CN101216183A - 交流等离子枪及其点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流等离子枪及其点火装置。该交流等离子枪，包括第一管状电极、第二管状电极、绝缘环、进气环；所述第一管状电极的一端封闭；该第一管状电极通过高频引弧装置与电源的相线相连；在该第一管状电极外侧绕有磁控线圈；所述第二管状电极与电源的零线相连；在该第二管状电极的输出端设有喷嘴；所述绝缘环连接所述第一管状电极和第二管状电极，使两电极绝缘；所述进气环设置于所述第一管状电极或第二管状电极或绝缘环上，在该进气环上沿切向方向开设有进气孔。该点火装置由多个等离子枪构成。该交流等离子枪及其点火装置不需配置整流电源，具有功率大、寿命长、稳定性好等优点。

Description

交流等离子枪及其点火装置

技术领域

本发明涉及一种由交流电源直接供电用于燃煤锅炉点火的交流等离子枪，以及由该交流等离子枪所构成的无油点火装置，属于电力技术领域。

背景技术

石油是国民经济发展的基础，在我国的能源构成中占有重要的战略地位，随着我国国民经济的飞速发展，对石油的需求急剧增加，使得我国石油消耗中的40％左右依赖于进口，石油安全问题引起国家的高度重视，节约用油成为我国能源政策的重点工作之一。

电力行业是石油消耗大户，其中很大一部分用于火力发电厂机组的启、停及低负荷稳燃，因此应用节油技术进行锅炉机组的启、停及低负荷稳燃，优化我国的能源消费结构，对国民经济可持续发展具有重要的战略意义。

2000年以后，我国国内已将直流等离子点火技术成功地应用在锅炉上。所谓直流等离子点火技术是将直流电流在一定介质气压的条件下引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体在点火燃烧器中形成T＞4000K的梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒通过该等离子“火核”时，迅速释放出挥发物、再造挥发份，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，达到点火并加速煤粉燃烧的目的。该技术因实现了无油点火系统而备受关注。

目前，在我国主要采用的是以大电流热电子发射方式的热阴极直流等离子点火技术。但是，这种直流等离子点火技术受其技术限制，存在着诸多问题。该技术在工作时，电流随功率越大而增大。因此，该技术的功率一般只能达到150KW左右。并且，该技术的阴极寿命一般不超过50小时。其电极需要由贵金属制成，造价和运行成本都较高。直流等离子点火技术需配置整流电源系统，造价高，占地多。并且，该技术只能点燃Vdif≥20％的烟煤，适用的煤种有限。

而通过交流电直接供电实现交流等离子点火系统在国内外尚无人应用。鉴于上述现有等离子点火技术中的不足，本发明设计了一种直接由交流电供电的冷电极低电流交流等离子点火技术，可以克服现有直流等离子点火技术的不足。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有技术中的不足，提供一种由交流电源直接供电用于燃煤锅炉点火的交流等离子枪。以及，由该交流等离子枪所构成的无油点火装置。

本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的：

交流等离子枪，其特征在于：包括第一管状电极、第二管状电极、绝缘环、进气环；

所述第一管状电极的一端封闭；该第一管状电极通过高频引弧装置与电源的相线相连；在该第一管状电极外侧绕有磁控线圈；

所述第二管状电极与电源的零线相连；在该第二管状电极的输出端设有喷嘴；

所述绝缘环连接所述第一管状电极和第二管状电极，使两电极绝缘；

所述进气环设置于所述第一管状电极或第二管状电极或绝缘环上，在该进气环上沿切向方向开设有进气孔。

所述第一管状电极和第二管状电极的管壁为夹层结构，该夹层结构内充水；所述夹层结构与进水口、出水口相连通。

所述高频引弧装置前端连接有限流电抗器；所述进气孔与进气管相连；在该进气管上设有进气调压阀。

交流等离子点火装置，其特征在于：包括三个结构相同的交流等离子枪和混合室；

所述交流等离子枪包括第一管状电极、第二管状电极、绝缘环、进气环；所述第一管状电极的一端封闭；该第一管状电极通过高频引弧装置与电源的相线相连；在该第一管状电极外侧绕有磁控线圈；所述第二管状电极与电源的零线相连；在该第二管状电极的输出端设有喷嘴；所述绝缘环连接所述第一管状电极和第二管状电极，使两电极绝缘；所述进气环设置于所述第一管状电极或第二管状电极或绝缘环上，在该进气环上沿切向方向开设有进气孔。

所述三个交流等离子枪的喷嘴均接于所述混合室。

所述高频引弧装置前端连接有限流电抗器。

在所述磁控线圈串接于所述高频引弧装置和限流电抗器之间；与第一交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第二交流等离子枪上；与第二交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第三交流等离子枪上；与第三交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第一交流等离子枪上。

