專利名稱：一種等離子體燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種等離子體燃燒器，用于管式加熱爐中。
背景技術(shù)：
在石油煉制、石油化工和煤化工行業(yè)的管式加熱爐中，燃燒器的燃燒效率和完全 燃燒程度，是提高管式加熱爐熱效率和降低污染物排放的關(guān)鍵。燃燒器作為管式加熱爐的 核心部分，其技術(shù)水平將影響管式加熱爐的技術(shù)水平。衡量燃燒器技術(shù)水平的一個(gè)重要技 術(shù)指標(biāo)，就是燃料完全燃燒的程度。目前的強(qiáng)化燃燒技術(shù)主要是對(duì)燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、 強(qiáng)化燃料與空氣的混合，使燃料得以完全燃燒；但是，不能對(duì)燃料進(jìn)行處理，使強(qiáng)化燃燒效 果受到了一定的限制。中國(guó)專利CN1525101A公開了一種等離子體裂解燃燒器，由電極、機(jī)座、感應(yīng)線圈、 骨架、焰流室殼體、進(jìn)氣管、進(jìn)水管、出入水管等部件組成，可使用液態(tài)燃料或氣態(tài)燃料。其 中電極裝在骨架中心的電離室內(nèi)，感應(yīng)線圈套裝在骨架外壁，燃料管路裝在焰流室殼體的 側(cè)壁。該燃燒器采用感應(yīng)式等離子化方式，具有一定的降低燃燒污染、提高燃料熱值的特 點(diǎn)。但它只是通過高頻感應(yīng)電離由進(jìn)氣管輸入電離室內(nèi)的空氣或惰性氣體、形成高溫焰流， 將從燃料管路輸入的燃料分子裂解，對(duì)燃料并不進(jìn)行電離；燃料中的有機(jī)大分子只有一少 部分裂解成小分子。因此，對(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒的作用有限。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種等離子體燃燒器，以解決現(xiàn)有的等離子體燃燒器所 存在的對(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒的作用有限的問題。為解決上述問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種等離子體燃燒器，設(shè)有燃料 噴嘴、配風(fēng)管、等離子體發(fā)生器，其特征在于等離子體發(fā)生器為輝光放電等離子體發(fā)生器， 在絕緣罩內(nèi)設(shè)有內(nèi)電極、外電極，兩者之間形成反應(yīng)區(qū)，內(nèi)電極與外電極的兩端分別固定于 前定位板和后定位板上，內(nèi)電極的表面設(shè)有阻擋介質(zhì)，前定位板設(shè)于進(jìn)口段殼體內(nèi)，其上設(shè) 有進(jìn)氣孔，后定位板設(shè)于出口段殼體內(nèi)，其上設(shè)有出氣孔，出口段殼體通過管道與等離子體 燃燒器的燃料噴嘴相連。采用本實(shí)用新型，具有如下的有益效果本實(shí)用新型等離子體燃燒器限于使用氣 態(tài)燃料，對(duì)其進(jìn)行等離子化預(yù)處理。氣態(tài)燃料首先進(jìn)入輝光放電等離子體發(fā)生器，在內(nèi)電極 與外電極之間所形成的反應(yīng)區(qū)內(nèi)的輝光放電的作用下，在不引起燃燒的條件下發(fā)生等離子 化反應(yīng)、實(shí)現(xiàn)活化。燃料中的有機(jī)大分子大部分或全部地裂解成小分子，如氫氣、自由基等， 再經(jīng)燃料噴嘴進(jìn)入等離子體燃燒器內(nèi)，與由配風(fēng)管通入的助燃空氣混合、燃燒。小分子燃料 的可燃性更好，容易實(shí)現(xiàn)完全燃燒，取得較好的強(qiáng)化燃燒效果。同時(shí)，高效燃燒還能減少不 完全燃燒產(chǎn)生的污染，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。石油煉制、石油化工和煤化工行業(yè)中的管式加熱爐，都可以采用本實(shí)用新型。在節(jié) 能減排和環(huán)境保護(hù)的背景下，本實(shí)用新型將會(huì)有著良好的應(yīng)用前景。[0008]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和具體實(shí) 施方式并不限制本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。

