CN102305415A - 一种富氧环境下的等离子无油点火系统 - Google Patents

一种富氧环境下的等离子无油点火系统 Download PDF

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Abstract

一种富氧环境下的等离子无油点火系统，包含等离子发生器和燃烧器，该等离子无油点火系统包含与燃烧器同轴设置的套筒组，套筒组包含若干同轴套设的套筒，相邻套筒之间以及套筒和燃烧器之间形成环形空间，套筒上安装有氧气导管，燃烧器上安装有氧气导管。等离子发生器喷出的等离子体形成局部高温区，高温等离子体和煤粉气流充满其中。通过燃烧器内的氧气导管向燃烧器内补充一定量的氧气，在环形空间内及气流所流经的后续相邻空间内形成局部的富氧区，实现挥发份或者焦炭或者二者混合物的富氧燃烧，使煤粉气流的燃烧更剧烈，释放出更多的热量，最终迅速点燃一次风煤粉气流并使之稳定燃烧。本发明结构简单，煤种适应广泛，尤其适用于低挥发份煤种的富氧环境下的等离子无油点火系统。

Description

一种富氧环境下的等离子无油点火系统
技术领域
本发明属于热力锅炉领域，涉及锅炉附件，尤其涉及一种富氧环境下的等离子无油点火系统。
背景技术
传统的电站锅炉点火普遍采用的方式为油枪点火。锅炉点火启动时先点燃油枪，油在炉膛中燃烧一定时间后将炉膛加热到煤粉气流的着火温度，此时将煤粉吹入炉膛进行油煤混烧。当锅炉达到50%以上负荷，煤粉气流可以稳定燃烧时，将燃料油逐渐切除，完成锅炉点火启动过程。为了节约成本，降低电站锅炉的燃料油耗量，国内外很多公司开发了等离子无油点火技术，并在很多电站锅炉上得到广泛的应用。
但是，由于我国不同产地的动力用煤煤质差异很大，等离子点火在实际应用中，存在一些不足：
第一，等离子点火技术对煤质的要求比较高。目前在国内以烟煤为动力用煤的电站锅炉上，都有大量成功的等离子点火应用实例，究其原因是烟煤的干燥无灰基挥发份含量高（一般在30%～35%），煤粉气流容易被点燃。而等离子点火技术对无烟煤、贫煤和劣质烟煤等挥发份含量较低的煤种适应性较差，国内鲜有贫煤锅炉成功应用等离子点火技术的实例，目前还没有无烟煤锅炉成功应用等离子点火技术的实例。
第二，锅炉点火时，由于等离子发生器的能量通常在100～200KW左右，不足以将煤粉全部点燃。实际运行情况显示，锅炉采用等离子点火技术，在锅炉启动初期，飞灰含碳量高，大量煤粉没有燃尽，尤其对于难燃尽的煤种，燃尽性能更差。未燃尽的煤粉易积聚在空预器的波形板或SCR反应器的催化剂喷入处，容易造成未燃尽煤粉的二次燃烧，引起重大事故和经济损失。
第三，锅炉点火时，为保证稳定点燃煤粉，实际运行时通常采用较高的煤粉浓度，所以锅炉启动时负荷较高，锅炉升温速度较快，易造成蒸汽侧气温超温，容易导致过热器管子超温爆管等事故。
发明内容
本发明提供的一种富氧环境下的等离子无油点火系统，是一种结构简单，煤种适应广泛，尤其适用于低挥发份煤种的富氧环境下的等离子无油点火系统。
为了达到上述目的，本发明提供一种富氧环境下的等离子无油点火系统，包含等离子发生器和燃烧器，该等离子无油点火系统包含一组设置在燃烧器内的套筒组，该套筒组与燃烧器同轴设置。
所述的等离子发生器以同轴或者径向方式插入套筒组。
所述的套筒组包含若干同轴套设的套筒，该套筒组中至少包含一个套筒。
所述的套筒横截面形状为圆形或者矩形。
相邻套筒之间以及套筒和燃烧器之间形成环形空间。根据不同的煤种和煤质，若干套筒的长度相同，或者不同，套筒之间不同的位置组合，形成不同长度或者厚度的环形空间，煤粉气流和氧气在这些环形空间内充分混合，以利于煤粉气流在燃烧器内充分点燃。
所述的套筒上安装有氧气导管，所述的燃烧器上安装有氧气导管，氧气导管可以起到煤粉浓缩环的作用。氧气通过氧气导管进入套筒之间以及套筒和燃烧器之间的环形空间内，在该环形空间内及气流所流经的后续相邻空间内形成局部富氧区，强化煤粉气流的燃烧。
所述的氧气导管设置在迎着煤粉气流方向的一侧。
所述的氧气导管的截面形状为圆形、椭圆形、菱形、三角形、楔形或者梯形。
所述的氧气导管内迎着煤粉气流方向的壁面是平面或者是弧形壁面。
所述的氧气导管在迎着煤粉气流方向的管壁上堆焊耐磨金属，或者铺设耐磨陶瓷，或者采用耐磨铸钢材料。防止磨损，保护氧气导管寿命。
所述的氧气导管在背离煤粉气流方向的管壁上设置有若干环形槽，或者设置若干开孔，或者设置若干氧气喷嘴。氧气通过环形槽、开孔、氧气喷嘴进入燃烧器与煤粉掺混。
所述的氧气喷嘴的喷射方向与煤粉气流的流动方向呈0o～80o的角度。氧气的流动方向同煤粉气流的流动方向不同，可以造成适当的扰动，以利于氧气和煤粉气流的充分混合。
所述的燃烧器的喷口处安装有背气流氧气导管。背气流氧气导管直接通入炉膛，氧气通过背气流氧气导管进入炉膛，通过补充氧气，在燃烧器喷口处形成局部富氧燃烧区，强化煤粉气流在燃烧器和炉膛内的燃烧。
所述的背气氧气导管在面向炉膛方向的管壁上设置有若干环形槽，或者设置若干开孔，或者设置若干氧气喷嘴。氧气通过环形槽，或者开孔，或者氧气喷嘴进入炉膛助燃，在燃烧器喷口处形成局部富氧燃烧区，强化煤粉气流在燃烧器和炉膛内的燃烧，提高了燃烧区区域的壁面热负荷，提高了煤粉的燃尽率，减少了锅炉灭火的可能性。
所述的氧气导管中的氧气流量是可以调节的。根据不同的煤种和煤质，调节喷入不同套筒之间环形空间内的氧气量，使燃烧器内不同的局部富氧区内的富氧浓度可调节，使燃烧器内不同的局部富氧区的燃烧强度可控，确保煤粉气流在燃烧器内可控制的燃烧，释放出大量热量的同时，不至于烧坏燃烧器本身。
