CN102364248B - 低温等离子直流煤粉点火燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温等离子直流煤粉点火燃烧器，包括煤粉燃烧器、等离子发生器以及冷却室；等离子发生器安装在等离子发生器安装管道内，所述煤粉燃烧器的入口与燃烧器连接筒连接；等离子发生器安装在燃烧器连接筒的筒体上，其轴线与煤粉燃烧器的轴线夹角α为：75°﹤α≤90°；煤粉燃烧器的内流道入口段安装一级热裂化室，燃烧器连接筒内安装冷却室；等离子发生器的喷口端通过冷却室的热源通道与一级热裂化室连接，且冷却室的热源通道进口端连接点火风粉筒；等离子发生器的喷口端与点火风粉筒之间的冷却室热源管道内安装煤粉浓缩器。故本发明基本实现全无油煤粉点火，并增强对煤种的适应性，尤其对劣质煤点火是一个重要贡献。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温等离子直流煤粉点火燃烧器，在燃料燃烧前对燃料进行热裂化处理，属于热能动力工程技术领域。
背景技术
等离子点火技术的研究始于20世纪70年代美国研制的等离子煤粉点火器。其点火机理如下：依靠等离子发生器发射的高温等离子体射流，直接点燃一次风煤粉，实现冷风点火。而我国等离子点火的工业试验可以追溯到20世纪80年代。
目前，国内等离子点火装置是利用直流电流在空气介质气压约为0.01MPa的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T＞5000K的温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎并再造挥发份，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。
等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2 －、H2 －、OH－、O－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。
目前国内等离子发生器的功率为50～200kW，该功率的等离子体能直接点燃一定量的煤粉，这些剧烈燃烧的煤粉又要在瞬间点燃其它煤粉，为使燃烧器内顺利完成持续稳定的点火和燃烧过程，同时又要保证内燃式等离子燃烧器不被烧损，为此，发明并采用逐级点火、分级内燃、气膜冷却技术。
按煤质的情况，尽可能使煤粉细度、一次风气流速度和一次风温度也在所要求范围之内，满足条件的一次风粉进入点火区，浓煤粉经过高温的等离子体被点燃，在燃烧器内部燃烧。淡煤粉流经高温套筒的外壁，对其起到冷却的作用，在“环形缩口”的作用下被浓缩，并被已燃烧的火炬点燃，然后进入混合燃烧，完成逐级点火分级燃烧的过程。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，针对现有四角锅炉煤粉燃烧器采用油枪点火的缺点，为了实现高效节能环保的要求，本发明提出了一种低温等离子直流煤粉点火燃烧器，基于煤粉的热裂解气化作用，基本实现全无油煤粉点火，并增强对煤种的适应性，特别是对劣质煤点火是一个重要贡献。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种新型低温等离子直流煤粉点火燃烧器，包括煤粉燃烧器、等离子发生器以及冷却室，所述等离子发生器安装在等离子发生器安装管道内，所述煤粉燃烧器的入口与燃烧器连接筒连接；所述等离子发生器安装在燃烧器连接筒的筒体上，且等离子发生器的轴线与煤粉燃烧器的轴线夹角α为：75°﹤α≤90°；煤粉燃烧器的内流道入口段安装一级热裂化室，燃烧器连接筒内安装冷却室；所述等离子发生器的喷口端通过冷却室的热源通道与一级热裂化室连接，且冷却室的热源通道进口端与点火风粉筒连接，而冷却室的冷源通道则与冷源介质连接；所述等离子发生器的喷口端与点火风粉筒之间的冷却室热源管道内安装促使进入点火风粉筒的点火煤粉流垂直分流成两股风粉流的煤粉浓缩器。
所述等离子发生器安装管道的外壁贯穿冷却室的冷源通道设置。
所述煤粉燃烧器、一级热裂化室、冷却室以及燃烧器连接筒皆同轴设置。
所述煤粉浓缩器为煤粉浓缩块。
等离子发生器的轴线与一级热裂化室的间距为 ；等离子发生器的喷口端与一级热裂化室出口端的间距为；其中：为一级热裂化室内径，为等离子发生器的喷口端直径。
所述等离子发生器产生等离子体的介质为压缩空气；所述冷却介质为除盐水。
所述一级热裂化室的长度为煤粉燃烧器轴向长度的50%-60%，且一级热裂化室的内壁设有陶瓷层。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