所述混合室为一端封闭，一端开口的容室结构。

为两端开口的中空结构。

还设置有三的倍数个与所述交流等离子枪结构相同的交流等离子枪。

本发明的有益效果是：

1、交流等离子枪通过旋气拉长电弧，实现小电流大功率的投入，这是等离子枪长寿运行的决定性保证；

2、交流等离子枪通过旋动电弧弧根、拉长电弧、引入水冷系统等结构方法，避免了电极因高温而烧损，保证了等离子枪的使用寿命；

3、交流等离子枪通过高频引弧装置使所产生的等离子电弧受扰动熄弧时能瞬即引燃，从而保证了所产生电弧的稳定性；

4、交流等离子点火装置由三个或三的倍数个交流等离子枪组合构成，保证了交流等离子枪负载对电源的不平衡干扰；

5、本发明的交流等离子点火装置直接使用交流电源，无需另加整流电源设备，即可实现无油点火系统，节省投资，节省运行费用。

附图说明

图1为交流等离子枪结构图；

图2为交流等离子点火装置结构图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

图1为本发明交流等离子枪结构图。如图所示，该交流等离子枪包括两个管状电极、绝缘环3和进气环5。两个管状电极均为由金属制成的呈管状的电极，分别称为第一管状电极1和第二管状电极2。

第一管状电极1的一端封闭。该电极通过高频引弧装置11与电源中的一个相线(通常市电采用三相四线制供电方式，即包括：A、B、C三个相线和一个零线。)相连。高频引弧装置11为以升压变压器为主构成的一个高频振荡器，用以将其输入端的低频信号转换为高频高压信号。由于该装置结构为本领域技术人员所公知的技术，在此就不再作进一步描述。在第一管状电极1外侧绕有磁控线圈12。

第二管状电极2与电源的零线相连。在第二管状电极2的输出端设有喷嘴21。

绝缘环3为一个由绝缘材料制成的套管。该绝缘环3用以连接第一管状电极1和第二管状电极2，以保持两个电极之间绝缘。应当指出，绝缘环3在这里主要起到固定第一管状电极1和第二管状电极2，保持两电极之间绝缘的作用。该绝缘环3具体的位置和结构，并不应受图1所示示例的限制。

如图1所示，在绝缘环3上装有进气环5，并在该进气环5上沿切向方向开设有进气孔51。待电离气流通过该进气孔51沿切向进入交流等离子枪，并沿枪内壁螺旋运动。

如前所述，目前在我国所采用的等离子点火技术为热阴极直流等离子点火技术，该技术以大电流热电子发射方式。这种点火方式在大功率工作时，电极因工作电流过大而容易被烧损。上述本发明的交流等离子枪的结构正是基于解决这一问题所设计。

本发明中在进气环5上开设有进气孔51。待电离气流通过该进气孔51切向进入交流等离子枪，并沿枪内壁螺旋运动。通过这种方法可以充分拉长气流经电离所形成的电弧长度。由于电弧的特性是电弧电压随弧长增大。在同等功率条件下，由于本发明等离子枪充分拉长电弧的长度，因此可以以较低的电流进行工作，从而大大减轻了电极的烧损。

另外，这里所设计的进气环5为一个单独的部件，而非与绝缘环3一体形成。这样可以通过更换进气环5方便的实现调节进气孔51的大小和角度的目的。并且应当指出，所述进气环5所设置的位置并不仅限于绝缘环3上。同时，也可以设置于第一管状电极1或第二管状电极2的管壁上。

本发明还通过绕设于第一管状电极1外侧的磁控线圈12，使第一管状电极1端电弧的弧根沿第一管状电极1的管壁高速旋动。通过这一设计可以避免电弧的弧根因处于固定位置而加快电极的烧损。

另外，本发明为进一步减轻电极因高温而引起的烧损，还为等离子枪设计了水冷系统。如图1所示，所述第一管状电极1和第二管状电极2的管壁为夹层结构，其内充水。该夹层结构还分别与一个进水口和一个出水口相连通，形成水冷系统。通过该水冷系统可以带走电弧加给电极的高热能，进一步降低电极因高温烧损的可能。

交流等离子点火技术由于采用交流电做电源，电极间的电压在实时变化。这使得采用交流等离子点火技术所形成的电弧易受扰动熄灭，火焰的稳定性较差。为解决这一问题，本发明在第一管状电极1端串接有高频引弧装置11。通过高频引弧装置11产生高频电火花跟踪点燃熄灭的电弧，保持电弧稳燃。

为了实现交流等离子枪输出功率、焓值可控，还可以在高频引弧装置11前端设有限流电抗器13，在与进气环5相连的进气管上设有进气调压阀。通过调节限流电抗器13，可以控制电弧电流；通过调节进气调压阀可以控制进气流量，从而达到匹配调控等离子枪功率、焓值的目的。

上述提供的交流等离子枪结构为利用三相四线制电源中的一个相线所实现的单体等离子枪。但由于大功率单相等离子枪的单独运行易造成电网的不平衡。因此，为保证电网中各相线之间平衡，通常需要在三个相线上均设置有等离子枪。下面，即以由三个等离子枪组合而成的交流等离子点火装置为例，介绍应用本发明交流等离子枪的点火装置。

