技术领域
[0001] 本发明涉及高端装备领域，具体涉及一种周向分布多路滑动弧点火器及其运行方法，用于新型零碳燃烧器的点火。
相关背景技术
[0002] 气候变化是地球环境的主要威胁之一，从化石能源排放到大气中的二氧化碳加剧了全球变暖。当前，电力和热力生产行业占全国碳排放量最高。
[0003] 为降低化石能源的碳排放，需要大力发展绿色新能源，包括光伏、风电等，由于风能和太阳能随机波动性强，新能源利用率低，造成资源浪费，因此需要储能技术进行削峰填谷。氢能作为储能技术的一种，具有绿色、高效、无碳排放、存储时间长等优势，是未来能源体系中的重要组成部分，有助于加快高耗能、高碳排放产业绿色低碳转型。然而氢能的大规模应用，亟需突破低成本高效率的燃料电池技术和低成本安全的氢气储运技术，其中氢气储运的安全性差和成本高成为氢能发展的主要难关。
[0004] 氨作为氢的载体，具有能量密度高、储运成本低、安全性高等特点，有望突破氢能发展的瓶颈。但是氨燃料在应用过程中，存在火焰传播速度低、点火困难、火焰稳定性差、NOx排放高等问题，亟需解决。
[0005] 本领域学者对氨点火困难和火焰稳定性差问题开展了深入研究，包括氨中掺入化石燃料、氨掺氢、富氧燃烧、等离子体助燃等技术和分级燃烧技术，其中氨中掺入化石燃料可有效提高燃料的火焰传播速度，但不能彻底解决碳排放问题；氨掺氢燃烧可提高火焰传播速度，且无额外碳排放，但氢气的储运或在线裂解氨制氢技术需要进一步研究；富氧燃烧技术难度低，成本高，大大降低了氨燃烧的经济性而失去竞争优势。等离子体可通过热效应、化学效应和输运效应强化燃烧，可有效降低点火延迟时间，提高火焰传播速度，专利“一种航空发动机燃烧室滑动弧等离子体值班火焰头部”，申请号为CN202111216787.1的中国专利申请，其燃油喷嘴位于阴极套筒内，在旋流器出口产生滑动弧放电，改善了出口温度场品质，提高了航空发动机涡轮使用寿命；专利“一种小型航空发动机滑动弧等离子体点火助燃头部”，申请号为CN202310867333.3的中国专利申请，其结构更加紧凑，提高了等离子体放电活性粒子和利用率；专利“一种基于内外涵压力差自引气的高旋流度滑动弧激励器”，申请号为CN202311857799.1的中国专利申请，其激励器通过在内部形成高旋流内流，降低电极烧蚀，增加了滑动弧与燃料的接触时间和面积，但以上均为单路滑动弧点火器，其功率受限于电极寿命，功率不高，点火性能有限，而且瞬时只存在一路滑动弧，其放电面积小，无法满足高流速下的氨燃烧器点火。
[0006] 在多路滑动弧点火器方面，专利“一种单双路结合的三维旋转滑动弧等离子体激励器”，申请号为CN202110298162.8的中国专利申请，内外两组旋流器分别对应一组电极，可同时产生两路滑动弧，拓宽航空发动机燃烧室的点火边界，提高燃烧效率；专利“一种可变的滑动弧等离子体中心分级燃烧室头部”，申请号为CN202310426844.1的中国专利申请，分别在主燃级和值班级布置电极，产生两路滑动弧，且旋流器可拆卸更换，具有结构简单、可靠性高、耗费少的优点；上述两个专利为径向分级两路滑动弧，滑动弧弧根在面上移动，具有较高寿命，但其滑动弧只有两路；专利“并联式多路滑动弧等离子体点火器及超燃冲压发动机”，申请号为CN202110894721.1的中国专利申请，利用多个钨针电极作为多个放电阳极，产生多路滑动弧和大面积放电，可以产生多路滑动弧，但弧根维持在钨针针尖上，电极寿命不高。
[0007] 上述多路滑动弧点火器受限于滑动弧功率和点火器寿命，依然无法满足高流速下氨燃烧器点火需求，易出现燃烧不充分导致的氨逃逸问题，特别是在大功率燃烧器中通入燃料为液氨，对点火器的点火性能提出了更高的要求。
