【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高端裝備領域，具體涉及一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部及其運行方法，用于研制新型零碳燃燒器。
技術介紹
1、氣候變化是地球環境的主要威脅之一，從化石能源排放到大氣中的二氧化碳加劇了全球變暖。當前，電力和熱力生產行業占全國碳排放量的占比最高。
2、為降低化石能源的碳排放，需要大力發展綠色新能源，包括光伏、風電等，由于風能和太陽能隨機波動性強，新能源利用率低，造成資源浪費，因此需要儲能技術進行削峰填谷。氫能作為儲能技術的一種，具有綠色、高效、無碳排放、存儲時間長等優勢，是未來能源體系中的重要組成部分，有助于加快高耗能、高碳排放產業綠色低碳轉型。然而氫能的大規模應用，亟需突破低成本高效率的燃料電池技術和低成本安全的氫氣儲運技術，其中氫氣儲運的安全性差和成本高成為氫能發展的主要難關。
3、氨作為氫的載體，具有能量密度高、儲運成本低、安全性高等特點，有望突破氫能發展的瓶頸。但是氨燃料在應用過程中，存在火焰傳播速度低、點火困難、火焰穩定性差、nox排放高等問題，亟需解決。
4、本領域學者對氨點火困難和火焰穩定性差問題開展了深入研究，包括氨中摻入化石燃料、氨摻氫、富氧燃燒、等離子體助燃等技術和分級燃燒技術，其中氨中摻入化石燃料可有效提高燃料的火焰傳播速度，但不能徹底解決碳排放問題；氨摻氫燃燒可提高火焰傳播速度，且無額外碳排放，但氫氣的儲運或在線裂解氨制氫技術需要進一步研究；富氧燃燒技術難度低，成本高，大大降低了氨燃燒的經濟性而失去競爭優勢。等離子體可通過
5、然而，直接提高滑動弧點火器放電功率，會導致電極表面溫度過高，加快電極表面燒蝕，嚴重影響點火器壽命。
6、針對上述大功率高流速下氨燃燒器點火困難問題，本專利技術提出了一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部方案，可有效解決高流速下氨點火困難，燃燒不穩定、不充分等問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，以實現燃燒器內氨的可靠點火與穩定燃燒。
2、為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案為：
3、一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，包括第一高壓電極、第一進氣口、第一旋流器、低壓電極、第二進氣口、第二旋流器、第二高壓電極、第三進氣口、第三旋流器、點火頭部外殼、等離子體點火器、強回流區、第一滑動弧、第二滑動弧、第一預燃級火焰、第二預燃級火焰、主燃級火焰；所述第一高壓電極包括第一進氨口和第一氨噴射口，所述第一高壓電極位于點火頭部的前端中心，與低壓電極保持通氣通道，并在通道中設置有第一旋流器；所述第一進氣口設置在第一高壓電極和低壓電極間的通氣通道中；所述低壓電極包括第二氨噴射口、第三氨噴射口、第四氨噴射口；所述第二高壓電極與低壓電極保持通氣通道，并在通道中設置有第二旋流器；所述第二進氣口設置在第二高壓電極與低壓電極間的通氣通道中；所述第二高壓電極包括第三進氨口和第五氨噴射口；所述點火頭部外殼與第二高壓電極保持通氣通道，并在通道中設置有第三旋流器；所述第三進氣口設置在第二高壓電極與點火頭部外殼間的通氣通道中；所述第一高壓電極和第二高壓電極分別連接兩個電源的高壓端；所述低壓電極連接兩個電源的低壓端；
4、所述第一高壓電極、第一旋流器、低壓電極、第二旋流器、第二高壓電極、第三旋流器、點火頭部外殼均同軸；
5、進一步的，所述第一高壓電極外輪廓為軸對稱結構，且其半徑沿軸向逐漸變大，然后逐漸減小，使得第一高壓電極與低壓電極間的通氣通道由大變小，再逐漸變大；所述第一高壓電極在靠近第一預燃級火焰的一側開設有n1(2≤n1≤15)個第一氨噴射口；所述第一高壓電極內設有第一進氨口；所述第一滑動弧產生于第一高壓電極與低壓電極間的通氣通道中，并在氣流作用下移動；所述第一高壓電極(1)在靠近下游的端面中心處設有等離子體點火器；
6、進一步的，所述低壓電極包括第二進氨口、第二氨噴射口、第三氨噴射口、第四氨噴射口；所述第二氨噴射口位于第一滑動弧一側，且位于第一滑動弧放電區末端；所述第三氨噴射口位于靠近第二高壓電極一側，且位于第二滑動弧放電區上游；所述第四氨噴射口位于低壓電極靠近下游的端面上；所述第二氨噴射口、第三氨噴射口、第四氨噴射口沿周向分布n2個(3≤n2≤25)；液氨由第二進氨口通入，并由第二氨噴射口、第三氨噴射口、第四氨噴射口噴出；所述由第四氨噴射口噴出的液氨流量高于由第二氨噴射口噴出的液氨流量；所述由第二氨噴射口噴出的液氨流量高于由第三氨噴射口噴出的液氨流量；所述低壓電極通過第一旋流器實現與第一高壓電極的絕緣；
