CN101101130A - 等离子点火燃烧筒 - Google Patents

Abstract

等离子点火燃烧筒，涉及利用高能等离子射流加热使得风粉混合物燃烧的技术领域，特别是在电站使用的等离子点火燃烧筒。本发明包括中心燃烧筒，所述中心燃烧筒的侧壁上连接等离子发生器，中心燃烧筒的一端封闭，与连接等离子发生器相对的中心燃烧筒的侧壁上连接进风筒。本发明采用上述结构形式，风粉气流从进风筒进入中心燃烧筒，在高能等离子射流的作用下进行燃烧，在筒内形成多方向旋转气流和回流，改变了轴向进风的气流运动的单一性，从而降低了轴向速度，增加了煤粉气流在筒内的停留时间，为煤粉的着火和挥发分的析出创造了条件。使得煤粉燃烧完全，着火稳燃几率稳定，结构简单。

Description

等离子点火燃烧筒

技术领域

本发明涉及利用高能等离子射流加热使得风粉混合物燃烧的技术领域，特别是在电站使用的等离子点火燃烧筒。

背景技术

火电行业是我国重要的能源行业，同时也是耗油行业，每年在锅炉燃烧方面需要耗费大量的燃油。目前所使用的等离子点火技术，是采用以煤代油的方式，通过电离空气获得温度极高的等离子体，利用高能等离子射流加热风粉混合物来直接点燃煤粉，实现了在不需要任何燃油的情况下达到点火的目的，可用于发电厂锅炉启动前的预热和用电低谷时的燃烧，大大节省了燃油，具有一定的经济效益。

等离子点火燃烧筒，能够通过等离子发生器发射出的电弧及等离子体火焰组织良好的空气动力场，是保证等离子体能够及时点燃煤粉的关键设备。目前所使用的点火燃烧筒是将经过浓缩的煤粉沿燃烧筒轴向方向送入等离子火炬中心区，煤粉首先在中心筒中点燃，并在中心筒的出口处形成二级煤粉的点火源，并逐级放大，喷入炉膛使炉内形成火焰。然而在实际使用时，常因煤质或其他原因造成燃烧不稳，甚至出现不能成功点燃煤粉的现象，尤其是点燃低挥发分煤或劣质烟煤时，有时需要利用油枪来进行助燃，从而失去了使用等离子点火的意义。另外由于煤粉燃烧时的热量使得空气体积迅速膨胀，受点火燃烧筒内空间的限制，自点火位置起，燃烧室内的风速即轴向速度成倍数提高，轴向速度与火焰扩散速度方向一致，甚至造成火焰扩散的速度小于煤粉气流的流动速度而使燃烧不稳，同时煤粉颗粒在中心筒内停留时间过短，不能够充分的燃烧，造成原料的浪费。同样因为稳燃问题，锅炉制造厂通常要求油枪将锅炉负荷达到15％BMCR(锅炉最大连续蒸发量)以上时才允许投入等离子点火燃烧筒，限制了等离子点火燃烧筒的使用范围，不能够达到最佳的节油效果。此外，由于等离子点火器目前还未形成良好的稳燃环境，在锅炉启动的整个过程中，点火器需连续运行，从而缩短了等离子电极的寿命，等离子电极需定期更换，是造成等离子点火技术成本高、推广受限的主要原因。

当等离子发射的高温电离空气只能达到燃烧筒的中心线位置时，火焰形成范围较小，仅为靠近点火区域的壁面处，且着火区域均在点火位置之后。气流流动方向均为轴向运动，煤粉着火后，气流膨胀受限使得轴向速度数倍增高，甚至超过火焰传播速度。点火温度为2000K时，煤粉点燃率已经较低，点火温度为1600K时，煤粉就不能着火燃烧。

发明内容

本发明目的是提供一种煤粉燃烧完全、着火稳燃几率稳定、结构简单的等离子点火燃烧筒。

本发明包括中心燃烧筒，所述中心燃烧筒的侧壁上连接等离子发生器，中心燃烧筒的一端封闭，与连接等离子发生器相对的中心燃烧筒的侧壁上连接进风筒。

本发明采用上述结构形式，风粉气流从进风筒进入中心燃烧筒，在高能等离子射流的作用下进行着火燃烧，在筒内形成多方向旋转气流和回流，改变了轴向进风的气流运动的单一性，从而降低了轴向速度，增加了煤粉气流在筒内的停留时间，为煤粉的着火和挥发分的析出创造了条件。使得煤粉燃烧完全，着火稳燃几率稳定，结构简单。

本发明的进风筒的中心线与中心燃烧筒的中心线之间的夹角为45°～90°。进风筒与中心燃烧筒之间径向垂直或切向垂直。风粉气流可以沿垂直中心燃烧筒的方向或斜向向送入燃烧筒内，使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度，而且还有径向和切向速度，在中心燃烧筒内形成多方向旋转气流和回流，增加了煤粉气流在中心燃烧筒内的停留时间，促进了煤粉完全燃烧。