所述的氧气导管也可以通入空气、氮气或者二氧化碳气，在锅炉点火完毕后，对氧气导管进行吹扫，防止煤粉或者灰渣堵塞。
在本发明的燃烧器内，等离子发生器喷出的等离子体形成一个局部高温区，高温等离子体和煤粉气流充满其中。煤粉颗粒在高温等离子体的作用下迅速释放出挥发份，携带煤粉的空气中所含的氧气迅速与挥发份发生化学反应，快速燃烧并释放出热量。这时通过燃烧器内的氧气导管向燃烧器内补充一定量的氧气，形成局部的富氧区，实现挥发份或者焦炭或者二者混合物的富氧燃烧，使煤粉气流的燃烧更剧烈，释放出更多的热量，最终迅速点燃一次风煤粉气流并使之稳定燃烧。
本发明的优点是：电站锅炉点火可以完全不用燃料油，可以直接点燃煤粉气流，尤其是针对具有低挥发份、低热值、高灰份这些典型劣质煤特征的动力用煤，采用本发明的燃烧器可以直接点燃，并且燃尽率高。本发明的燃烧器即可以充当锅炉的点火燃烧器，也可以充当锅炉的主燃烧器。本发明结构简单，设计合理，投资和运行费用适中，性价比高。
附图说明
图1是本发明提供的等离子无油点火燃烧器系统结构示意图（轴向布置）；
图2是本发明提供的等离子无油点火燃烧器系统结构示意图（径向布置）；
图3是氧气导管结构的剖面示意图；
图4是氧气导管结构的放大示意图；
图5是氧气导管结构的剖面示意图；
图6是氧气导管结构的剖面示意图；
图7是氧气导管结构的剖面示意图；
图8是氧气导管结构的剖面示意图；
图9是氧气导管结构的剖面示意图；
图10是氧气导管结构的剖面示意图；
图11是氧气导管结构的剖面示意图；
图12是氧气导管结构的剖面示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图12，具体说明本发明的较佳实施例。
实施例1
如图1、图3和图4所示，本发明提供一种富氧环境下的等离子无油点火系统，包括等离子发生器1和燃烧器2。燃烧器2内含有套筒9和套筒10，等离子发生器1、燃烧器2、套筒9和套筒10采用同轴方向方式布置。套筒9和等离子发生器1之间存在一个环形空间A，氧气导管3安装在套筒9左端的内壁上，氧气导管3除了提供氧气外，也起到煤粉浓缩环的作用，氧气导管3的迎着煤粉气流方向的管壁外侧堆焊耐磨金属，氧气导管3背离煤粉气流方向的管壁上布置有环形槽101，氧气通过环形槽101进入环形空间A与煤粉掺混，在环形空间A及相邻区域内形成局部富氧区。套筒10和套筒9之间存在一个环形空间B，氧气导管4安装在套筒10左端的内壁上，套筒10和燃烧器2之间存在一个环形空间C，氧气导管8安装在燃烧器2的内壁上，氧气导管4和氧气导管8类似于氧气导管3，其迎着煤粉气流方向的外管壁都可以起到煤粉浓缩环的作用，背离煤粉气流方向的管壁上，布置有环形槽101。同理，煤粉气流和氧气可以在环形空间B、环形空间C内充分掺混，在环形空间B、环形空间C及相邻区域形成局部富氧区。
等离子无油点火系统工作时，煤粉气流进入燃烧器2内，并分为3部分进入环形空间A、环形空间B和环形空间C内，等离子发生器1产生高温等离子体在套筒9内形成一个局部高温区，煤粉颗粒快速热裂解释放出挥发份，并且挥发份迅速燃烧，通过改变调节阀5的开度，可在套筒9内形成局部的富氧区，进一步促使煤粉气流燃烧，通过改变调节阀6的开度和调节阀7的开度，可以在环形空间B和环形空间C及相邻空间内形成局部富氧区，促使煤粉迅速燃烧。同时可以控制局部富氧区的富氧程度，对燃烧器内煤粉的燃烧强度进行控制。燃烧器2喷口处布置有背气流氧气导管11，背气流氧气导管11面向锅炉炉膛的壁面上布置有环形槽101。氧气可以通过环形槽101喷入炉膛助燃，在燃烧器喷口处形成局部富氧燃烧区，强化煤粉气流在炉膛内的燃烧，提高了燃烧区区域的壁面热负荷，提高了煤粉的燃尽率，减少了锅炉灭火的可能性，最终使一次风气流迅速点燃稳定燃烧。
完成点火过程后，等离子点火燃烧器作为主燃烧器使用时，关闭氧气阀门12，打开吹扫空气阀门13，使吹扫压缩空气通过氧气导管，并对氧气导管、环形槽101等进行吹扫，防止氧气导管别煤粉或者灰渣堵塞。吹扫介质也可采用氮气或者二氧化碳气体。
实施例2
如图2、图3和图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，等离子发生器1从燃烧器2的径向方向插入等离子燃烧器，并且等离子发生器喷出的高温等离子体可以充满在套筒9内。
实施例3
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，氧气导管3、4、8的截面形状为三角形形状，其迎着煤粉气流方向的壁面为弧形面。其背离煤粉气流方向的壁面上布置环形槽101，氧气通过环形槽101进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例4
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，在氧气导管3、4、8的截面形状为梯形形状，背离煤粉气流方向的壁面上布置环形槽101，氧气通过环形槽101进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例5
