燃料不充分燃燒,不僅會造成資源浪費,還會產(chǎn)生有害物質(zhì),造成環(huán)境污染。等離子體助燃是一種新型助燃技術(shù)。在氣體放電過程中會電離出大量的活性自由基、激發(fā)態(tài)組分等高活性的粒子,這些活性粒子能夠大大促進(jìn)燃料的燃燒。伴隨放電產(chǎn)生的離子風(fēng)可作為一種輔助手段,將這些活性粒子送往燃燒區(qū),加速化學(xué)反應(yīng)。
近年來已經(jīng)有學(xué)者將離子風(fēng)用于助燃領(lǐng)域。離子風(fēng)將氣體放電生成的活性粒子推向火焰的預(yù)熱區(qū),加速了化學(xué)反應(yīng),增加火焰的穩(wěn)定性。B. N. Ganguly等在火焰附近施加直流電場,預(yù)熱火焰區(qū)域的活性自由基密度高達(dá)10 11/cm3,使燃燒得以強(qiáng)化。E. N. Volkov等]研究了電場對火焰熱聲行為的影響,火焰在電場作用下向燃燒器移動,燃燒器表面溫度升高,燃燒更加穩(wěn)定。Zhang Yang等的交流場對火焰的影響實驗研究顯示,電壓會對火焰造成一定程度的影響,離子風(fēng)在低壓段的作用明顯,它可以增強(qiáng)燃料與空氣的混合,以促進(jìn)燃燒。
圖1所示為J. Kuhl等采用環(huán)形電極放電影響層流預(yù)混火焰,研究結(jié)果表明,離子風(fēng)可將活性粒子和新鮮空氣送入燃燒區(qū),并將火焰推至燃燒器,提高了廢氣溫度,擴(kuò)大了最高溫度的區(qū)域范圍,從而促進(jìn)燃燒,減少了有害氣體的排放。
圖1 直流電場對預(yù)混火焰影響示意圖
雖然理論上離子風(fēng)在等離子體助燃領(lǐng)域的確可以起到較好的輔助作用,但相關(guān)技術(shù)還不夠成熟,在實際應(yīng)用中還需要解決以下兩個問題:①離子風(fēng)助燃作用主要是向燃燒區(qū)輸送氧氣和帶電粒子,因此將氣體放電產(chǎn)生的高濃度活性粒子定向送至燃燒區(qū)非常關(guān)鍵。②如何確定最優(yōu)的電極方案和運行條件,使燃料與氧氣充分混合,提高燃燒效率。
由于火焰本身屬于等離子體,因此火焰中存在大量的帶電粒子,在燃燒器附近設(shè)置交流電場,擴(kuò)大燃燒區(qū)的面積,這樣可以擴(kuò)大離子風(fēng)攜帶的氧氣和帶電粒子與火焰的接觸面積,以提高燃燒效率。
以上研究成果發(fā)表在2021年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》,論文標(biāo)題為“離子風(fēng)的應(yīng)用研究進(jìn)展”,作者為張明、李丁晨 等。