离子点火装置及火焰检测系统 |
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| 申请号 | CN201611250097.7 | 申请日 | 2016-12-29 | 公开(公告)号 | CN106838984A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 钟贵全; 郭科宏; 宋敏洁; 王东方; 杨玉地; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种离子点火装置及火焰检测系统。离子点火装置包括：绝缘 套管 、点火 电极 和管状的喷头。绝缘套管的管壁上设有通孔，点火电极设在绝缘套管内，点火电极的外周上设有伸出通孔的凸刺，凸刺的自由端形成为尖端。喷头外套在绝缘套管上，喷头的内周壁与尖端间隔开，喷头的套设凸刺的部分构成火花区。其中，点火电极构成 阴极 ，喷头构成 阳极 ，通电后阳极与阴极之间可形成电火花，可燃气体可在喷头内被电火花点燃。根据本发明的离子点火装置，具有耐高温、高灵敏度的特点，点火更加简便、点火电极灵敏度更高、点火更加容易，可防止电极丝长期被火焰 烘烤 变形 等。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种离子点火装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 离子点火装置及火焰检测系统技术领域[0001] 本发明涉及离子体产生及火焰检测技术领域，尤其是涉及一种耐高温高灵敏度离子体点火装置及火焰检测系统。 背景技术[0002] 近年来，随着蓄热式高温空气燃烧技术的迅猛发展，蓄热式高温空气燃烧器的点火装置变得尤其重要。目前蓄热式高温空气燃烧器多采用离子体点火装置进行点火，但工程项目中应用的点火烧嘴主要存在点火困难，易回火、脱火和灭火，火焰刚度不强，火焰检测信号不稳定导致火焰检测控制系统误判等问题，尤其对于点火燃烧室较长的点火烧嘴，其点火电极丝往往伸出较长，在点火火焰的长时间烘烤下，容易变形弯曲，导致再次点火困难，点火不成功。 [0003] 相关技术中公开了一种点火烧嘴，其特点在于通过设置旋流器，从空气进口进入的空气可在旋流器的作用下旋流进入烧嘴喷头内，使得火焰燃烧稳定、不回火、脱火、火焰刚度强，通过设置点火杆，火焰检测信号稳定(火焰检测电流高，平均在15μA以上)，且通过点火控制箱与燃烧控制系统连锁，能够实现自动点火。 [0004] 这种点火烧嘴，可采用液化气、天然气等燃料进行点火燃烧，但为了实现稳定点火，其点火电极丝伸出较长，在点火火焰长时间烘烤作用下，点火电极丝容易被烧变形、弯曲，一旦阴极电极丝与阳极套管接触，便无法实现点火。 发明内容[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种火焰检测系统，该火焰检测系统可保证离子点火装置燃烧稳定。 [0007] 根据本发明的离子点火装置，包括：绝缘套管，所述绝缘套管的管壁上设有通孔；点火电极，所述点火电极设在所述绝缘套管内，所述点火电极的外周上设有伸出所述通孔的凸刺，所述凸刺的自由端形成为尖端；管状的喷头，所述喷头外套在所述绝缘套管上，所述喷头的内周壁与所述尖端间隔开，所述喷头的套设所述凸刺的部分构成火花区；其中，所述点火电极构成阴极，所述喷头构成阳极，通电后阳极与阴极之间可形成电火花，可燃气体可在所述喷头内被电火花点燃。 [0008] 根据本发明实施例的离子点火装置，通过设置绝缘套管，绝缘套管的管壁上设有通孔，点火电极设在绝缘套管内，点火电极的外周上设有伸出通孔的凸刺作为阴极放电，从而放电电火花更大，点火更容易；离子点火放电电流更大，点燃燃气的适用范围更广，且火检信号更加稳定；燃气与空气在喷头内进行混合点火燃烧，燃烧温度高，火焰刚性强、不回火；点火电极加装绝缘套管，保护电极丝不被火焰烤弯。