【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于能源應用，具體涉及一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)與方法。
技術介紹
1、溫室氣體排放已經導致全球氣候變暖、海平面上升，已經危及全世界的安全。內燃機是溫室氣體排放的重要來源，也是當前熱效率較高、單位體積和單位重量功率密度較大、應用最為廣泛的動力裝置，廣泛應用于汽車、機車、輪船、農用機械、工程機械及軍用車輛等移動裝置。內燃機使用傳統(tǒng)石燃料燃燒產生了大量的co2和污染物，其發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，急需尋找清潔高效的替代燃料。
2、氫能是一種高效、清潔的無碳燃料，但其儲存、運輸和安全等方面仍然是其發(fā)展的瓶頸。將氫和從大氣中獲取的氮經哈伯法（h-b）合成氨，利用氨作為一種優(yōu)質的儲氫和儲能載體，極易液化便于運輸和儲存，并且擁有很高的安全性，被廣泛認為是更具潛力的清潔燃料。但是氨的化學活性較低，燃燒特性差，燃點高(651?℃)、點火能量高(8?mj)、火焰燃燒速度低(10?cm/s)、熱值低(18.8?mj/kg)，使用時需要較高壓縮比或外點火觸發(fā)才能保證混合氣被點燃。通過添加助燃劑（富氧燃燒，氫氣(氫氣或氨裂解制氫)、天然氣、柴油等碳氫燃料）可以提高氨燃燒特性，但這種方式仍然存在現(xiàn)實問題。
3、如何實現(xiàn)發(fā)動機的高效燃燒同樣是長期困擾發(fā)動機領域的難題，傳統(tǒng)發(fā)動機點火方式為電火花點火，但是電火花點火方式點火范圍小、能量低；預燃室形式的多點點火方式有效提高了點火面積，但是所采用的等離子體仍然是傳統(tǒng)形式的火花塞點火器，未能從根本上解決發(fā)動機高效、大面積點火的需求，特別是在使用以氨為燃料的發(fā)動機場景仍然存在較大的
技術實現(xiàn)思路
1、為了提高等離子體點火能量、有效點火面積，同時提高點火器的使用壽命，本專利技術提供一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)與方法，利用射流等離子體熱效應、輸運效應、動力學效應來加速燃燒室內的化學反應，點火能量大，能夠有效擴大點火熄火極限，提高點火的可靠性和穩(wěn)定性，直接實現(xiàn)對低燃燒特性燃料的引燃與穩(wěn)定燃燒，利用多射流形成更大的點火面積，提高燃燒效率。
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，包括液體燃料供應單元、總電磁閥、加熱緩沖罐、第一電磁閥、第一緩沖罐、第二緩沖罐、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、等離子體外殼、介質、預燃室、補氣口、中心電極、電源、接地、溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、冷卻器；
4、所述液體燃料供應單元為系統(tǒng)提供燃料，所述燃料通過總電磁閥進入所述加熱緩沖罐，后分為兩路分別通過所述第一電磁閥進入所述第二緩沖罐、通過所述第四電磁閥進入等離子體腔體，通過所述第二緩沖罐的燃料依次通過所述第一緩沖罐和所述第三電磁閥進入所述等離子體腔體，進入所述等離子體腔體的燃料氣體在所述中心電極和所述等離子體外殼間形成所述射流等離子體，引燃所述預燃室中的空氣和燃料混合物形成射流火焰，所述補氣口為所述預燃室補充所述空氣和燃料混合物，所述電源分別連接所述中心電極和所述接地，為所述射流等離子體提供等離子體形成條件和能量，所述介質用于隔離所述中心電極和所述等離子體外殼并對放電氣體進行導流，實現(xiàn)對所述等離子體的狀態(tài)調整。所述總電磁閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥分別用于控制相應氣路的開斷，所述冷卻器用于調節(jié)所述第二緩沖罐內氣體的溫度和壓力，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器安裝在所述加熱緩沖罐和所述第一緩沖罐中，分別用于顯示所述加熱緩沖罐和所述第一緩沖罐的壓力，所述溫度傳感器安裝在所述加熱緩沖罐上，用于監(jiān)測所述加熱緩沖罐的溫度。
5、進一步地，所述電源可以是直流、高頻高壓、射頻、甚高頻或微波電源，可以是連續(xù)式或脈沖式電源，脈沖頻率可以是1hz-1mhz，占空比可以是0%-100%。
6、進一步地，所述射流等離子體與所述電源相關，可以是電弧等離子體、微波等離子體、dbd等離子體、射頻等離子體、滑動電弧等離子體、電暈放電等離子體或旋轉弧等離子體。
