[发明专利]一种双介质气源等离子体燃烧器

说明书

技术领域

本发明属于可用于石化、冶金以及电力行业等等离子燃烧器的技术领域，具体涉及一种双介质气源等离子体燃烧器。

背景技术

等离子体是指气体被电离产生的含有大量电子、离子、激发态分子、原子以及自由基团的高活性物质，是继固态、液态、气态之后的物质第四状态，又被称作物质的“第四态”。低温等离子体的温度范围在几千到几万摄氏度，也叫做热等离子体。该热等离子体可以应用于工业上，可以用做煤粉锅炉点火枪、用于垃圾或者固体废弃物的气化等、燃气轮机的点火以及稳燃、化工方面的氢气制备等等，而且，当前也有大量研究使用热等离子体制备石墨烯等材料。

目前，等离子燃烧器作为热源的供应者，主要应用于电站粉煤锅炉点火、固废垃圾熔融处理、飞灰处理等方面。现有技术中，已有的等离子燃烧器多使用单一气源作为等离子体产生的介质气源，介质气源主要为压缩空气、氩气、氢气等简单气体，使用过程中通过高压击穿或接触拉弧的方式产生电弧，用于电离介质气体；而且，现有的等离子燃烧器的主要供热是通过电能电离介质气体从而产生热等离子体的，然后通过热等离子体进行供热，因此，对作为二次能源的电能消耗巨大。专利文献CN 105674257 A中公开了一种两级可调的水蒸汽等离子体旋流燃烧器，具体结构为：包括第一级等离子体点火装置、第二级等离子体调节器和水蒸汽供气系统；其中，第一级等离子体点火装置包括一次风管道、内燃烧室、浓淡分离器、旋流发生器、第一级水蒸汽进气管道、中心风管道和第一级等离子体发生器；第二级等离子体调节装置包括第二级水蒸汽进气管道、第二级等离子体发生器、内二次风进气管道和外二次风进气管道。由此，该技术通过两级水蒸汽等离子体发生器解决燃烧难以稳定和NOx污染物排放高的问题，特别适用于贫煤、无烟煤等难以着火点燃、NOx生成量高的煤种，具有低氮稳燃的效果；同时，该技术采用长明灯作为一个伴燃火焰，其有稳燃作用，能够保证低热值煤气稳定燃烧。但是，该技术仍存在一些缺陷：对于长明灯火焰而言，由于其出口较小，长时间燃烧容易在出口形成积碳；而且，长明灯火焰的燃料应该为高热值的燃气，这无疑又需要增加一套燃气系统，增大了系统的复杂性。因此，如何设计出一种结构简单、点火方式简便、适用于低热值煤气、提高二次能源使用效率的等离子体燃烧器，成为目前急需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种双介质气源等离子体燃烧器，通过采用双气源作为产生热等离子体的介质气源，通过对电弧电压以及介质气源流量的调整使其产生等离子体的同时部分燃料可以进行燃烧；通过部分燃料燃烧提供热量，间接替代了部分电能，提高了二次能源的使用效率；采用等离子体火焰代替传统的离子杆电弧点火，其火焰温度较高，喷出的火焰温度可达3000℃以上，可用于燃烧各种低热值煤气；本发明提供了一种双介质气源等离子体燃烧器，对于低热值燃气同样适用，同时起到点火以及稳燃的作用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种双介质等离子体燃烧器，包括两个阴极通道管、空气管、燃气管、烧嘴套管、阴极和阳极，其中，所述空气管和燃气管的内腔中分别设有一个所述阴极通道管，所述阴极通道管沿水平方向延伸，并分别与所述空气管和燃气管平行；每个所述阴极通道管的一端分别安装有一个所述阴极；在所述空气管和所述燃气管位于阴极侧的一端分别安装有一个所述阳极，所述阳极与所述阴极对应设置，电源接通时，在空气管路中的阴极与阳极相交的狭窄通道处以及燃气管路中的阴极与阳极相交的狭窄通道处分别形成电弧；所述烧嘴套管，环绕设置在所述空气管和所述燃气管的外壁上，使所述空气管和所述燃气管的部分管路在所述烧嘴套管的内腔中沿水平方向延伸。

发明人发现，本发明提供了一种双介质气源等离子体燃烧器，通过采用双气源作为产生热等离子体的介质气源，通过对电弧电压以及介质气源流量的调整使其产生等离子体的同时部分燃料可以进行燃烧；通过部分燃料燃烧提供热量，间接替代了部分电能，提高了二次能源的使用效率；采用等离子体火焰代替传统的离子杆电弧点火，其火焰温度较高，喷出的火焰温度可达3000℃以上，可用于燃烧各种低热值煤气；本发明提供了一种双介质气源等离子体燃烧器，对于低热值燃气同样适用，同时起到点火以及稳燃的作用。

根据本发明的具体实施例，还包括绝缘套管和绝缘层，所述阴极与每个阴极通道管通过绝缘套管连接；所述阳极与所述空气管和所述燃气管均通过绝缘套管连接；所述阳极外壁面安装有绝缘层，用于隔绝煤气通道以防煤气发生爆燃。