由此，离子点火装置具有了耐高温、高灵敏度的特点，点火更加简便、点火电极灵敏度更高、点火更加容易且可防止电极丝长期被火焰烘烤变形等等问题。 [0009] 在一些实施例中，所述绝缘套管的管壁上设有多组所述通孔，多组所述通孔沿所述绝缘套管的轴向间隔开设置，每组所述通孔中包括沿所述绝缘套管的周向间隔设置的多个所述通孔。 [0010] 在一些实施例中，离子点火装置还包括：外管，所述外管外套在所述点火电极上，所述外管与所述喷头对接连接；内管，所述内管位于所述外管内且外套在所述点火电极上；其中，所述内管内限定出内侧气体通道，所述内管与所述外管之间限定出外侧气体通道，所述内侧气体通道和所述外侧气体通道中的一个用于流通可燃气体，所述内侧气体通道和所述外侧气体通道中的另一个用于流通助燃气体。 [0011] 具体地，离子点火装置还包括：稳燃器，所述稳燃器设在所述喷头内且外套在所述点火电极上，所述稳燃器与所述内管对接，所述稳燃器上设有连通所述内侧气体通道和所述火花区的喷气孔。 [0012] 可选地，所述稳燃器上设有六至十个所述喷气孔，多个所述喷气孔环绕所述点火电极间隔开设置。 [0014] 具体地，所述喷头在邻近所述外侧气体通道的内周壁上设有导向凸台。 [0015] 进一步地，所述外管和所述内管在远离所述喷头的一端设有堵头以封堵所述外侧气体通道、所述内侧气体通道，所述外管上设有连通所述外侧气体通道的外侧进气口，所述堵头上设有连通所述内侧气体通道的内侧进气口，所述点火电极的远离所述喷头的一端从所述堵头内伸出。 [0016] 在一些实施例中，所述绝缘套管为陶瓷套管。 [0017] 根据本发明的火焰检测系统，用于检测根据本发明上述实施例所述的离子点火装置，所述火焰检测系统包括：火焰检测器，所述火焰检测器与所述点火电极电连接；用于控制所述离子点火装置的可燃气体及助燃气体的气体充入量的控制器，所述控制器与所述火焰检测器电连接以根据所述点火电极的电流大小调控气体充入量。 [0020] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0021] 图1是根据本发明实施例的离子点火装置的结构示意图； [0022] 图2是图1中绝缘套管与点火电极的结构示意图； [0023] 图3是图2中沿A-A方向剖面图； [0024] 图4是图2中沿B-B方向剖面图； [0025] 图5是根据本发明实施例的离子点火装置及火焰检测系统结构示意图。 [0026] 附图标记： [0027] 离子点火装置100、 [0028] 绝缘套管1、通孔11、点火电极2、凸刺21、喷头3、导向凸台31、 [0029] 内管4、内侧气体通道41、内侧进气口42、 [0030] 外管5、外侧气体通道51、外侧进气口52、 [0031] 稳燃器6、喷气孔61、旋流叶轮7、堵头8、密封连接件9、 [0032] 火焰检测系统200、火焰检测器210、点火控制箱211、火检指示灯212、电源指示灯213、故障提示灯214、控制器220。 具体实施方式[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0034] 下面参考附图描述根据本发明实施例的离子点火装置100。 [0035] 根据本发明实施例的离子点火装置100，如图1和图2所示，包括：绝缘套管1、点火电极2和管状的喷头3。绝缘套管1的管壁上设有通孔11，点火电极2设在绝缘套管1内，点火电极2的外周上设有伸出通孔11的凸刺21，如图3和图4所示，凸刺21的自由端形成为尖端。喷头3外套在绝缘套管1上，喷头3的内周壁与尖端间隔开，喷头3的套设凸刺21的部分构成火花区，喷头3的除火花区外的部分为非火花区。其中，点火电极2构成阴极，喷头3构成阳极，通电后阳极与阴极之间可形成电火花，可燃气体混合空气后，可在喷头3内被电火花点燃。 [0036] 其中，点火电极2也叫点火杆，把点火杆上加装绝缘套管1可有效保护电极丝，避免长期被火焰烘烤烧变形、弯曲，达到电极丝长寿命的要求。通过对点火电极丝的改造，使其可专用于点火火焰较长的工况。裸露电极丝通过在绝缘套管1上挖出多个通孔11，并设置尖端突起，用以作为阴极，工作时形成尖端放电，电极工作时，由于尖端放电原理，使得带有尖端的阴极与阳极喷头3之间更易形成电弧，产生电火花，这样点火更加快速、稳定。由于其放电更容易且具有长寿命的特点，所以其适用范围较广，不仅适用于高热值的燃气，而且对于热值较低的燃烧也可以点火成功，形成稳定的点火火焰。 [0037] 这样的离子点火装置100，可具有诸多优势：采用新型耐高温高灵敏度离子点火杆可有效解决电极丝长期被火焰烘烤变形致使点火失败的问题；采用新型耐高温高灵敏度离子点火杆点火灵敏度更高，可有效提高点火成功率。 [0038] 根据本发明实施例的离子点火装置100，通过设置绝缘套管1，绝缘套管1的管壁上设有通孔11，点火电极2设在绝缘套管1内，点火电极2的外周上设有伸出通孔11的凸刺21作为阴极放电，从而放电电火花更大，点火更容易；离子点火放电电流更大，点燃燃气的适用范围更广，且火检信号更加稳定；燃气与空气在喷头3内进行混合点火燃烧，燃烧温度高，火焰刚性强、不回火；点火电极2加装绝缘套管1，保护电极丝不被火焰烤弯。由此，离子点火装置100具有了耐高温、高灵敏度的特点，点火更加简便、点火电极2灵敏度更高、点火更加容易且可防止电极丝长期被火焰烘烤变形等等问题。 [0039] 在一些实施例中，如图2所示，绝缘套管1的管壁上设有多组通孔11，多组通孔11沿绝缘套管1的轴向间隔开设置，每组通孔11中包括沿绝缘套管1的周向间隔设置的多个通孔11。多组通孔11的设置，相应地在点火电极2的外周上设置多组凸刺21，形成多组阴极，这样喷头3与点火电极2之间在通电后可形成规则排布的多组电火花，从而保证点火可靠、点燃后火焰燃烧稳定。 [0040] 这里绝缘套管1的管壁上通孔11的设置形式有多样，例如，每组的多个通孔11与相邻组的多个通孔11对应排列，也可以如图2-图4所示的每组的多个通孔11与相邻组的多个通孔11错开排列。 [0041] 在一些实施例中，离子点火装置100还包括：外管5和内管4，外管5外套在点火电极2上，外管5与喷头3对接连接，内管4位于外管5内且外套在点火电极2上。其中，内管4内限定出内侧气体通道41，内管4与外管5之间限定出外侧气体通道51，内侧气体通道41和外侧气体通道51中的一个用于流通可燃气体，内侧气体通道41和外侧气体通道51中的另一个用于流通助燃气体。为简化描述，下文中均称内侧气体通道41中流通可燃气体，外侧气体通道51中流通助燃的空气。 [0042] 这样点火电极2外套有两层气体通道，流向喷头3的气体可冷却点火电极2，保护绝缘套管1和点火电极2不被高温火焰烧坏。即这样设置的离子点火装置100，可对点火电极2和绝缘套管1形成气体冷却保护。 [0043] 具体地，如图1所示，离子点火装置100还包括：稳燃器6，稳燃器6设在喷头3内且外套在点火电极2上，稳燃器6与内管4对接，稳燃器6上设有连通内侧气体通道41和火花区的喷气孔61。 [0044] 其中，稳燃器6设置在喷头3的非火花区内，稳燃器6的喷气孔61朝向火花区设置，即内侧气体通道41内的可燃气体可通过稳燃器6喷向阴极与阳极之间。 [0045] 稳燃器6的设置可使内侧气体通道41内气体排出稳定，保证喷头3内空气与可燃气体能以设定比例混合，避免空气量过多导致的无法点燃，也避免空气量过少导致燃烧不足的问题。另外，设置稳燃器6可将内侧气体通道41与火花区隔离开，避免火焰窜入内侧气体通道41内。 [0046] 可选地，稳燃器6上设有六至十个喷气孔61，多个喷气孔61环绕点火电极2间隔开设置。这样设置，可保证稳燃器6向喷头3的火花区内均匀射出可燃气体，进一步保证可燃气体燃烧的稳定、充分。 [0047] 在一些实施例中，如图1所示，离子点火装置100还包括：旋流叶轮7，旋流叶轮7设在外侧气体通道51的朝向火花区的一侧。这样设置，可使外侧气体通道51内的气体形成旋流气流，这样气体可均匀快速射入喷头3中。 [0048] 在图1中，旋流叶轮7设在喷头3的非火花区内，且旋流叶轮7邻近稳燃器6设置，甚至旋流叶轮7外套在稳燃器6上，旋流叶轮7运转时，不仅外侧气体通道51喷入的气体可形成旋流气体，旋流气体也可带动喷气孔61喷出的气体形成旋流，从而可燃气体与空气可充分混合，保证可燃气体充分燃烧。 [0049] 具体地，如图1所示，喷头3在邻近外侧气体通道51的内周壁上设有导向凸台31，这样，从外侧气体通道51内排出的气体可朝向点火电极2的方向导向，保证气体引导至产生电火花的位置处。 [0050] 在图1中，导向凸台31设在喷头3的火花区与非火花区的连接处，且导向凸台31位于旋流叶轮7的远离外侧气体通道51的一侧。导向凸台31的朝向旋流叶轮7的侧面，形成为远离该旋流叶轮7且朝向点火电极2的中心轴线延伸的锥面，旋流叶轮7吹出的外侧气体可被导向凸台31导向点火电极2，从而保证气体可充分混合燃烧。 [0051] 在图1中，外管5与管状的喷头3之间连接有外侧过渡管，内管4的朝向喷头3的一端连接有内侧过渡管，稳燃器6和旋流叶轮7均连在该内侧过渡管上。 [0052] 进一步地，如图1所示，外管5和内管4在远离喷头3的一端设有堵头8，堵头8用以封堵外侧气体通道51、内侧气体通道41，外管5上设有连通外侧气体通道51的外侧进气口52，堵头8上设有连通内侧气体通道41的内侧进气口42，点火电极2的远离喷头3的一端从堵头8内伸出。 [0053] 堵头8的设置，起到了固定绝缘套管1、点火电极2、内管4和外管5的作用，而且堵头8还能密封外侧气体通道51和内侧气体通道41，不仅结构简单，而且也能保证密封性。 [0054] 具体地，堵头8形成为环形，内管4与环形堵头8的内周壁紧密配合以密封，堵头8的周壁上设有内侧进气口42。外管5与环形堵头8的外周壁紧密配合以密封。在图1中，套有绝缘套管1的点火电极2从环形的堵头8中穿过，且与堵头8之间设有密封连接件9以形成密封连接。 [0055] 在一些实施例中，绝缘套管1为陶瓷套管，采用陶瓷制作绝缘套管1，不仅成本较低，且绝缘套管1质地坚实、紧密，材料耐高温、耐冲击能力强。 [0056] 下面参考图1-图5，描述根据本发明实施例的火焰检测系统200。 [0057] 根据本发明实施例的火焰检测系统200，用于检测根据本发明上述实施例所述的离子点火装置100，参照图1-图4，离子点火装置100的结构已由上述实施例说明，这里不再赘述。 [0058] 火焰检测系统200包括：火焰检测器210和控制器220，控制器220用于控制离子点火装置100的可燃气体及助燃气体的气体充入量，火焰检测器210与点火电极2电连接，控制器220与火焰检测器210电连接以根据点火电极2的电流大小调控气体充入量。 [0059] 由此，根据本发明实施例的火焰检测系统，火焰检测器210可根据火检信号强弱所形成的火检电流大小反馈回控制器220，控制器220分别通过调节空气和燃气阀门达到稳定燃烧火焰的目的，实现合理燃烧。 [0060] 为便于理解，下面结合图1-图5所示实施例描述一个实施例中离子点火装置100的结构、工作原理，及火焰检测系统200的结构、工作原理。 [0061] 1)图1即为耐高温高灵敏度的离子点火装置100，装置依次包括点火电极2、密封连接件9、堵头8、燃气进口42、外管5、内管4、稳燃器6、喷头3、点火电极2的凸刺21、空气进口52和旋流叶轮7。 [0062] 2)堵头8上有一个开孔做为煤气进口42；内管4安装在堵头8上，作为煤气通道；外管5上有一个开孔作为空气进口52；外管5安装在堵头8上作为空气通道；点火电极2与密封连接件9组合到一起，然后安装在堵头8上；稳燃器6安装在内管4上，且稳燃器6的出口端面上有环周向孔，共6～10个作为燃气的喷气孔61，可共8个作为燃气的喷气孔61；喷头3安装在外管5上，且在与稳燃器6结合位置安装有旋流叶轮7，用以形成旋流的空气气流；带尖端的凸刺21安装在点火电极2上，作为阴极与喷头3(阳极)之间形成电火花，进而点燃空气-燃气的混合气体。 [0063] 3)耐高温、高灵敏度、火焰检测小流量的离子点火装置100及火焰检测系统200如图5所示，燃气和空气在点火烧嘴的喷头3处充分混合，通过点火电极2点火后燃烧，燃烧后在喷头8的火花区形成火焰，并通过点火控制箱211上火检指示灯212现场显示和远传至控制器220，(该点火控制箱211上还设有电源指示灯213和故障提示灯214)，根据火检信号强弱所形成的火检电流大小反馈回控制器220，控制器220分别通过调节空气和燃气阀门达到稳定燃烧火焰，实现合理燃烧。 [0064] 4)点火电极作为传统的电极伸出部分均是电极丝裸露在外，为了实现稳定点火，往往裸露电极丝较长(长度约20cm)，这样在点火火焰长期的烘烤之下，裸露电极丝会变形弯曲，弯曲的电极丝一旦接触到作为阳极的喷头，就形成短路，火焰检测信号丢失，便无法点火成功。 [0065] 而本发明实施例中，新型耐高温高灵敏度离子点火装置100及火焰检测系统200完美地解决了这个问题。其方案为在伸出裸露电极丝上安装陶瓷套管，用以保护电极丝不被烧弯，然后在陶瓷套管上等距离的挖一些小孔，露出电极丝，为了放电更容易，在每一个小孔上又安装有尖端突起，尖端突起的底部与电极丝焊接在一起，而尖端向外作为放电阴极，由尖端放电原理可知，虽然伸出电极丝被陶瓷套管包裹，但裸露的尖端更易放电，产生电火花更容易，燃气更易被点燃； [0066] 5)陶瓷套管为空心管，用以通过冷却空气，防止绝缘套管1和点火电极2被烧坏； [0067] 6)空气管喷出端设置有旋流叶轮7，用于充分混合空气与燃气，使混合气体更易被点燃。 [0068] 在一个具体实施方案中，离子点火装置100设置耐高温高灵敏度的点火杆，具有长寿命火焰检测功能；火焰检测信号稳定，能通过点火控制箱211上火检指示灯212与控制器220连锁实现自动点火，并根据火焰检测电流大小自动调节燃气和空气阀，使火焰检测电流平均在15μA以上，确保系统安全稳定运行；由特殊设计的旋流叶轮7和烧嘴喷头3，能适应较小流量(小于1m3/h)燃气与空气的完全外部混合点火，且燃烧稳定，不回火、脱火。 [0069] 因此根据本发明实施例具有如下特性： [0070] 1)本发明的目的是提供一种耐高温-高灵敏度离子点火装置100及火焰检测系统200，通过对点火电极丝的改造，使其专用于点火火焰较长的工况； [0071] 2)本发明采用的新型耐高温高灵敏度的离子点火装置100，由于在点火电极丝伸出段加装了陶瓷套管，致使电极丝在点火火焰的烘烤下不再弯曲，达到电极丝长寿命的要求； [0072] 3)本发明采用的新型耐高温高灵敏度的离子点火装置100，通过在电极丝伸出段套管上钻出一排有序排列的孔，且每个孔均有尖状金属突起，其底部与电极丝焊接在一起，电极工作时，由于尖端放电原理，使得带有尖端的阴极与阳极套管之间更易产生电火花，这样点火更加快速、稳定； [0073] 4)本发明采用的新型耐高温高灵敏度的离子点火装置100，由于其放电更容易且具有长寿命的特点，所以其适用范围较广，不仅适用于高热值的燃气，而且对于热值较低的燃烧也可以点火成功，形成稳定的点火火焰。 [0074] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0075] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0076] 在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |
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