一種等離子體點火助燃系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種等離子體點火助燃系統，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預燃室、離子發生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發生器連接；離子發生器安裝在預燃室內，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預燃室軸向，切向進氣管位于預燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預燃室；預燃室安裝在燃燒室上。
【專利說明】
一種等離子體點火助燃系統
技術領域
[0001]本發明涉及工業燃燒系統的點火助燃系統，特別是極限條件下快速點火助燃系統。
【背景技術】
[0002]燃料種類的變化，特別是低熱值燃料的使用，工業燃燒的發展，常為擴展燃燒邊界，使得燃燒室內氣流速度高、壓力低、溫度低，在這樣的燃燒極限條件下，點火燃燒條件非常惡劣，易出現低壓點火困難、燃燒穩定性差、燃燒效率下降等問題。
[0003]為擴展燃燒點火邊界，盡可能提高火花塞單次點火能量，會造成電源體積大，火花塞易燒蝕等問題，并且仍屬于小體積點火。探索激光誘導火花點火則需要聚焦高能激光脈沖，設備昂貴，體積大，使用不便。低溫等離子體點火和燃燒強化是等離子體技術的一種新的應用途徑，其具有實現稀薄混合氣可靠、高效點火和快速燃燒的潛力。納秒脈沖放電低溫等離子體是通過高壓電極對低壓電極直接放電，交流驅動是通過介質阻擋放電產生低溫等離子體，兩者都能夠在一定的壓力下產生體積大、能量密度高的低溫等離子體，從而提高點火和燃燒穩定性，極大地縮短了著火延遲時間和改善著火極限。但其點火優點是有限的，當燃燒工況非常惡劣時，其適用性和可靠性就存在缺陷，從而會導致點火困難或點火不成功。即使能夠達到點火可靠，但其設備系統復雜，工業燃燒系統難以接受。
[0004]燃燒室內氣流速度高、壓力和溫度低，著火的速度-壓力邊界急劇縮小，著火的空氣燃料比邊界也急劇縮小，從而造成點火困難、燃燒不穩定。在這樣極限條件下，無論如何提高單次放電點火能量，在高的電點火能量，在高速氣流面前都是極為渺小的，很難在各種極端條件下實現可靠點火及助燃作用，即使能夠實現良好點火，對于復雜設備和能量消耗也是浪費。因此，必須克服現有點火方式的缺陷，通過建立高速燃燒火炬達到可靠點燃整個燃燒室的目的，大大提高點火能力和助燃效果。
【發明內容】
[0005]本發明需要解決的技術問題是設計一種等離子體點火助燃系統，用等離子體，首先點燃小部分可燃混氣，由這小部分可燃混氣燃燒產生的高速火焰來點燃整個燃燒室或燃燒裝置，從而達到極限條件下可靠點火和助燃的作用。
[0006]為了解決以上技術問題，本發明公開了一種等離子體點火助燃系統，其特征在于，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預燃室、離子發生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發生器連接;離子發生器安裝在預燃室內，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預燃室軸向，切向進氣管位于預燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預燃室;預燃室安裝在燃燒室上。
[0007]進一步，作為一種優選，還包括一個火焰監測器，火焰監測器安裝在燃燒室上，用于監測火焰。
[0008]進一步，作為一種優選火焰監測器監測到預燃室熄火，通過控制器控制電磁閥關閉，切斷燃料。
[0009]進一步，作為一種優選，點火電源為等離子體電源或儲能電源。
[0010]進一步，作為一種優選，控制器按實際燃燒需求，控制關閉電磁閥的時間。
[0011]進一步，作為一種優選控制器根據不同的情況，開啟一路或多路燃料管路的電磁閥。
[0012]進一步，作為一種優選，所述離子發生器可為介質放電模式或凸臺放電模式或電弧放電模式。
[0013]進一步，作為一種優選，在燃燒室氣流通道內還設置有一個燃燒裝置，所述預燃室安裝在燃燒裝置上。
[0014]進一步，作為一種優選，預燃室為圓形筒體。
[0015]本發明和現有技術相比所具有的有益效果:通過控制器，控制等離子體點火和燃料供給時序，先在預燃室內產生高速火焰，進而點燃燃燒室或燃燒裝置，通過火焰監測器保證系統的安全性，從而本發明實現了高速、低壓、低溫、低熱值燃料等極限條件下的可靠點火和助燃功能。
【附圖說明】
[0016]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，其中:
[0017]附圖1為等離子體點火助燃系統實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0018]參照圖1對本發明的實施例進行說明。
[0019]為使上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0020]附圖1是等離子體點火助燃系統示意圖，其中，包括控制器1、點火電源2、第一電磁閥3A、第二電磁閥3A、第一燃料管4A、第二燃料管4B、軸向進氣管5、切向進氣管6、預燃室7、離子發生器8、燃燒室9、火焰監測器10。
[0021]所述的控制器I是指控制點火電源2、第一電磁閥3A的開與關(至少包含一個電磁閥，圖中示出了設置第二電磁閥3B情形，當然可以設置更多電磁閥)，進而控制離子發生器8開與關的點火時序，電磁閥開啟，燃料由第一燃料管4A(當然可以進一步設置第二燃料管4B)供入軸向進氣管5和切向進氣管6，電磁閥關閉，燃料供給停止，同時，若燃燒室熄火，火焰監測器10的反饋信號輸入控制器I，由控制器I的指令關閉第一電磁閥3A和第二電磁閥3B。