7、進一步的，所述第二高壓電極包括第三進氨口和第五氨噴射口；所述第五氨噴射口位于靠近點火頭部外殼一側；液氨由第三進氨口通入，并由第五噴氨口噴出；所述第五氨噴射口沿周向分布n3個(3≤n3≤30)；所述第二滑動弧產生于第二高壓電極和低壓電極間的通氣通道中，并在氣流作用下移動；第二高壓電極通過第二旋流器實現與低壓電極的絕緣；所述點火頭部外殼通過第三旋流器實現與第二高壓電極的絕緣。
8、進一步的，所述點火頭部采用強旋流與鈍體回流穩焰、雙路滑動弧助燃和液氨冷卻電極的手段；強旋流與鈍體回流穩焰手段包括以下步驟：由第一進氣口通入的氣體，經過第一旋流器后，產生強旋流流場，在中心產生一個回流區，在第一高壓電極的鈍體結構作用下，也產生一個回流區，這兩個回流區重合形成一個強回流區，強回流區將火焰卷吸回流至等離子體點火器處，與等離子體點火器放電產生的高溫混合后，分別與第一氨噴射口和第二氨噴射口噴射的液氨混合，促進液氨的霧化和強化燃燒；
9、進一步的，所述雙路滑動弧助燃手段包括以下步驟：第一滑動弧在氣流作用下拉長，分別與第一氨噴射口和第二氨噴射口噴射的液本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：包括第一高壓電極(1)、第一進氣口(2)、第一旋流器(3)、低壓電極(4)、第二進氣口(5)、第二旋流器(6)、第二高壓電極(7)、第三進氣口(8)、第三旋流器(9)和點火頭部外殼(10)；所述第一高壓電極(1)包括第一進氨口(1-1)和第一氨噴射口(1-2)，所述第一高壓電極(1)位于點火頭部的前端中心，與低壓電極(4)保持通氣通道，并在通道中設置有第一旋流器(3)；所述第一進氣口(2)設置在第一高壓電極(1)和低壓電極(4)間的通氣通道中；所述低壓電極(4)包括第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)和第四氨噴射口(4-4)；所述第二高壓電極(7)與低壓電極(4)保持通氣通道，并在通道中設置有第二旋流器(6)；所述第二進氣口(5)設置在第二高壓電極(7)與低壓電極(4)間的通氣通道中；所述第二高壓電極(7)包括第三進氨口(7-1)和第五氨噴射口(7-2)；所述點火頭部外殼(10)與第二高壓電極(7)保持通氣通道，并在通道中設置有第三旋流器(9)；所述第三進氣口(8)設置在第二高壓電
2.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述第一高壓電極(1)外輪廓為軸對稱結構，且其半徑沿軸向逐漸變大，然后逐漸減小，使得第一高壓電極(1)與低壓電極(4)間的通氣通道由大變小，再逐漸變大；所述第一高壓電極(1)在靠近第一預燃級火焰(15)的一側開設有N1(2≤N1≤15)個第一氨噴射口(1-2)；所述第一高壓電極(1)內設有第一進氨口(1-1)；所述第一滑動弧(13)產生于第一高壓電極(1)與低壓電極(4)間的通氣通道中，并在氣流作用下移動；所述第一高壓電極(1)在靠近下游的端面中心處設有等離子體點火器(11)。
3.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述低壓電極(4)包括第二進氨口(4-1)、第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)、第四氨噴射口(4-4)；所述第二氨噴射口(4-2)位于第一滑動弧(13)一側，且位于第一滑動弧(13)放電區末端；所述第三氨噴射口(4-3)位于靠近第二高壓電極(7)一側，且位于第二滑動弧(14)放電區上游；所述第四氨噴射口(4-4)位于低壓電極(4)靠近下游的端面上；所述第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)、第四氨噴射口(4-4)沿周向分布N2個(3≤N2≤25)；液氨由第二進氨口(4-1)通入，并由第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)、第四氨噴射口(4-4)噴出；所述由第四氨噴射口(4-4)噴出的液氨流量高于由第二氨噴射口(4-2)噴出的液氨流量；所述由第二氨噴射口(4-2)噴出的液氨流量高于由第三氨噴射口(4-3)噴出的液氨流量；所述低壓電極(4)通過第一旋流器(3)實現與第一高壓電極(1)的絕緣。