本发明中心燃烧筒被封闭的一端向外侧突出，突出部分的截面呈梯形。这样煤粉气流在中心燃烧筒内有了更大的燃烧空间，能够充分和完全燃烧。

本发明采用上述结构形式具有如下优点：

(1)风粉气流径向或切向送入燃烧筒内，使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度，而且还有径向和切向速度，在筒内形成多方向旋转气流和回流，改变了轴向进风的气流运动的单一性，从而降低了轴向速度，增加了煤粉气流在筒内的停留时间，为煤粉的着火和挥发分的析出创造了条件。

(2)由于在筒内形成了旋流和回流，使得着火区域扩大，火焰充满度好，当等离子体发射的高温电离空气只能达到燃烧筒的中心线位置时，仍可使火焰扩散到整个筒内截面。

(3)煤粉颗粒随着气流旋转回流，使得靠近点火位置的壁面处煤粉浓度较高，有利于等离子体的点火。

(4)煤粉颗粒在回流区内循环运动，具有较长的停留时间，有足够的时间使得挥发分析出，达到着火温度。

(5)在点火区域煤粉旋流着火，火焰亦随之旋转，着火后的煤粉可作为后续热源，向外传播。

(6)在点火位置，沿轴向两侧均可将煤粉点燃，形成双面着火区，点火区域由传统的只在点火位置后形成火焰，变成前后均可形成火焰的双面点火。

(7)对于等离子发生器产生的火焰的点火温度适应范围较大，在发生器产生的火焰温度只有1600K时仍可稳定运行，抗等离子体及外界干扰能力强。

(8)设计灵活，进风管及燃烧筒直径可根据煤种、点火燃烧筒不同而进行改变，一次风速调节范围较大。

(9)结构简单，实施方便。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的另一种结构示意图。

图3是本发明中心燃烧筒与进风筒连接状态的结构示意图。

图4是两个进风筒的示意图。

图5是单个进风筒的示意图。

具体实施方式

如图1所示，中心燃烧筒1的一侧连接等离子发生器4，中心燃烧筒1的右端部封闭，与连接等离子发生器4相对的中心燃烧筒1的侧壁上连接进风筒5。

进风筒5的中心线与中心燃烧筒1的中心线之间的夹角为45°～90°。进风筒5与中心燃烧筒1之间径向垂直。进风筒5与中心燃烧筒1之间切向垂直。封闭中心燃烧筒1的右端部向外突出，截面呈梯形。

本发明在使用时，当点火温度处于大于1000K以上的区域，火焰能够充满整个中心燃烧筒1内。等离子体产生的火焰迅速点燃附近的煤粉，形成的火焰随旋流风运动，充满整个中心燃烧筒1，由于气流形成的是旋转切向速度场，所以煤粉着火膨胀对其轴向速度的影响很小，使得煤粉的停留时间较长，具有充分的着火时间和火焰传播时间，在筒内形成旋转式火焰，煤粉着火率高。此外，在中心燃烧筒1的右端部有呈梯形状的突起，使得在点火位置的前后两侧均可以形成了回流与旋流，这样煤粉颗粒在点火位置的两侧均可着火燃烧。

在图2中，中心燃烧筒1的左端与一次风筒2转动连接，中心燃烧筒1与一次风筒2设置在一次风管3内，中心燃烧筒1与一次风管3一侧的对应位置连接等离子发生器4，中心燃烧筒1与一次风管3的另一侧连接进风筒5，也可以实现上述目的。从图4和图5可以看出，根据不同的需要，进风筒5可以采用单管和双管两种结构。图4中，进风筒5与中心燃烧筒1之间径向垂直，图5中，进风筒5与中心燃烧筒1之间切向垂直。

Claims (5)

1、等离子点火燃烧筒，包括中心燃烧筒(1)，所述中心燃烧筒(1)的侧壁上连接等离子发生器(4)，其特征是中心燃烧筒(1)的一端封闭，与连接等离子发生器(4)相对的中心燃烧筒(1)的侧壁上连接进风筒(5)。

2、根据权利要求1所述的等离子点火燃烧筒，其特征是进风筒(5)的中心线与中心燃烧筒(1)的中心线之间的夹角为45°～90°。

3、根据权利要求2所述的等离子点火燃烧筒，其特征是所述进风筒(5)与中心燃烧筒(1)之间径向垂直。

4、根据权利要求2所述的等离子点火燃烧筒，其特征是所述进风筒(5)与中心燃烧筒(1)之间切向垂直。

5、根据权利要求1所述的等离子点火燃烧筒，其特征是中心燃烧筒(1)的封闭端向外侧突出，突出部分的截面呈梯形。

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