一种燃烧器出口扩张段及采用其的燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧装置领域，更具体地涉及一种燃烧器出口扩张段及采用其的燃烧器。
【背景技术】
[0002]燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生燃烧不稳定现象。
[0003]与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的矛盾。
【发明内容】
[0004]鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提出一种等离子体凹腔扩张段及采用其的燃烧器。
[0005]为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种等离子体凹腔扩张段，包括:
[0006]凹腔，设置在所述燃烧器出口扩张段的中部位置，用于产生回流区、稳定燃烧；
[0007]高压电极和接地电极，位于所述凹腔内，用于产生等离子体；
[0008]高压电源或高压电源接线柱，用于为所述高压电极和接地电极提供高压交流电。
[0009]作为优选，所述燃烧器出口扩张段呈圆锥型中空结构，通过法兰与燃烧器出口相连接。所述燃烧器出口扩张段由陶瓷或石英玻璃制备，厚度介于0.lmm-20mm之间。
[0010]作为优选，所述凹腔的截面为圆弧型、三角形、四边形或五边形，优选为半圆形。
[0011]作为优选，所述高压电极与接地电极采用交错形式成对布置；所述高压电极与接地电极的对数介于1-100之间，优选为1-10之间。
[0012]作为优选，所述高压电极与接地电极的材料均分别独立地选自铜、钨或钼。
[0013]作为优选，所述高压电源的输出电压为500V-50kV，输出频率为100-200kHz，输出波形为正弦波、方波、锯齿波或脉冲波。
[0014]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种采用如上所述的燃烧器出口扩张段的燃烧器。其中，所述燃烧器为燃气轮机燃烧器、锅炉燃烧器或化工炉燃烧器。
[0015]从上述技术方案可知，本发明的等离子体凹腔扩张段具有以下几方面的有益效果:
[0016](1)该装置通过在燃烧器出口的扩张段上设置凹腔结构，在凹腔里形成的回流区可以防止火焰被吹熄、增强燃烧稳定性；
[0017](2)该装置通过在扩张段的凹腔里布置多组介质阻挡放电等离子体激励器，通过等离子体诱导流动能够强化凹腔里的漩涡流动，可以起到减小流动损失、防止火焰被吹熄，增强燃烧稳定性的作用；
[0018](3)凹腔里的电离可以放热、产生活性基团，这些都强化燃烧反应，防止火焰被吹熄，增强燃烧稳定性；
[0019](4)凹腔里设置的等离子体激励器还可以起到点火的作用；
[0020](5)该装置可以解决大角度扩张段的燃烧不稳定现象，大角度扩张段可以降低火焰的长度，减小燃烧室的轴向尺寸。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的等离子体凹腔扩张段的结构示意图；
[0022]图2为图1所示等离子体凹腔扩张段的右侧局部放大图；
[0023]图3为图1所示等离子体凹腔扩张段的左侧局部放大图；
[0024]图4为等尚子体诱导流动不意图；
[0025]图5为扩张段内流动示意图。
[0026]【本发明主要元件符号说明】
[0027]10-扩张段；
[0028]11-扩张段凹腔；12-法兰安装孔；
[0029]20-高压电源；
[0030]21-高压端；22-接地端；
[0031]30-高压电极；
[0032]31-第一个激励器的高压电极； 32-第二个激励器的高压电极；
[0033]33-第三个激励器的高压电极； 34-第四个组激励器的高压电极；
[0034]35-第五个激励器的高压电极；
[0035]40-接地电极；
[0036]41-第一个激励器的接地电极； 42-第二个激励器的接地电极；
[0037]43-第三个激励器的接地电极； 44-第四个组激励器的接地电极；
[0038]45-第五个激励器的接地电极；
[0039]50-电极连线；
[0040]51-高压电极接线柱；52-高压电极汇合线；
[0041 ]53-接地电极汇合线；54-接地电极接线柱。
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的附图标记。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明而非用来限制本发明的保护范围。
[0043]本发明公开了一种等离子体凹腔扩张段，在燃烧器出口安装扩张段，可使火焰收缩在较小的范围内，增强火焰团之间活性基团及能量的传输，可以对增强燃烧稳定性发挥重要作用而且还可以显著降低火焰噪声。扩张段采用较小的扩张角有利于火焰的稳定，但会导致剩余的未燃反应物在火焰下游进一步燃烧，火焰结构变长，不利于掺混及排放的控制，同时降低了出口温度的均匀性；扩张段采用较大的扩张角，能够使回流区变短变粗，有利于减小燃烧室的轴向尺寸，但是扩张角过大时会使火焰抖动剧烈，不利于火焰的稳定性。本发明通过在扩张段上设置凹腔，并且在凹腔里布置多组等离子体激励器，凹腔内形成的回流区可以稳定燃烧，通过等离子体诱导流动加强凹腔里漩涡流动的强度、以及电离产生的活性基团，可以促进燃烧区流体掺混、改善燃烧状态、增强燃烧稳定性、缩短火焰长度，达到拓宽燃烧器稳定运行范围、提高燃烧效率、减小燃烧室轴向尺寸的效果，解决大角度扩张段出现的燃烧不稳定问题，还可以