圖1是本實(shí)用新型等離子體燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中輝光放電等離子體發(fā)生器的放大示意圖。圖3是圖2中的A-A剖視圖，所示輝光放電等離子體發(fā)生器的外電極為圓筒形，內(nèi) 電極為圓柱形。圖4是圖2中的A-A剖視圖，所示輝光放電等離子體發(fā)生器的外電極和內(nèi)電極為 平板形。圖1至圖4中，相同附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，本實(shí)用新型的等離子體燃燒器1，設(shè)有燃料噴嘴3、配風(fēng)管2、等離 子體發(fā)生器。等離子體發(fā)生器為輝光放電等離子體發(fā)生器4，在絕緣罩10內(nèi)設(shè)有內(nèi)電極9、 外電極8，兩者之間形成反應(yīng)區(qū)5。內(nèi)電極9與外電極8的兩端分別固定于前定位板71和 后定位板72上。內(nèi)電極9的表面設(shè)有阻擋介質(zhì)91。前定位板71設(shè)于進(jìn)口段殼體6內(nèi)，其 上設(shè)有進(jìn)氣孔710。后定位板72設(shè)于出口段殼體11內(nèi)，其上設(shè)有出氣孔720。出口段殼體 11通過管道與等離子體燃燒器的燃料噴嘴3相連。參見圖3，外電極8為圓筒形，內(nèi)電極9為圓柱形，內(nèi)電極9設(shè)于外電極8的軸心線 上。圓柱形的內(nèi)電極9只有一個(gè)表面，在該表面設(shè)有阻擋介質(zhì)91。相應(yīng)地，絕緣罩10為圓 筒形筒體，前定位板71和后定位板72均為圓形，進(jìn)口段殼體6和出口段殼體11均由一段 截頭圓錐面形的筒體和一段用于安裝前定位板71或后定位板72的圓筒形筒體所組成。參見圖4，外電極8和內(nèi)電極9還都可以為平板形。外電極8設(shè)置兩個(gè)。內(nèi)電極9 設(shè)置一個(gè)，設(shè)于兩個(gè)外電極8之間，至兩個(gè)外電極8的距離相等。平板形的內(nèi)電極9有兩個(gè) 表面，均設(shè)有阻擋介質(zhì)91。外電極8之間、外電極8與內(nèi)電極9之間相互平行。此時(shí)，相應(yīng) 地，絕緣罩10為橫截面呈方框形的筒體，前定位板71和后定位板72均為方形，進(jìn)口段殼體 6和出口段殼體11均由一段天圓地方形筒體和一段用于安裝前定位板71或后定位板72的 橫截面呈方框形的筒體所組成。上述的方框形包括長(zhǎng)方框形、正方框形，方形包括正方形、 長(zhǎng)方形。內(nèi)電極9的表面所設(shè)的阻擋介質(zhì)91，材料一般為石英玻璃或陶瓷，通常是燒結(jié)或 黏結(jié)于內(nèi)電極9的表面。阻擋介質(zhì)91的厚度一般為1 3. 5毫米。外電極8和內(nèi)電極9 的材料一般為紫銅或不銹鋼。輝光放電等離子體發(fā)生器4中，阻擋介質(zhì)91與外電極8相鄰表面之間的間隙一般 為1 5毫米。絕緣罩10的材料為絕緣材料，一般為石棉、聚四氟乙烯等。前定位板71和后定位 板72的材料為絕緣材料，通常為改性聚四氟乙烯。進(jìn)口段殼體6和出口段殼體11的材料 一般為碳鋼或不銹鋼。參見圖1、圖2，以及圖4，輝光放電等離子體發(fā)生器4中的外電極8和內(nèi)電極9，分別通過導(dǎo)線與高頻高壓電源12的兩端相連。高頻高壓電源12為交流電源，輸出電壓一般 為20 IOOkV (千伏特)，頻率一般為20 40kHz (千赫茲)。圖3中未示出高頻高壓電源 12和連接導(dǎo)線。外電極8和內(nèi)電極9通電后，在形成的反應(yīng)區(qū)5內(nèi)產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。由于輝光 放電發(fā)生在狹窄的間隙，所以在內(nèi)電極9的表面設(shè)置阻擋介質(zhì)91以阻擋放電(本方法又可 稱為無聲放電)，使輝光放電穩(wěn)定且大面積化，消除放電不穩(wěn)定、容易產(chǎn)生電弧等問題。原因 有兩個(gè)一是放電電流所產(chǎn)生的電荷積累在阻擋介質(zhì)91表面，會(huì)形成一反向電場(chǎng)，防止火 花放電；二是阻擋介質(zhì)91促進(jìn)放電電荷集中于放電間隙當(dāng)中。
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的操作過程。開通高頻高壓電源12，將內(nèi)電極9和 外電極8加載上高頻高壓電流，兩者之間就產(chǎn)生輝光放電(窄間隙放電)現(xiàn)象。氣態(tài)燃料 (以天然氣為例)首先進(jìn)入輝光放電等離子體發(fā)生器4的進(jìn)口段殼體6內(nèi)(圖1、圖2中用 大實(shí)心箭頭表示氣態(tài)燃料的流動(dòng)方向)，再經(jīng)前定位板71上所設(shè)的進(jìn)氣孔710進(jìn)入內(nèi)電極 9與外電極8之間所形成的反應(yīng)區(qū)5內(nèi)，在輝光放電的作用下發(fā)生等離子化反應(yīng)。