[实用新型]氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气旋流燃烧装置

说明书

本实用新型公开了一组氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气旋流燃烧装置，通过微波放电和旋流燃烧的协同作用，在大气压条件下，实现氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气混合气体的高效燃烧。该装置包括微波功率源、微波防回流装置、三销钉调配器、转换波导、微波谐振腔体和旋流燃烧器；微波功率源驱动微波放电，微波依次经过微波防回流装置、三销钉调配器和转换波导后，进入微波谐振腔体，在微波谐振腔体内形成大气压氩气微波放电等离子体；甲烷和空气从气体入口切向进入旋流燃烧器，在微波氩气放电等离子体的辅助下甲烷和空气在旋流燃烧器内燃烧。

技术领域

本实用新型涉及一种氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气旋流燃烧装置。

背景技术

化石能源危机是现代社会发展面临的重要问题。随着化石燃料储量的急剧减少，如何高效地使用化石燃料已成为人类社会亟需解决的重要课题。

贫燃料预混燃烧(Lean Premixed Combustion)技术作为一种高效、低污染的燃烧技术，近些年受到国内外研究人员的广泛关注。贫燃料预混燃烧的热效率高、CO与NO_x的排放低，具有良好的燃烧经济性和燃烧效果。然而，当燃料与空气的比例接近稀薄燃烧极限(燃料与空气的质量比1:25)时，启动燃烧所需的能量增加，火焰传播速度降低，火焰的稳定性减弱，限制了低燃料空气比下燃料与空气的预混燃烧。

等离子体可以在多种混合气体氛围和宽广气压范围内由气体放电产生，富含电子、离子、自由基、激发态原子与分子等活性组分。等离子体辅助燃烧是提高燃烧效率的新兴科学技术，其辅助燃烧作用主要由热效应、输运效应和动力学效应提供。对于热效应，来自外部电源的输入功率作为热源，可以提高化学反应和燃料氧化的速率；对于输运效应，等离子体可以产生离子风和瑞利不稳定性，能改变燃烧器内的局部流动状态；对于动力学效应，等离子体产生的高能电子与离子能促进活性粒子与基团(例如O、H和OH)的产生，改变燃烧过程的化学动力学路径。因此，等离子体辅助燃烧具有广阔的市场应用前景和重要的科学研究意义。

微波放电是在微波功率源的激励下，由波导或传输线传导微波能量，在微波谐振腔体内形成非平衡放电等离子体的气体放电。相对于其他形式的气体放电，微波放电具有均匀、稳定、能量转化效率高、无电极污染、带电粒子和活性粒子密度高等优点。

发明人在研发过程中发现，现有的气体放电技术存在以下技术问题：

(1)低气压下实现稳定的气体放电相对简单，但是无法在大气压下产生大面积均匀的放电等离子体。

(2)现有的旋流燃烧器比较复杂，且大部分需要额外的机械控制部件。

(3)现有的微波谐振腔体损耗大，量级小，色散也小。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气旋流燃烧装置，通过微波放电和旋流燃烧的协同作用，在大气压条件下，实现氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气混合气体的高效燃烧。

一种氩气微波放电等离子体辅助甲烷空气旋流燃烧装置，该装置包括依次连接的微波功率源、微波防回流装置、三销钉调配器、转换波导和微波谐振腔体；

微波功率源驱动微波放电，微波依次经过微波防回流装置、三销钉调配器和转换波导后，进入微波谐振腔体，在微波谐振腔体内形成大气压氩气微波放电等离子体。

作为本公开的进一步技术方案，所述微波防回流装置包括水负载和定向耦合器，微波经过水负载匹配负载后，通过定向耦合器将匹配负载后的微波定向传导至三销钉调配器。

作为本公开的进一步技术方案，所述水负载还连接有用于使水负载保持恒温的循环水系统。