如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，在氧气导管3、4、8背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气开孔102，氧气通过氧气开孔102进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例6
如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，氧气导管3、4、8的截面形状为三角形形状，其迎着煤粉气流方向的壁面为弧形面。在氧气导管背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气开孔102，氧气通过氧气开孔102进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例7
如图9所示，本实施例与实施例1的区别在于，氧气导管3、4、8的截面形状为梯形形状，在氧气导管背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气开孔102，氧气通过氧气开孔102进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例8
如图10所示，本实施例与实施例1的区别在于，在氧气导管3、4、8背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气喷嘴103，氧气通过氧气喷嘴103进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例9
如图11所示，本实施例与实施例1的区别在于，氧气导管3、4、8的截面形状为三角形形形状，其迎着煤粉气流方向的壁面为弧形面。在氧气导管背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气喷嘴103，氧气通过氧气喷嘴103进入燃烧器同煤粉掺混。
实施例10
如图12所示，本实施例与实施例1的区别在于，氧气导管3、4、8的截面形状为梯形形状，在氧气导管背离煤粉气流方向的壁面上布置8个氧气喷嘴103，氧气通过氧气喷嘴103进入燃烧器同煤粉掺混。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种富氧环境下的等离子无油点火系统，包含等离子发生器（1）和燃烧器（2），其特征在于，该等离子无油点火系统包含一组设置在燃烧器（2）内的套筒组，该套筒组与燃烧器（2）同轴设置；
所述的套筒组包含若干同轴套设的套筒（9、10），该套筒组中至少包含一个套筒；
相邻套筒之间以及套筒和燃烧器（2）之间形成环形空间（A、B、C）；
所述的套筒上安装有氧气导管（3、4），所述的燃烧器（2）上安装有氧气导管（8）。
2.如权利要求1所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的等离子发生器（1）以同轴或者径向方式插入套筒组。
3.如权利要求2所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的套筒（9、10）的横截面形状为圆形或者矩形。
4.如权利要求2所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8）设置在迎着煤粉气流方向的一侧。
5.如权利要求4所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8）的截面形状为圆形、椭圆形、菱形、三角形、楔形或者梯形。
6.如权利要求4所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8）内迎着煤粉气流方向的壁面是平面或者是弧形壁面。
7.如权利要求4所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8）在迎着煤粉气流方向的管壁上堆焊耐磨金属，或者铺设耐磨陶瓷，或者采用耐磨铸钢材料。
8.如权利要求4所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8）在背离煤粉气流方向的管壁上设置有若干环形槽（101），或者设置若干开孔（102），或者设置若干氧气喷嘴（103）。
9.如权利要求8所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气喷嘴的喷射方向与煤粉气流的流动方向呈0o～80o的角度。
10.如权利要求2所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的燃烧器（2）的喷口处安装有背气流氧气导管（11）。
11.如权利要求10所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的背气流氧气导管（11）在面向炉膛方向的管壁上设置有若干环形槽（101），或者设置若干开孔（102），或者设置若干氧气喷嘴（103）。
12.如上述任意权利要求所述的富氧环境下的等离子无油点火系统，其特征在于，所述的氧气导管（3、4、8、11）中的氧气流量是可以调节的。
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