一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头及应用，该基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，包括地电极，其内形成有主通道，其具有绝缘密封端和与主通道贯通的喷出端口；高压高频电极，其一端从地电极的密闭端穿入至主通道收口段；与主通道进行间壁换热的进气通道以用于预热氨反应气同时降低两个电极温度，进气通道与主通道贯通使预热后氨反应气在流经高压高频电极端部时，被击穿电离形成氨气等离子体束流和氨分解后的氢燃烧束流经喷出端口喷出。该高频等离子体燃烧喷头，解决了现有情况下电极频繁更换不能长时间连续使用的问题，同时将电能和氨能有效结合实现两者协同高效转化利用，解决了氨气不能直接在常温常压下点燃燃烧的难题。的难题。的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头及应用


[0001]本专利技术涉及燃烧喷头领域，尤其涉及一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头及应用。

技术介绍

[0002]直流电弧等离子体炬是一种将等离子体应用于垃圾处理中的成功案例，等离子体炬由阳极和阴极直流通电后放电产生电弧喷出火焰燃烧垃圾，因此，阳极和阴极会产生极高的高温，高温对阴极和阴极损害比较严重，必须要水冷，这也浪费了电能。
[0003]氨作为较好的储氢介质，燃烧后不会产生温室气体，但由于氨燃点较高、热传播速度较慢，往往不能进行稳定充分燃烧，导致氨能利用率低难以广泛应用。目前关于氨能结合等离子体应用是采用直流等离子体火炬把氨分解成氢气后，再把其引入到燃烧器中利用，这种情况电离氨的电能耗不能被直接用来加热，此外，直流电弧加热炬，两个电极都需要水冷，这本身也浪费了能量，而且现在的电极还必需定期更换，不能长时间连续使用，因此怎样充分利用电能与氨能量的结合实现氨能转化时的高效利用是需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头及应用，解决了现有情况下电极频繁更换不能长时间连续使用的问题，同时将电能和氨能有效结合实现两者高效转化利用，显著提高了能量利用效率，又有利于高频等离子体燃烧喷头的便利性应用，解决了氨气不能直接在常温常压下点燃燃烧的难题。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，包括：
[0007]地电极，所述地电极内形成有主通道，，所述地电极具有绝缘密封端和与主通道贯通喷出端口，主通道靠近喷出端口的部分为缩口设置以形成缩口段；
[0008]能够与地电极形成回路的高压高频电极，所述高压高频电极的一端从地电极的绝缘密封端伸入至主通道的缩口段设置，所述高压高频电极与所述地电极的绝缘密封端之间设有绝缘密封件；
[0009]与主通道进行间壁换热的进气通道，以用于预热氨反应气同时降低地电极和高压高频电极的温度，所述进气通道与所述主通道贯通以将预热的氨反应气送入主通道中，预热后氨反应气在流经置于缩口段的高压高频电极的端部时，被击穿电离形成氨气等离子体束流和氨分解后的氢燃烧束流经喷出端口喷出。
[0010]在本示例中，采用高频高压电极，其在通电后与地电极之间会产生较强的电压，使得对氨电离化分解成氢气更容易，提高了离化氨效果，从而产生更多的氢气燃烧；另外高频放电相比较直流放电，高频放电的电离击穿电压是直流放电的5
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10倍，因此在相同的功率下，电流就减少5倍以上，因此地电极和高压高频电极温度相对较低，不仅有利于降低两者的损耗以相对延长其寿命，且对两者的冷却需求也较低，而利用氨反应气通过间壁换热完
全可以实现地电极和高压高频电极的冷却需求，以代替冷却效果更好的水冷进行冷却，且换热后的氨反应气被加热通入到主通道中后，更容易被电离分解燃烧，实现了氨能的高效转化，与此同时也完成了电能转换成等离子体的热能利用。
[0011]其中，进行间壁换热后的氨反应气流入到主通道中，流经置于缩口段的高压高频电极端部时，被击穿电离为氨气分解产物(包含氢气)的等离子体束流，其中的氢在喷出端口处接触空气燃烧形成燃烧束流，燃烧束流与等离子体束流一起从喷出端口喷出，如此可以将高频等离子体燃烧喷头比较方便的应用在需要加热的设备中，其中，在靠近喷出端口燃烧利于将更多的燃烧热应用于待加热设备中。其中，通过设置与主通道间壁换热的进气通道，具有以下优势：其一，可以加热进气通道内的气体，热气体进入主通道中更加容易被电离分解燃烧；其二，采取间壁换热，可以降低两个电极置于主通道内的表面温度，以延长两者的使用寿命；其三，可以实现电能和氨能的协同高效利用，提高了能量利用效率，具体的，对于电能来说，降低了其热损耗，对于氨能来说，实现了氨能较为充分的转化利用；其四，可以在实现能量充分利用基础上，实现高频等离子体燃烧喷头的便利性应用。