[0022]所述的點火電源2是指按控制器I的指令，實施離子發生器8放電和關閉時序，其一端與控制器I連接，另一端與離子發生器8連接，點火電源2可為交流驅動或直流驅動的等離子體電源和儲能電源，可采用微型化電源集成；
[0023]所述的第一電磁閥3A或第二電磁閥3B是指按控制器I的指令，實施電磁閥開與關的時序，電磁閥安裝在燃料管路上，電磁閥可以有多路，根據燃料供給系統參數確定；
[0024]所述的第一燃料管4A是指燃料供給管路，每個燃料管路分別為軸向進氣管5和切向進氣管6供給燃料，從而形成不同混氣參數的軸向和徑向混氣，燃料噴嘴型式及安裝位置根據實際需要調整，燃料可為液體、氣體，或油氣混燒；
[0025]所述的軸向進氣管5是指空氣進氣和混氣形成通道，射流混氣直接進入預燃室7，其與預燃室7連接；
[0026]所述的切向進氣管6是指空氣進氣和混氣形成通道，旋轉射流混氣直接進入預燃室7，形成旋轉氣流場，其與預燃室7連接；
[0027]所述的預燃室7是指圓形筒體結構，內含離子發生器8等，其前端與軸向進氣管5和切向進氣管6連接，出口安裝在燃燒室9上，其內部集可燃混氣形成、放電點火、小火焰微團形成、高速火焰噴射；
[0028]所述的離子發生器8是指在高壓電極和低壓電極之間放電，產生等離子體的裝置，可以是介質阻擋、凸臺、電弧放電模式，其安裝在預燃室7內合適的低速區，保證可靠放電與點火，同時保證其安裝與預燃室7的絕緣性；
[0029]所述的燃燒室9是指一定結構的燃燒裝置或燃燒室，燃燒裝置或燃燒室頭部安裝預燃室7，燃燒裝置可置于強制通風氣流中；
[0030]所述的火焰監測器10是指若燃燒室熄火，其反饋信號傳輸給控制器I，由控制器I的指令，關閉第一電磁閥3A和第二電磁閥3B。
[0031]本發明的一種等離子體點火助燃系統的工作過程是:由氣源或進氣通道為軸向進氣管和切向進氣管提供空氣，控制器根據實際工況，開啟電源和一定數目的電磁閥，此時離子發生器放電，燃料管路為軸向進氣管和切向進氣管供給燃料，或燃料供入進氣總管，再分成軸向進氣管和切向進氣管，在預燃室內形成可燃混氣，并被等離子體點燃，再發展成高速火焰，噴入燃燒裝置或燃燒室內。點火電源工作幾秒鐘可停止放電點火，電磁閥可停止工作，也可長時間開啟。如果燃燒過程熄火，通過火焰監測器和控制器，關閉電磁閥。
[0032]本發明的一種等離子體點火助燃系統，可單獨燒油，單獨燒燃料氣，也可油氣混燒。空氣溫度243K-800K，氣流壓力0.01-1.0MPa，空氣流量5_1000g/s，燃油流量0.5_80g/s，燃氣流量0.3-50g/s。在每次點火過程中，電源放電點火時間可為1-lOs，功率5-200W，電源單次放電時間0.1-5ms，放電頻率10-300HZ，單次放電能量0.1-2J。當需要長時間點火助燃時，燃油燃氣電磁閥長時間開啟，保證不斷供給燃料。本發明可廣泛應用于工業各種燃燒裝置，特別是高速、低壓、低溫等極限條件下的可靠點火與助燃。
[0033]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些【具體實施方式】僅是舉例說明，本領域的技術人員在不脫離本發明的原理和實質的情況下，可以對上述方法和系統的細節進行各種省略、替換和改變。例如，不安裝火焰監測器，也實現可靠點火與助燃，同樣實現了相同的結果則屬于本發明的范圍。因此，本發明的范圍僅由所附權利要求書限定。
【主權項】
1.一種等離子體點火助燃系統，其特征在于，包括控制器、點火電源、至少一個電磁閥、至少一套燃料管、軸向進氣管、切向進氣管、預燃室、離子發生器、燃燒室，所述控制器與點火電源、電磁閥連接；點火電源與離子發生器連接;離子發生器安裝在預燃室內，處于可燃混氣中；電磁閥裝在燃料管上，燃料管分別和軸向進氣管、切向進氣管連通，所述軸向進氣管位于預燃室軸向，切向進氣管位于預燃室圓周切向方向，燃料通過電磁閥進入軸向進氣管和切向進氣管，形成軸向和切向混氣，進入預燃室;預燃室安裝在燃燒室上。2.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，還包括一個火焰監測器，火焰監測器安裝在燃燒室上，用于監測火焰。3.如權利要求2所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，火焰監測器監測到預燃室熄火，通過控制器控制電磁閥關閉，切斷燃料。4.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，點火電源為等離子體電源或儲能電源。5.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，控制器按實際燃燒需求，控制關閉電磁閥的時間。6.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，控制器根據不同的情況，開啟一路或多路燃料管路的電磁閥。7.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，所述離子發生器可為介質放電模式或凸臺放電模式或電弧放電模式。8.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，所述預燃室安裝在燃燒室壁面。9.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，在燃燒室氣流通道內還設置有一個燃燒裝置，所述預燃室安裝在燃燒裝置上。10.如權利要求1所述等離子體點火助燃系統，其特征在于，所述預燃室為圓形筒體。
【文檔編號】F23Q7/00GK105910134SQ201610232536
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】鄭殿峰
【申請人】北京大學