CN113365404B - 介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧发生装置，包括外壳体、地电极引线和高压电极引线，所述外壳体为中空设置，其上端面设置有第一多孔筛网电极，其下端面第二多孔筛网电极，所述地电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体上方右侧，且第一多孔筛网电极与地电极引线相连并连接于高压交流电源接地端，所述高压电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体底部，且第二多孔筛网电极与高压电极引线相连并连接于高压交流电源接线端。本发明采用多孔筛网电极可承担气体入、出口的功能，结合均匀的气体流动方式可产生稳定均匀的等离子体；利用等离子体中的高能粒子与活性基团，影响燃烧系统化学平衡，调控系统的燃烧过程。

Description

介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧发生装置

技术领域

本发明涉及放电等离子体辅助燃烧应用技术领域，尤其涉及介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置。

背景技术

DBD等离子体增强燃烧是通过等离子反应区生成大量的活性原子和基团，来影响燃烧过程的化学平衡来加速燃烧进程。如今，已有越来越多的研究者开始关注等离子体助燃技术的发展前景。

目前等离子体助燃技术的瓶颈问题主要集中在，可靠均匀放电的稳定维持、高能活性粒子的种类与浓度的有效调节、根据实际需求获得相应参数的放电等离子体等。由于煤炭中的碳-氧、碳-碳以及碳-氢等化合物键能较大，放电的起始电压较高且易发生电弧放电，使放电触头温度过高，进而造成电极烧蚀等局限；随着煤炭燃烧进程的推进，煤的剩余质量、堆放方式等因素的改变也会对燃烧的化学反应过程产生影响，如燃烧温度、速率、产物变化等。

现有的等离子辅助煤炭燃烧的研究基础主要包括：

经检索授权公告号CN103953474B的“定向自旋等离子体助燃系统”中，提供了一种能够产生较大面积、均匀性较好的等离子体助燃装置，其电源采用纳秒脉冲电源，而本发明采用的是脉冲调制的高压交流电源产生等离子体。

经检索授权公告号CN103277792B的“等离子体煤粉燃烧器”，提供了一种等离子体煤炭助燃技术的应用实例，其利用等离子体来加热水蒸汽和煤粉，使得燃烧效能得到提升。本发明是利用DBD等离子体中的活性粒子调控燃烧过程，在原理上存在着本质差异。

综上所述，目前等离子体助燃技术在煤炭领域和在电源应用及成本估计上都存在问题，并且处理对象也仅有煤粉，以上因素都较大程度上的限制了现有等离子体助燃技术及装置的广泛应用。因此，如何提供一种介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，本发明节省了真空设备的昂贵成本，采用多孔筛网电极可承担气体入、出口的功能，结合均匀的气体流动方式可产生稳定均匀的等离子体；利用等离子体中的高能粒子与活性基团，影响燃烧系统化学平衡，调控系统的燃烧进程，效果显著。

根据本发明实施例的一种介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，包括外壳体、地电极引线和高压电极引线，所述外壳体为中空设置，其上端面设置有第一多孔筛网电极，其下端面第二多孔筛网电极，所述地电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体上方右侧，且第一多孔筛网电极与地电极引线相连并连接于高压交流电源接地端，所述高压电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体底部，且第二多孔筛网电极与地电极引线相连并连接于高压交流电源接线端。

优选的，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极在外壳体平行设置。

优选的，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极上均设置有卡扣螺母，所述外壳体上设置有与卡扣螺母相适配的卡槽，使第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极与外壳体嵌入安装后形成稳定的卡扣固定结构，易于拆卸更换。

优选的，所述外壳体由具有电绝缘性和耐高温材料制成，其包括聚四氟乙烯、陶瓷。

优选的，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极的孔直径均为3.0-5.0mm、厚度均为0.8-1.5mm，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极均为多孔筛网结构，直接实现气体入口、气体出口的气体流动功能，其中经等离子体处理后充分燃烧生成的煤灰等直接通过第二多孔筛网电极多孔漏入底部。