天然氣的 主要成分是甲烷(CH4)；在輝光放電等離子體發(fā)生器4的反應(yīng)區(qū)5內(nèi)，高能電子e和014發(fā) 生以下反應(yīng)CH4+e — CH3+H, CH3+e — CH2+H, CH2+e — CH+H體系中大量存在的活性氫原子將于甲烷及含碳自由基CHn(n為2或3)中獲取氫， 生成CHlri自由基CH4+H — CH3+H2, CH3+H — CH2+H2, CH2+H — CH+H2反應(yīng)區(qū)5內(nèi)等離子化后的氣態(tài)燃料，從后定位板72上所設(shè)的出氣孔720流入出口 段殼體11內(nèi)，通過管道進(jìn)入燃料噴嘴3;再經(jīng)燃料噴嘴3進(jìn)入等離子體燃燒器1內(nèi)，與由配 風(fēng)管2通入的助燃空氣混合、燃燒(圖1中用大空心箭頭表示助燃空氣的流動(dòng)方向)。氣態(tài) 燃料等離子化后生成的氫氣和小分子燃料的可燃性更好，容易實(shí)現(xiàn)完全燃燒，并且還能減 少不完全燃燒產(chǎn)生的污染，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。
權(quán)利要求一種等離子體燃燒器，設(shè)有燃料噴嘴(3)、配風(fēng)管(2)、等離子體發(fā)生器，其特征在于等離子體發(fā)生器為輝光放電等離子體發(fā)生器(4)，在絕緣罩(10)內(nèi)設(shè)有內(nèi)電極(9)、外電極(8)，兩者之間形成反應(yīng)區(qū)(5)，內(nèi)電極(9)與外電極(8)的兩端分別固定于前定位板(71)和后定位板(72)上，內(nèi)電極(9)的表面設(shè)有阻擋介質(zhì)(91)，前定位板(71)設(shè)于進(jìn)口段殼體(6)內(nèi)，其上設(shè)有進(jìn)氣孔(710)，后定位板(72)設(shè)于出口段殼體(11)內(nèi)，其上設(shè)有出氣孔(720)，出口段殼體(11)通過管道與等離子體燃燒器的燃料噴嘴(3)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體燃燒器，其特征在于外電極(8)為圓筒形，內(nèi)電極 (9)為圓柱形，內(nèi)電極(9)設(shè)于外電極⑶的軸心線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體燃燒器，其特征在于外電極(8)和內(nèi)電極(9)為 平板形，外電極⑶設(shè)置兩個(gè)，內(nèi)電極(9)設(shè)置一個(gè)，設(shè)于兩個(gè)外電極⑶之間，至兩個(gè)外電 極(8)的距離相等，外電極⑶之間、外電極⑶與內(nèi)電極(9)之間相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的等離子體燃燒器，其特征在于阻擋介質(zhì)(91)的材 料為石英玻璃或陶瓷，阻擋介質(zhì)(91)的厚度為1 3. 5毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體燃燒器，其特征在于阻擋介質(zhì)(91)與外電極(8) 相鄰表面之間的間隙為1 5毫米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種等離子體燃燒器，以解決現(xiàn)有的等離子體燃燒器所存在的對(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒的作用有限的問題。本實(shí)用新型采用輝光放電等離子體發(fā)生器(4)，在絕緣罩(10)內(nèi)設(shè)有內(nèi)電極(9)、外電極(8)，兩者之間形成反應(yīng)區(qū)(5)。內(nèi)電極與外電極的兩端分別固定于前定位板(71)和后定位板(72)上，內(nèi)電極的表面設(shè)有阻擋介質(zhì)。前定位板(71)設(shè)于進(jìn)口段殼體(6)內(nèi)，其上設(shè)有進(jìn)氣孔。后定位板(72)設(shè)于出口段殼體(11)內(nèi)，其上設(shè)有出氣孔。出口段殼體(11)通過管道與等離子體燃燒器的燃料噴嘴(3)相連。本實(shí)用新型可用于石油煉制、石油化工和煤化工行業(yè)中的管式加熱爐。
文檔編號(hào)F23D14/68GK201652348SQ20102015092
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者孫志欽, 高曉紅 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司;中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司