[发明专利]一种等离子体助燃瑞士卷燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及低热值燃气(废气)利用技术领域，特别是指一种等离子体助燃瑞士卷燃烧器。

背景技术

我国是一个能源需求大国，但是能源利用效率也受技术手段的缺陷无法达到很高的水平。人们在开采使用各种能源资源时常伴有部分含少量可燃成分、热值很低的“废气”未经利用就直接排放入大气的情况，如煤矿开采过程中排放的瓦斯气、石化行业点火炬排空的烃类废气、油气田开采中排放的伴生天然气、垃圾填埋产生的填埋气、化工行业生产时产生的可燃有毒废气等。这些含有可燃成分或有毒气体的“废气”的直接排放，在污染了环境的同时也造成了能源的浪费。

通常发热量小于6.28MJ/m³的气体被称为低热值气体，但上节所述的“废气”的热值要远低于这个值，由于受到可燃极限的制约，无法用传统的燃烧方法直接处理。以甲烷气为例，通常条件下其可燃极限为5％—15％左右，而上述低热值可燃废气的发热量折算成甲烷后，对应甲烷体积浓度一般在0.5—3％之间，远低于可燃极限范围，采用常规的燃烧组织方式无法进行直接的处理，企业常选择直接排放，造成环境污染。

目前工业上处理这些低热值可燃废气的技术主要有：燃烧技术，生物净化技术、膜分离技术、吸附技术以及冷凝技术等，其中燃烧是目前最主要也是最有效的处理方式。燃烧主要有三种类型：即直接燃烧、热力燃烧、以及催化燃烧。当可燃成分较低时，直接燃烧已经不足以维持；当可燃成分很低时，热力燃烧或蓄热燃烧也已经不能使温度维持在燃烧所需的温度；当可燃成分稍高时，燃烧温度也就高，会导致催化剂的失效等问题。因此较好的处理方式是将烟气热量循环利用且往系统中加入额外的能量帮助处理极低热值可燃废气，而瑞士卷燃烧器就可达到这个目的。

现有的瑞士卷燃烧器多针对MEMS的微小尺度研究，且由于其结构比表面积较大的原因，散热问题比较严重且燃料浓度在当量比附近，未见有将多孔介质蓄热燃烧技术和等离子体放电技术结合中大尺寸的瑞士卷燃烧器的应用相。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种等离子体助燃瑞士卷燃烧器，适用于含少量可燃成分、热值很低的工业“废气”，如钢铁行业排放的低热值高炉煤气、焦炉煤气等、煤矿开采过程中排放的瓦斯气、石化行业点火炬排空的烃类废气、油气田开采中排放的伴生天然气、垃圾填埋产生的填埋气、化工行业生产时产生的可燃有毒废气等的燃烧。

该燃烧器包括燃烧器外壳、燃烧室、螺旋板式通道、上盖板和下底板，具体包括导流板、多孔介质、进气通道、出气通道、放电装置、臭氧加入口、测温孔、点火孔、观察孔、金属高压电极板、电极引出导线和排气烟囱，燃烧器由上盖板和下底板密封，观察孔设置在上盖板上，用于观察点火燃烧状态，监视火焰是否熄灭，螺旋板式通道两端分别为进气通道和出气通道，燃烧室位于螺旋板式通道中心，导流板和放电装置位于燃烧室入口处，多孔介质位于燃烧室中心，在螺旋板式通道最外环设置臭氧加入口，在螺旋板式通道最外环相对位置设置两个测温孔，在螺旋板式通道最内环相对位置设置两个测温孔，放电装置为金属高压电极板设置在绝缘材料上构成，金属高压电极板引出电极引出导线，排气烟囱连接在出气通道外部。

其中，燃烧器为方形或圆形，燃烧器上盖板、下底板与每一圈螺旋板间相互密封，燃烧室内各高温侧表面覆盖耐热材料。进气通道和出气通道为变截面结构，进气通道的变截面结构保证进入燃烧器的气体均匀地分布在管道内，在进气变截面通道壁面上还镶嵌了二级电极板，使待处理废气在进入燃烧器前得以电离。上盖板和下底板焊接在燃烧器上下两端，其中，下底板中心开孔，为点火孔，点火孔内套有陶瓷套管，用于点火启动且保证点火孔不被高温所损坏，当燃烧器运行稳定时也可当做臭氧加入口。导流板在燃烧室内侧壁面沿气流行径方向安装。多孔介质用于维持燃烧的稳定，由孔隙率及孔径均匀或逐渐变化或者分层变化的泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷或平板陶瓷中的一种或几种组成，孔径变化范围为0.5-8mm，孔隙率变化范围为0.15-0.85。

燃烧器外壳是瑞士卷状的并行紧贴的燃气和废气通道，即形如螺旋板式的换热结构，且始终保持进口通道包裹在出口通道外侧以保证流体间换热充分以及减小对环境的散热。