优选的，所述高压交流电源为脉冲调制的正弦交流电源，所述高压交流电源电源功率为800-2000W、电压峰-峰值0-60kV、交流频率5-35kHz、调制脉冲频率10-1000Hz、占空比1-100％可控，避免了电弧放电导致触头温度过高，防止电极烧蚀。

优选的，所述第一多孔筛网电极、第二多孔筛网电极与外壳体组成透气型放电燃烧腔。

优选的，所述放电燃烧腔内放置块状煤进行DBD放电和燃烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，通过筛网电极和煤炭来构成DBD等离子体发生单元，其结构简单且构思精巧，第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极结构可直接实现气体入口、气体出口的气体流通功能，在常温常压下进行处理，可节约真空设备的高昂成本，放电过程随着电压、频率、调制脉冲频率等参数的调整，产生等离子体的均匀性较好；

(2)本发明利用筛网电极DBD放电，其放电均匀性较好，有利于产生高效率、均匀且富含活性粒子的大气压DBD等离子体；

(3)本发明第一多孔筛网电极、第二多孔筛网电极通过利用卡扣螺母结构，可实现固定、打开、闭合与拆卸，在保证了固定强度的同时，使用便捷、方便纠正安装偏差、易于更换维护、可大规模制作、成本较低。第二多孔筛网电极孔径为3.0-5.0mm，经等离子体处理后充分燃烧生成的煤灰等可直接通过多孔漏入底部，便于收集处理，省时省力；

(4)本发明煤炭在电极结构中作为电介质，在池火燃烧阶段可视为拟稳态的。随着煤燃烧进程的推进，根据煤的剩余数量、堆放方式等因素的改变，电源激励参数如电压幅值、交流频率等，及流动风速等也是可以改变的；DBD等离子体的放电均匀性、含有高能活性粒子的种类与浓度可实现调节，进一步调控煤炭的燃烧进程，保证了处理煤炭燃烧的有效性，拓宽了等离子体助燃技术的应用范围，具有广阔的大规模应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置的结构示意图；

图2为本发明图1中提出的多孔筛网电极的结构示意图。

图中：1-外壳体、2-第一多孔筛网电极、3-第二多孔筛网电极、4-卡扣螺母、5-地电极引线、6-高压电极引线、7-高压交流电源、8-放电燃烧腔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

参考图1-2，一种介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，包括外壳体1、地电极引线5和高压电极引线6，外壳体1为中空设置，外壳体1由具有电绝缘性和耐高温材料制成，如聚四氟乙烯、陶瓷，本发明优选陶瓷作为绝缘材料，但并不仅限于上述材料，其上端面设置有第一多孔筛网电极2，其下端面第二多孔筛网电极3，地电极引线5通过内置螺母固定，内嵌于外壳体1上方右侧，且第一多孔筛网电极2与地电极引线5相连并连接于高压交流电源7接地端，高压电极引线6通过内置螺母固定，内嵌于外壳体1底部，且第二多孔筛网电极3与高压电极引线6相连并连接于高压交流电源7接线端。

第一多孔筛网电极2、第二多孔筛网电极3与外壳体1组成透气型放电燃烧腔8，放电燃烧腔8内放置块状煤进行DBD放电和燃烧，煤炭在燃烧过程是拟稳态的存在过程，既是被燃烧物也是电介质，介质阻挡放电产生低温等离子体并作用于燃烧过程。

放电介质及燃烧对象为块状煤本身，本发明施加DBD等离子体作用于煤炭燃烧过程中还会形成火焰等离子体，并进一步与之相作用，降低放电起始电压，DBD放电不可避免伴随着大量的发热，一般情况下此类热能对于介质是一种损害，而本发明将煤炭作为介质，可充分利用该热能辅助燃烧，合理充分利用放电优势，提升燃烧效能。

第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3结构材质均相同，第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3在外壳体1平行设置。

第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3上均设置有卡扣螺母4，的卡扣螺母4应用于单个多孔筛网电极的数量为2-4个，采用不锈钢材料或铜质材料，外壳体1上设置有与卡扣螺母4相适配的卡槽，使第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3与外壳体1嵌入安装后形成稳定的卡扣固定结构，有利于固定、打开、关闭、拆卸等操作。