[0008] 针对上述滑动弧点火器功率、点火器寿命以及氨燃烧器点火问题，本发明提出了一种周向分布多路滑动弧点火器方案，可有效解决高流速下氨点火困难，燃烧不稳定、不充分等问题。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0028] 根据本发明的一个实施例，如图1‑2所示，一种周向分布多路滑动弧点火器，包括单路滑动弧点火器1、第一套管2、第二套管3、第一旋流器4、点火器安装座5、多路滑动弧点火器绝缘基座6、第三套管7、高压电极8、导流罩9、第二旋流器10、低压电极11、第三旋流器12、第四旋流器13和多路滑动弧14，其中所述高压电极8和低压电极11分别连接电源的高压和低压端；所述单路滑动弧点火器1位于多路滑动弧点火器前端中心，套嵌进第一旋流器4里，与第一套管2和导流罩9保持通气通道；所述第一套管2和导流罩9分别安装在点火器安装座5上，所述低压电极11安装在点火器安装座5上，与导流罩9保持通气通道，并在通道中设置第二旋流器10；所述多路滑动弧点火器绝缘基座6套装在点火器安装座5上，与低压电极11保持通气通道，并在通道中设置第三旋流器12；所述高压电极8嵌套在多路滑动弧点火器绝缘基座6上，并与低压电极11保持放电距离；所述高压电极8和低压电极11分别连接电源的高压和低压端；所述多路滑动弧14位于高压电极8和低压电极11之间；所述第三套管7套装在多路滑动弧点火器绝缘基座6上，与多路滑动弧点火器绝缘基座6保持通气通道，通道中设置有第四旋流器13。所述单路滑动弧点火器1可以为现有单路滑动弧点火器。
[0029] 进一步的，所述第一进气口2‑1设置在单路滑动弧点火器1与第一套管2间的通气通道间；所述第二进气口3‑1置于第二套管3的圆筒壁面上；所述第三进气口6‑2置于多路滑动弧点火器绝缘基座6上；所述第四进气口7‑1置于第三套管7上。
[0030] 进一步的，所述现有单路滑动弧点火器1、第一套管2、第二套管3、点火器安装座5、多路滑动弧点火器绝缘基座6、第三套管7、导流罩9、低压电极11均保持同轴。
[0031] 进一步的，所述低压电极11在靠近高压电极8的一端的形状，呈现沿周向不规则周期性重复，其周期重复个数N为3，且与多路滑动弧个数一致；所述低压电极11的形状在一个周期内呈现两端距离高压电极8远，中间距离高压电极8近，以实现滑动弧产生于中间位置，熄灭于两端位置。
[0032] 进一步的，所述高压电极8为扇形结构，且外表面为锥面，其外形尺寸与多路滑动弧点火器绝缘基座6所开设的槽一致，高压电极8沿周向分布N个，且高压电极8间通过多路滑动弧点火器绝缘基座6实现相互绝缘，高压电极8间的绝缘间距大于等于15mm，以实现各个高压电极8独立放电；所述高压电极8间的绝缘部分与低压电极11的一个重复周期的两端对应，使得滑动弧在两端位置熄灭。
[0033] 进一步的，所述高压电极8通过在高压线缆槽6‑1放置的高压线连接至电源，且多路滑动弧点火器绝缘基座6上的高压线缆槽6‑1个数与高压电极8个数一致。
[0034] 进一步的，所述点火器安装座5设有若干导气孔5‑1，分别连接第二套管3与第一套管2间的通气通道以及导流罩9与低压电极11间的通气通道。
[0035] 进一步的，所述滑动弧点火器的具体运行方法为：
[0036] 1）开启第一进气口2‑1、第二进气口3‑1分别通入氨气、空气，并分别达到设定流量；
[0037] 2）开启现有单路滑动弧点火器电源，达到设定功率，点燃第一进气口2‑1通入的氨气；
[0038] 3）开启第三进气口6‑2、第四进气口7‑1分别通入空气和氨气，并分别达到设定流量；
[0039] 4）开启多路滑动弧点火器电源，达到设定功率，产生多路滑动弧14，点燃第四进气口7‑1通入的氨气。