7、進一步地，所述介質可以是石英、聚四氟乙烯、氧化鋁、氧化鋯陶瓷、電木等耐高溫耐高壓絕緣材料。
8、進一步地，所述液體燃料供應單元中所提供的燃料可以是零碳燃料、低碳燃料或是化石燃料，例如氨、甲醇、天然氣、汽油、柴油、液化氣、氫等。
9、進一步地，所述等離子體射流點火助燃系統(tǒng)穩(wěn)定工作氣壓可以是常壓，或常壓至1千大氣壓間任意壓力，所述射流火焰數(shù)量可以是1-1000間任意數(shù)值。
10、進一步地，所述冷卻器可以是氣體冷卻或是液體冷卻，所述加熱緩沖罐v2加熱方式可以是電加熱或是高溫氣體熱源加熱。
11、進一步地，所述等離子體射流點火助燃系統(tǒng)適用對象可以是發(fā)動機、燃氣輪機、發(fā)電機、燃煤鍋爐、水泥分解爐、水泥窯轉爐、燃氣鍋爐、船舶動力系統(tǒng)、金屬冶煉系統(tǒng)、化工廠等。
12、進一步地，所述加熱緩沖罐分出的兩路燃料可以分別單獨供應至所述等離子體腔體，也可以兩路共同供應至所述等離子體腔體。
13、本專利技術還提供一種自驅動式等離子體射流點火助燃方法，包括：液體燃料供應單元提供的燃料經由所述總電磁閥控制進入所述加熱緩沖罐，關閉所述第一電磁閥，通過加熱所述加熱緩沖罐提高罐內的溫度和壓力，所述罐內的溫度和壓力達到設定值后，打開所述第一電磁閥或所述第四電磁閥，使所述加熱緩沖罐中的燃料經由所述第四電磁閥進入所述等離子體腔體，或使所述加熱緩沖罐中的燃料經由所述第一電磁閥進入所述第二緩沖罐再進入所述第一緩沖罐，在所述第一緩沖罐上的第二壓力傳感器達到設定值后，打開所述第三電磁閥，燃料再進入所述等離子體腔體；在所述第二緩沖罐壓力和溫度失衡的情況下，所述第二緩沖罐和所述加熱緩沖罐通過所述冷卻器和所述第二電磁閥形成平衡，實現(xiàn)調節(jié)所述加熱緩沖罐和所述第二緩沖罐的溫度和壓力的作用，進入所述等離子體腔體的所述燃料經過所述介質形成旋流，啟動所述電源，所述燃料在所述中心電極和所述等離子體外殼間形成所述射流等離子體，所述射流等離子體引燃在所述預燃室中的燃料空氣混合物，在所述燃料空氣混合物被引燃后產生瞬間的高溫高壓氣體，將燃燒氣體向所述預燃室下方多個小孔噴射，形成射流火焰，在形成高溫高壓氣體時，所述預燃室的外部燃料和空氣混合物通過所述補氣口卷吸進入所述預燃室強化燃燒，達到射流點火與助燃的作用。
14、有益效果：
15、1、本專利技術利用等離子體點火助燃，實現(xiàn)低燃燒特性燃料的快速高效點燃；
16、2、本專利技術利用射流火焰提高點火能量與有效點火面積；
17、3、本專利技術具有場景適應性強、零碳排放、高效、易擴展等優(yōu)點，適用于氨燃料動力、電力、化工、水泥建筑業(yè)、冶煉、交通、船運等應用場景的內燃機、外燃機、燃燒器的點火助燃。
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1.一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，包括液體燃料供應單元、總電磁閥、加熱緩沖罐、第一電磁閥、第一緩沖罐、第二緩沖罐、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、等離子體外殼、介質、預燃室、補氣口、中心電極、電源、接地、溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、冷卻器；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述電源是直流、高頻高壓、射頻、甚高頻或微波電源，或是連續(xù)式或脈沖式電源，脈沖頻率為1Hz-1MHz，占空比為0%-100%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述射流等離子體是電弧等離子體、微波等離子體、DBD等離子體、射頻等離子體、滑動電弧等離子體、電暈放電等離子體或旋轉弧等離子體。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述介質為耐高溫耐高壓絕緣材料，包括石英、聚四氟乙烯、氧化鋁、氧化鋯陶瓷或電木。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述液體燃料供應單元中所提供