通过筛网电极和煤炭来构成DBD等离子体发生单元，其结构简单且构思精巧，第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3结构可直接实现气体入口、气体出口的气体流通功能，在常温常压下进行处理，可节约真空设备的高昂成本，放电过程随着电压、频率、调制脉冲频率等参数的调整，产生等离子体的均匀性较好。

第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3的孔直径均为3.0-5.0mm、厚度均为0.8-1.5mm，第一多孔筛网电极2和第二多孔筛网电极3均为多孔筛网结构，直接实现气体入口、气体出口的气体流动功能，其中经等离子体处理后充分燃烧生成的煤灰等直接通过第二多孔筛网电极3多孔漏入底部。

高压交流电源7即为等离子体发生装置电源，可调节电压幅值、电源频率、调制脉冲频率等，通过影响参数的平稳变化，调控燃烧进程速率。高压交流电源7为脉冲调制的正弦交流电源，高压交流电源7电源功率为800-2000W、电压峰-峰值0-60kV、交流频率5-35kHz、调制脉冲频率10-1000Hz、占空比1-100％可控，避免了电弧放电导致触头温度过高，防止电极烧蚀。

工作原理：打开第一多孔筛网电极2，将煤炭置于放电燃烧腔8内后，打开高压交流电源7开始进行放电，使用的电源为产生DBD等离子体的高压高频交流电源；放电开始时产生丝状通道，在电压的每半个周期只发生一次均匀击穿，随着电压与频率的提升，放电逐渐均匀，形成稳定的大气压辉光放电；燃烧进程的推进过程中，通过调节高压交流电源7的电压幅值、交流频率等参数，可调节等离子体中高能活性粒子的种类和浓度；介质为煤炭本身，放电区与燃烧区处于同一区域，因为火焰本身也是一种等离子体，后续放电时与之相作用来降低放电起始电压，有利于动态调节等离子体助燃的效率；同时，DBD放电会产生大量的热能，反过来应用于煤炭燃烧上，充分合理的应用煤炭能源，提升燃烧效能。

本发明的提供的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置工作在常温常压环境下，节省了真空设备的昂贵成本，采用多孔筛网电极可承担气体入、出口的功能，结合均匀的气体流动方式可产生稳定均匀的等离子体；利用等离子体中的高能粒子与活性基团，影响燃烧系统化学平衡，调控系统的燃烧进程，效果显著。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，包括外壳体、地电极引线和高压电极引线，所述外壳体为中空设置，所述外壳体由具有电绝缘性和耐高温材料制成，其上端面设置有第一多孔筛网电极，其下端面第二多孔筛网电极，所述地电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体上方右侧，且第一多孔筛网电极与地电极引线相连并连接于高压交流电源接地端，所述高压电极引线通过内置螺母固定，内嵌于外壳体底部，且第二多孔筛网电极与高压电极引线相连并连接于高压交流电源接线端。

2.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极在外壳体平行设置。

3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极上均设置有卡扣螺母，所述外壳体上设置有与卡扣螺母相适配的卡槽，使第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极与外壳体嵌入安装后形成稳定的卡扣固定结构。

4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极的孔直径均为3.0-5.0mm、厚度均为0.8-1.5mm，所述第一多孔筛网电极和第二多孔筛网电极均为多孔筛网结构，用于实现气体入口、气体出口的气体流动。

5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述高压交流电源为脉冲调制的正弦交流电源，所述高压交流电源电源功率为800-2000W、电压峰-峰值0-60kV、交流频率5-35kHz、调制脉冲频率10-1000Hz、占空比1-100%可控。

6.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述第一多孔筛网电极、第二多孔筛网电极与外壳体组成透气型放电燃烧腔。

7.根据权利要求6所述的介质阻挡放电等离子体辅助煤炭燃烧的发生装置，其特征在于，所述放电燃烧腔内放置块状煤进行DBD放电和燃烧。