如图2所示，交流等离子点火装置由A枪41a、B枪41b、C枪41c三个如上述图1所示结构的单体交流等离子枪构成。A枪41a、B枪41b、C枪41c分别由三相四线制电源的A、B、C三个相线供电。A枪41a、B枪41b、C枪41c的喷嘴均接于一个混合室42，将由A枪41a、B枪41b、C枪41c分别产生的高温火炬于混合室42混合，从而降低单体等离子枪火炬的不稳定性影响。

另外，本发明为了进一步平衡A枪41a、B枪41b、C枪41c所产生的火焰，还将磁控线圈12串接于相邻等离子枪的供电电路上。如图2所示，磁控线圈12串联于相邻等离子枪的限流电抗器13和高频引弧装置11之间，从而使该磁控线圈12所绕设的等离子枪受相邻相线的影响。例如，图2中所示的实施例，该等离子点火装置的连接结构即为与A相线相连的磁控线圈12a绕于C枪41c上；与B相线相连的磁控线圈12b绕于A枪41a上；与C相线相连的磁控线圈12c绕于B枪41b上。但应指出，本发明的保护范围并不应仅限于上述实施例中所示的连接结构。各相线通过与其相连的磁控线圈影响相邻等离子枪所产生电弧的电流，从而使等离子点火装置的三个等离子枪之间形成互补关系，均衡各等离子枪输出火炬的功率。

所述混合室42为混合各个交流等离子枪火炬的容室结构。该混合室42的具体形状和结构依据点火装置所使用的环境状况不同，也随之改变。当点火装置作为独立的燃烧装置时，该混合室42为一端封闭，一端开口的容室结构，该开口即为点火装置的喷火口。当点火装置与煤粉通道相结合作为点燃煤粉的火源时，则该混合室42应为两端开口的中空结构。并且，该混合室42根据不同煤种和锅炉燃烧器的现场状况，可设计成圆柱锥形、椭圆柱锥形、矩柱锥形等形状。

应该指出，上述所举实施例为由三个单体等离子枪所构成的交流等离子点火装置。该装置结构是根据市电中包括三个相线所设计的一个典型结构。但在实际使用时，根据实际需要调节单体等离子枪的数量为三个或三的倍数个单体等离子枪均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.交流等离子枪，其特征在于：包括第一管状电极、第二管状电极、绝缘环、进气环；

所述第一管状电极的一端封闭；该第一管状电极通过高频引弧装置与电源的相线相连；在该第一管状电极外侧绕有磁控线圈；

所述第二管状电极与电源的零线相连；在该第二管状电极的输出端设有喷嘴；

所述绝缘环连接所述第一管状电极和第二管状电极，使两电极绝缘；

所述进气环设置于所述第一管状电极或第二管状电极或绝缘环上，在该进气环上沿切向方向开设有进气孔。

2.如权利要求1所述的交流等离子枪，其特征在于：所述第一管状电极和第二管状电极的管壁为夹层结构，该夹层结构内充水；所述夹层结构与进水口、出水口相连通。

3.如权利要求1所述的交流等离子枪，其特征在于：所述高频引弧装置前端连接有限流电抗器；所述进气孔与进气管相连；在该进气管上设有进气调压阀。

4.交流等离子点火装置，其特征在于：包括三个结构相同的交流等离子枪和混合室；

所述交流等离子枪包括第一管状电极、第二管状电极、绝缘环、进气环；所述第一管状电极的一端封闭；该第一管状电极通过高频引弧装置与电源的相线相连；在该第一管状电极外侧绕有磁控线圈；所述第二管状电极与电源的零线相连；在该第二管状电极的输出端设有喷嘴；所述绝缘环连接所述第一管状电极和第二管状电极，使两电极绝缘；所述进气环设置于所述第一管状电极或第二管状电极或绝缘环上，在该进气环上沿切向方向开设有进气孔。

所述三个交流等离子枪的喷嘴均接于所述混合室。

5.如权利要求4所述的交流等离子点火装置，其特征在于：所述高频引弧装置前端连接有限流电抗器。

6.如权利要求5所述的交流等离子点火装置，其特征在于：在所述磁控线圈串接于所述高频引弧装置和限流电抗器之间；与第一交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第二交流等离子枪上；与第二交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第三交流等离子枪上；与第三交流等离子枪连接的磁控线圈绕设于第一交流等离子枪上。

7.如权利要求4所述的交流等离子点火装置，其特征在于：所述混合室为一端封闭，一端开口的容室结构。

8.如权利要求4所述的交流等离子点火装置，其特征在于：为两端开口的中空结构。

9.如权利要求4至8中任何一项所述的交流等离子点火装置，其特征在于：还设置有三的倍数个与所述交流等离子枪结构相同的交流等离子枪。

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