4.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述第二高壓電極(7)包括第三進氨口(7-1)和第五氨噴射口(7-2)；所述第五氨噴射口(7-2)位于靠近點火頭部外殼(10)一側；液氨由第三進氨口(7-1)通入，并由第五噴氨口(7-2)噴出；所述第五氨噴射口(7-2)沿周向分布N3個(3≤N3≤30)；所述第二滑動弧(14)產生于第二高壓電極(7)和低壓電極(4)間的通氣通道中，并在氣流作用下移動；第二高壓電極(7)通過第二旋流器(6)實現與低壓電極(4)的絕緣；所述點火頭部外殼(10)通過第三旋流器(9)實現與第二高壓電極(7)的絕緣。
5.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述點火頭部采用強旋流與鈍體回流穩焰、雙路滑動弧助燃和液氨冷卻電極的手段；強旋流與鈍體回流穩焰手段包括以下步驟：由第一進氣口(2)通入的氣體，經過第一旋流器(3)后，產生強旋流流場，在中心產生一個回流區，在第一高壓電極(1)的鈍體結構作用下，也產生一個回流區，這兩個回流區重合形成一個強回流區(12)，強回流區(12)將火焰卷吸回流至等離子體點火器(11)處，與等離子體點火器(11)放電產生的高溫混合后，分別與第一氨噴射口(1-2)和第二氨噴射口(4-2)噴射的液氨混合，促進液氨的霧化和強化燃燒；
6.根據權利要求1所述的一種基于...
【技術特征摘要】
1.一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：包括第一高壓電極(1)、第一進氣口(2)、第一旋流器(3)、低壓電極(4)、第二進氣口(5)、第二旋流器(6)、第二高壓電極(7)、第三進氣口(8)、第三旋流器(9)和點火頭部外殼(10)；所述第一高壓電極(1)包括第一進氨口(1-1)和第一氨噴射口(1-2)，所述第一高壓電極(1)位于點火頭部的前端中心，與低壓電極(4)保持通氣通道，并在通道中設置有第一旋流器(3)；所述第一進氣口(2)設置在第一高壓電極(1)和低壓電極(4)間的通氣通道中；所述低壓電極(4)包括第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)和第四氨噴射口(4-4)；所述第二高壓電極(7)與低壓電極(4)保持通氣通道，并在通道中設置有第二旋流器(6)；所述第二進氣口(5)設置在第二高壓電極(7)與低壓電極(4)間的通氣通道中；所述第二高壓電極(7)包括第三進氨口(7-1)和第五氨噴射口(7-2)；所述點火頭部外殼(10)與第二高壓電極(7)保持通氣通道，并在通道中設置有第三旋流器(9)；所述第三進氣口(8)設置在第二高壓電極(7)與點火頭部外殼(10)間的通氣通道中；所述第一高壓電極(1)和第二高壓電極(7)分別連接兩個電源的高壓端；所述低壓電極(4)連接兩個電源的低壓端；
2.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述第一高壓電極(1)外輪廓為軸對稱結構，且其半徑沿軸向逐漸變大，然后逐漸減小，使得第一高壓電極(1)與低壓電極(4)間的通氣通道由大變小，再逐漸變大；所述第一高壓電極(1)在靠近第一預燃級火焰(15)的一側開設有n1(2≤n1≤15)個第一氨噴射口(1-2)；所述第一高壓電極(1)內設有第一進氨口(1-1)；所述第一滑動弧(13)產生于第一高壓電極(1)與低壓電極(4)間的通氣通道中，并在氣流作用下移動；所述第一高壓電極(1)在靠近下游的端面中心處設有等離子體點火器(11)。
3.根據權利要求1所述的一種基于多點霧化、強旋流與鈍體回流穩焰、液氨冷卻電極的雙路滑動弧點火頭部，其特征在于：所述低壓電極(4)包括第二進氨口(4-1)、第二氨噴射口(4-2)、第三氨噴射口(4-3)、第四氨噴射口(4-4)；所述第二氨噴射口(4-2)位于第一滑動弧(13)一側，且位于第一滑動弧(13)放電區末端；所述第三氨噴射口(4-3)位于靠近第二高壓電極(7)一側，且位于第二滑動弧(14)放電區上游；所述第四氨噴射口(4-4)位于低...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李振陽，林啟富，羅廣南，劉成周，李海燕，孫王平，陳維曄，宋亞偉，程宇，
申請(專利權)人：合肥綜合性國家科學中心能源研究院安徽省能源實驗室，
類型：發明
國別省市：
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