔420，进风风孔420通过丝堵密封，进风风孔420设置有多个，通过进风风孔420可送入助燃气体，其中，组合电极座400、组合电极导管300和燃烧器相互连通，具体地，电极基座160以及绝缘陶瓷座150上均匀分布有多个通孔161，通孔161将组合电极座400、组合电极导管300以及燃烧咀200连通，以使助燃气体能够从进风风孔420依次送入至燃烧咀200内进行助燃，可一次助燃以及二次助燃。

作为一种较优的实施方式，上述组合电极座400设有吊环螺钉430，吊环螺钉430设于组合电极座400的顶部。通过设置吊环螺钉430，使得该燃烧器可采用机械悬吊移动安装，使得安装和移动方便快捷。

在本申请的一些实施例中，上述燃烧器底部设有基座滑轨台540，基座滑轨台540上设有线性滑轨510，上述线性滑轨510上滑动设有滑块520，线性滑轨510的端部设有限位块530；上述组合电极座400连接有基座导轨连接板550，基座导轨连接板550与滑块520连接。通过将燃烧器滑动设置在基座滑轨台540上，当需要将其送入更大的燃烧器内腔时，可推动燃烧器，通过基座导轨连接板550带动滑块520在线性滑轨510上移动，在限位块530的作用下避免不慎滑落；通过滑动设计能够使得燃烧器的推动更加省时省力。

本申请作为煤粉燃烧器时的工作原理：当多相电极组合体100供电后，产生高压高频非均匀滑动态等离子体弧区域，通过三通410以及中心管130通入一次煤粉并由风力输送，是电极头110等离子体区域的第一工作介质，通过组合电极座400上的进风风孔420送入空气进入组合电极座400内部空腔内，经过电极基座160上的通孔161，进入组合电极导管300空腔，最后经过绝缘陶瓷座150上的通孔161，送入电极头110等离子体区域为第二工作介质，在此区域内两种工作介质混合并形成等离子体区域，工作介质中的氢元素电离的氘核和氚核获得能量碰撞聚变释放核能，在离开加长的滑动弧复合等离子体多相场的远端，当有当量或超当量的空气即二次空气汇入，最后在燃烧咀200前端或相配合的大功率燃烧器的前端即炉膛内完成充分燃烧，充分释放化学能，整个区域形成一个核能与化学能的复合燃烧过程。

本申请通过多相电极组合体100产生多相等离子体弧处于滑动状态，而且分布在多个电极上，使得电极头110寿命延长；同时由于电极表面附着有电离分解获得的一层层“纳米碳膜”，在等离子体弧首先接触的“碳膜”，在助燃气体吹动下，“碳膜”不断点燃并脱落，而新的煤粉分解气化出的碳膜又重新覆盖电极头110表面，就这样周而复始，循环往复，始终使得电极金属材料不能达到气化温度，所以寿命再次大幅延长；特别此处由于有氢、碳存在，电极相当于一直处于“还原”状态而不氧化，综上电极寿命可以高达6000小时以上。本申请不仅可以与现有的各种煤粉燃烧器相互配合，也可以自身独立使用，又可以同时实现核能化学能的有益利用，且电极寿命达6000小时以上，充分达到了节约燃料、减少排放的目的。

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