6.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體射流點火助燃系統(tǒng)穩(wěn)定工作氣壓是常壓，或常壓至1千大氣壓間任意壓力，所述第1射流火焰f1-第n射流火焰fn的數(shù)量n是1-1000間任意數(shù)值。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻器是氣體冷卻或是液體冷卻，所述加熱緩沖罐的加熱方式是電加熱或是高溫氣體熱源加熱。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體射流點火助燃系統(tǒng)適用于發(fā)動機、燃氣輪機、發(fā)電機、燃煤鍋爐、水泥分解爐、水泥窯轉爐、燃氣鍋爐、船舶動力系統(tǒng)、金屬冶煉系統(tǒng)或化工廠。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱緩沖罐分出的兩路燃料分別單獨供應至所述等離子體腔體，或兩路共同供應至所述等離子體腔體。
10.一種自驅動式等離子體射流點火助燃方法，其特征在于，包括：液體燃料供應單元提供的燃料經由所述總電磁閥控制進入所述加熱緩沖罐，關閉所述第一電磁閥，通過加熱所述加熱緩沖罐提高罐內的溫度和壓力，所述罐內的溫度和壓力達到設定值后，打開所述第一電磁閥或所述第四電磁閥，使所述加熱緩沖罐中的燃料經由所述第四電磁閥進入所述等離子體腔體，或使所述加熱緩沖罐中的燃料經由所述第一電磁閥進入所述第二緩沖罐再進入所述第一緩沖罐，在所述第一緩沖罐上的第二壓力傳感器達到設定值后，打開所述第三電磁閥，燃料再進入所述等離子體腔體；在所述第二緩沖罐壓力和溫度失衡的情況下，所述第二緩沖罐和所述加熱緩沖罐通過所述冷卻器和所述第二電磁閥形成平衡，實現(xiàn)調節(jié)所述加熱緩沖罐和所述第二緩沖罐的溫度和壓力的作用，進入所述等離子體腔體的所述燃料經過所述介質形成旋流，啟動所述電源，所述燃料在所述中心電極和所述等離子體外殼間形成所述射流等離子體，所述射流等離子體引燃在所述預燃室中的燃料空氣混合物，在所述燃料空氣混合物被引燃后產生瞬間的高溫高壓氣體，將燃燒氣體向所述預燃室下方多個小孔噴射，形成射流火焰，在形成高溫高壓氣體時，所述預燃室的外部燃料和空氣混合物通過所述補氣口卷吸進入所述預燃室強化燃燒，達到射流點火與助燃的作用。
...【技術特征摘要】
1.一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，包括液體燃料供應單元、總電磁閥、加熱緩沖罐、第一電磁閥、第一緩沖罐、第二緩沖罐、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、等離子體外殼、介質、預燃室、補氣口、中心電極、電源、接地、溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、冷卻器；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述電源是直流、高頻高壓、射頻、甚高頻或微波電源，或是連續(xù)式或脈沖式電源，脈沖頻率為1hz-1mhz，占空比為0%-100%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述射流等離子體是電弧等離子體、微波等離子體、dbd等離子體、射頻等離子體、滑動電弧等離子體、電暈放電等離子體或旋轉弧等離子體。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述介質為耐高溫耐高壓絕緣材料，包括石英、聚四氟乙烯、氧化鋁、氧化鋯陶瓷或電木。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述液體燃料供應單元中所提供的燃料是零碳燃料、低碳燃料或是化石燃料。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體射流點火助燃系統(tǒng)穩(wěn)定工作氣壓是常壓，或常壓至1千大氣壓間任意壓力，所述第1射流火焰f1-第n射流火焰fn的數(shù)量n是1-1000間任意數(shù)值。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種自驅動式等離子體射流點火助燃系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻器是氣體冷卻或是液體冷卻，所述加熱緩沖罐的加熱方式是電加熱或是高溫氣體熱源加熱。
8.根據(jù)權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳龍威，呂智聰，張煜晨，王志偉，吳殿武，
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(fā)明
國別省市：
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