[0012]在一个示例中，所述进气通道至少部分路段夹层通道，增加了换热效率，进一步提高了能量利用率，也进一步对两个电极降温。
[0013]在一个示例中，所述进气通道至少包括依次与主通道进行换热并相互贯通的第一进气通道和第二进气通道，如此设置，有利于进行更为充分的换热，更进一步提高了能量利用率。
[0014]在一个示例中，所述进气通道通过多个周向分布的进气口分别与所述主通道贯通，比较均匀实现换热利用和对两个电极降温。
[0015]在一个示例中，所述进气口远离喷出端口设置，更充分实现了对氨气的换热和对电极的降温目的。
[0016]在一个示例中，至少所述地电极上或/和所述高压高频电极内设有所述进气通道。对于间壁换热的四个优点，地电极外设置进气通道和高压高频电极内设置进气通道相比，前者比后者可以更加充分利用电能散出的热量，显著降低能量损耗；后者对比前者可以较好对高压高频电极降温；前者和后者都有利于其便利性应用。
[0017]在一个示例中，所述绝缘密封件包括至少两层依次设于地电极和高压高频电极之间的绝缘套，两层绝缘套采用的材料不同，两个绝缘套相比一个绝缘套，避免了单一介质的介质极化，可以更好的避免地电极与高压高频电极之间拉弧，多个绝缘材料会是更好。其中，绝缘材料可以但不局限于采用环氧、陶瓷、APS等材料。
[0018]在一个示例中，高压高频电极伸入至缩口段的端部与缩口段地电极的间隙范围为小于3mm，在此处进行氨反应气的电离；高压高频电极的剩余部分与地电极之间的间隙大于5mm，在氨反应气经过该处时加热氨反应气，利于在缩口段处的高压高频电极端部形成等离子体束流和燃烧束流喷出。
[0019]在一个示例中，所述高压高频电极包括高压高频电极尖端和与高压高频电极尖端连接的高压高频电极后端，所述高压高频电极尖端伸入至主通道的缩口段设置，设置尖端更容易放电。
[0020]在一个示例中，所述高压高频电极尖端采用坞铜材料，高压高频电极后端采用不锈钢材料，坞铜材料即耐温又具有较高的电子发射率，因此作为电极材料也更容易击穿放
电。高压高频电极尖端与后端可以采用丝扣连接。
[0021]在一个示例中，所述高压高频电极和所述地电极形成回路中的电源输出频率为1
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200KHZ，输出峰峰电压为500
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3000V。
[0022]在一个示例中，所述地电极外设有法兰连接结构，在将其应用时，可以对高频等离子体燃烧喷头进行固定，例如可以固定密封在需要加热的容器侧面或底部。
[0023]本申请还提供了一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头的应用，具体的，上述任一示例中的高频等离子体燃烧喷头至少能够作为锅炉燃烧热源或燃气燃烧热源使用，但并不局限于此，还可以在无氧管道中实现制氢的目的。
[0024]在一个示例中，氨反应气，可以是单独的氨气，氨反应气为氨气与空气、水气、二氧化碳、工业废气中至少一种的混合气。采用氨气实现了无碳排放；采用氨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，其特征在于，包括：地电极，所述地电极内形成有主通道，所述地电极具有绝缘密封端和与主通道贯通喷出端口，主通道靠近喷出端口的部分缩口设置以形成缩口段；能够与地电极形成回路的高压高频电极，所述高压高频电极的一端从地电极的绝缘密封端伸入至主通道的缩口段设置，所述高压高频电极与所述地电极的绝缘密封端之间设有绝缘密封件；与主通道进行间壁换热的进气通道，以用于预热氨反应气同时降低地电极和高压高频电极的温度，所述进气通道与所述主通道贯通以将预热的氨反应气送入主通道中，预热后氨反应气在流经置于缩口段的高压高频电极端部时，被击穿电离形成氨气等离子体束流和氨分解后的氢燃烧束流经喷出端口喷出。2.根据权利要求1所述的基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，其特征在于，所述进气通道至少部分路段为夹层通道。3.根据权利要求2所述的基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，其特征在于，所述进气通道至少包括依次与主通道进行换热并相互贯通的第一进气通道和第二进气通道。4.根据权利要求2所述的基于氨气的高频等离子体燃烧喷头，其特征在于，所述进气通道通过多个周向分布的进气口分别与所述主通道贯通；优选的，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守国，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：