点火装置喷嘴的种类、特点及应用

一、直接点火方式

直接点火方式是采用点火器(喷嘴或火花塞)直接点燃主燃料的方式。喷嘴上放出火花能量是点火线圈(点火变压器)提供的，目前已有低能和高能点火装置。低能点火装置的点火电压也有高低差别，但它们的火花能量很小(仅几十毫焦)，点火频率很高。可以配用间隙火花喷嘴(火花塞)、沿面电嘴(沿电嘴头部的陶瓷表面放电)、电蚀喷嘴(滑电蚀层表面放电)。前一种电嘴广泛应用于小型燃油(轻油)燃气工业炉、锅炉、汽油机和燃气机燃烧装置的点火；后两种在前苏联航空发动机上采用。

高能点火装置是为了适应航空发动机高空状态下，且低温、低压恶劣条件下直接再点火要求而研制的。再点火即发动机在高空偶然熄火时，不必降低太多高度(有再点火高度规定)就可重新点火启动，因此必须具有很大点火能量才能可靠。高能点火装置采用电感或电容储能方式，多为电容式。一般配用半导体喷嘴，它是在喷嘴头部锒嵌半导体材料，在半导体表面释放高能火炬。半导体喷嘴克服了间隙火花电嘴受高空低气压下放电能量下降，以及电极污染(沾油或积炭)影响放电的弊端。日前已广泛应用于航空发动机燃烧室，同时也被燃用柴油、重油的大型工业炉和锅炉燃烧器采用。为满足汽车发动机向高转速、高压缩比、大功率、低油耗和低排放的发展，也采用较高点火能量的电子点火装置，点火能量可达100MJ。

二、间接点火方式

间接点火方式是先用电嘴点燃点火烧嘴(或称预燃室)内燃料，形成火舌，然后再点燃主燃料，因此又称为多级点火或火炬点火。间接点火与直接点火相比，它的点火能量特别大，可咀用于燃用难于点燃的燃料的燃烧器，如大型燃用煤粉，煤浆的工业锅炉燃烧装置；也可用于点火条件特别恶劣的情况下，如航机高空点火时不采用高能点火装置，可采用低能点火装置先点燃工作条件较好的预燃室，再去点燃燃烧室或加力燃烧室。另外在燃用煤粉的工业炉中，不仅用点火喷嘴作为点火源，而且也在锅炉低负荷、炉温过低时用来维持煤粉火炬的稳定燃烧。煤粉炉的点火烧嘴(或称油轮)的最小容量(能量)约为主燃料喷口设计输入热功牢的1％-2％，约为580kw(2l00mJ／h)以上。典型的煤气点火烧嘴在点火烧嘴内安装有火焰棒，可以作为熄火监视、报警的安令装置。

煤粉炉在冷炉启动时，用于点火的耗油量一般每小时约为锅炉额定燃烧发热量的1／3，须持续数小时，待炉膛各处均达到高温后，才能切换成烧煤粉，因此耗油量相当可观。因此可见，开发少用或不用油的煤粉点火燃烧器是十分必要的，所示即为清华大学开发的带预燃室的煤粉燃烧器。它采用了旋流数S=0.28的低旋流强度一次风，在一次风、预燃室的进口锥形端盖和根部内二次风的共同作用下，形成了特殊的煤粉浓度和温度分布，在返流区边缘形成集中富煤粉着火源，保证了煤粉气流的直接、稳定点燃，并且与炉膛内空气分级燃烧相结合，又有效地抑制了NO的生成。在航空燃气轮机的燃烧室和加力燃烧室上采用的问接点火器也称为预燃室，其结构形式和具体方案也有多种。

我们示出的一般燃烧室上采用的预燃室，在其半球形壳体内安装有启动（一般小流量的单路压力雾化喷嘴）和点火电嘴（一般为低能点火装置及电嘴），有的还有补氧喷嘴以提高再点火高度（如WP7补氧后再点火高度由9km增至12km）。点火器安装在燃烧室外机匣上，从裙部小孔进入环道空气，其喷嘴喷出的火舌进入燃烧室头部区。

我们示出的是法国阿都斯特发动机采用的点火器，它将启动(直射式喷嘴)与点火电极组合在一个圆管内，也是管壁下部小孔引入空气．同样可以产生一个火炬。

航机加力燃烧上采用间接点火器有多种方案：

1、预燃室式它类似于燃烧室的预燃室，只是空气引入方式不同，它是由发动机压气机机匣上引入高压气，并经过一个汽化器，形成油气混合物再进入点火器。预燃室在加力燃烧室上安装方式有两种：一是安置在燃烧窜中心，称为中心预燃室(如WP一7发动机)；二是安置在加力简体上，由支板连接预燃室，称为旁路预燃室(如J79等发动机)。

利用旁路点火器方案和燃烧室坝燃宇结构而构思的一项：专利技术《工业炉燃烧器的点火器》，即旁路火炬点火器，它成功地应用于大型自动覆油燃烧器。它也可以府用燃用煤粉和煤浆的工业炉。

2、热射流点火及催化点火器

它们的工作特点在前面已概述了，它们虽然工作原理上与一般预燃窜有些差别，没有采用点火喷嘴，但是它们仍归属火炬点火器。

三、改善点火性能的措施

点火装置仅提供了高温点火源，燃烧装置能否点火成功，还必须为点火源向周围混气传焰创造条件。也就是说燃烧装置要迅速可靠点火启动，还必须采取一些措施或提供一定条件，也可谓影响点火的冈素。改善点火性能的措施如下：

1、点火时，点火区混合气流动速度要低，在工业炉、锅炉上的燃烧器(或喷嘴)多采用减小风门开度；在燃气轮机主燃烧室上采取低转速下启动点火；在航空发动机加力燃烧室上采取关小可调喷口。这样一方面是为了稳定启动火苗和传焰；另一方面是为了整台设备或机组启动平稳安全。但点火成功后，如大油量时，必须开大风门或喷口或提高转速，防止压力和温度突升而损坏设备。一般均由自动启动控制系统执行。

2、点火区内可燃混气的温度、压力要合适。一般温度越高，越有利于点火和传焰。

3、点火喷嘴头部伸入位置要与混气浓度、燃料喷射锥角匹配合适，一般点火区混气浓度偏富，即a=0.1～0.2；喷嘴头部处于燃料喷射锥边界上。通常可通过调试时移动电嘴的轴向、径向位置或改变插入角度，确定最佳位置。

4、为防止电嘴被烧坏，喷嘴头部不应置于火焰中，或加装电嘴自动提升机构。

5、采用点火电极时在组装或拆装时要按使用说明书调整火花间隙。

6、大型燃烧装置、燃气轮机燃烧章上沿周向要有两个以上点火喷嘴或点火器，确保可靠启动点火。一般安装在下侧方位置。

7、有些燃料不能直接被点燃，如重油、渣油、煤燃料、超低热值气体燃料等，一般采取点火时先供给柴油或天然气，然后再行切换；或者采用另供点火性能好的燃料的点火枪（或预燃室）作为点火源，甚至伴烧(也称常明灯)。还有的燃烧装置点火时的点火条件很恶劣，如航空发动机高空再点火时，点火区处于低压、低温、高速，除了增大点火能量外，还必须采取其他措施（如降低飞行高度），以改善点火条件。

8、点火启动前或点火失败后，必须吹扫积存在燃烧器内的油、燃料，防止再点火时爆燃。