（1）真正实现全无油点火，同时可以实现锅炉冷态直接点火；
（2）对煤的适应性广，完全满足劣质煤粉点火要求，对劣质煤粉的挥发份可要求低至10%；
（3）降低NOx的生成；
（4）有利于燃煤机组在低负荷时稳定燃烧；
（5）等离子发生器体积小、重量轻、拆卸简便，阴极使用寿命长达3000小时以上。
（6）能够准确控制裂化室出口温度、挥发份量、氧量等指标，从而保证煤粉安全可靠高效的着火，同时能够保证裂化室不结焦，确保锅炉安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明所述的新型低温等离子直流煤粉点火燃烧器的结构示意图；
图中：煤粉燃烧器1；一级热裂化室2；冷却水进水管道3；等离子发生器4；等离子发生器安装管道5；冷却室6；燃烧器连接筒7；点火风粉筒8；垂直浓度浓缩块9；冷却水出水管10；陶瓷层11。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明所述新型低温等离子直流煤粉点火燃烧器，包括煤粉燃烧器、等离子发生器以及冷却室，所述等离子发生器安装在等离子发生器安装管道内，所述煤粉燃烧器的入口与燃烧器连接筒连接；所述等离子发生器安装在燃烧器连接筒的筒体上，且等离子发生器的轴线与煤粉燃烧器的轴线夹角α为：75°﹤α≤90°；煤粉燃烧器的内流道入口段安装一级热裂化室，燃烧器连接筒内安装冷却室；所述等离子发生器的喷口端通过冷却室的热源通道与一级热裂化室连接，且冷却室的热源通道进口端与点火风粉筒连接，而冷却室的冷源通道则与冷源介质连接；所述等离子发生器的喷口端与点火风粉筒之间的冷却室热源管道内安装促使进入点火风粉筒的点火煤粉流垂直分流成两股风粉流的煤粉浓缩器。所述等离子发生器安装管道的外壁贯穿冷却室的冷源通道设置。所述煤粉燃烧器、一级热裂化室、冷却室以及燃烧器连接筒皆同轴设置。所述煤粉浓缩器为煤粉浓缩块。等离子发生器的轴线与一级热裂化室的间距为；等离子发生器的喷口端与一级热裂化室出口端的间距为；其中：为一级热裂化室内径，为等离子发生器的喷口端直径。所述等离子发生器产生等离子体的介质为压缩空气；所述冷却介质为除盐水。
所述一级热裂化室的长度为煤粉燃烧器轴向长度的50%-60%，且一级热裂化室的内壁设有陶瓷层。
由此可知：产生等离子体的等离子发生器由阴极和阳极组成，为径向安装，产生等离子体的介质为压缩空气，冷却介质为除盐水，等离子安装管段采用水冷结构，以对等离子安装管段实现冷却。
上述低温等离子直流煤粉点火燃烧器的主要运行流程如下：当等离子发生器拉弧成功并产生低温等离子体后，等离子发生器出口处的等离子体温度达到4000～5000℃，在等离子发生器安装管内形成高温活化区。总风粉流一部分经过点火风粉筒，成为为点火风粉流，另一部分为主煤粉流，沿一级热裂化室外壁进入等离子煤粉燃烧器。点火风粉流经过上下浓淡浓缩块，分成浓淡两股风粉流，浓侧点火煤粉流经过高温活化区进入一级热裂化室并产生热裂化反应，同时伴有化学反应和物理反应，煤粉被气化获得更多的可燃气体，提高了煤粉气流的可燃气体含量，经过一级热裂化反应后的煤粉流在一级热裂化室出口处温度大于煤粉着火温度、小于煤粉灰熔点温度，含氧量趋于零。点火风粉流形成的高温混合物与主煤粉流混合反应后，使主煤粉流加热，析出挥发份。进入炉膛后，通过二次风的深度补氧，产生剧烈燃烧。
其中一级热裂化室内壁均设有高温耐磨陶瓷，保护燃烧筒免受高温的冲击及煤粉的冲刷磨损；高温强化区的等离子安装管段采用水冷结构，由冷却水进口管、冷却水出口管、冷却室组成。
本发明的的最突出的优点是：采用低温等离子体及热裂化机理气化煤粉，提高煤粉气流可燃气体含量，对煤质的适应性广，完全满足劣质煤粉点火要求，劣质煤的干燥无灰基Ｖdaf可低至14%。另外，一级热裂化室中混合燃料的温度可以达到1200℃以上；或者等离子煤粉燃烧器中混合燃料的温度不低于1000℃。
本发明低温等离子直流煤粉点火燃烧器，它采用等离子发生器产生的低温等离子体使点火煤粉气化，提高煤粉气流的可燃气体含量，将燃烧器中的煤粉在燃烧器出口点燃，利用等离子气化点燃的煤粉放出的热量启动及稳燃燃煤锅炉，实现燃煤锅炉的全无油点火，系统安装方便、使用可靠、节油率100%。
本发明所述燃烧器将风粉流分为点火风粉流和主风粉流，点火风粉流分成浓淡两股送入一级热裂化室，与等离子发生器产生的等离子流相互作用，进行多级化学反应生成混合气体燃料。高温混合燃料进入等离子煤粉燃烧器与主风粉流混合进一步反应加热，使出口燃料温度大于煤的燃烧温度，最后送入锅炉炉膛，与炉膛入口二次风混合生成强大的高温火焰，点燃炉膛内风粉。该燃烧器基于煤粉的热裂解气化作用，催化固相可燃气体的逸出，使燃料挥发份达到30%以上，温度达到800℃左右，进入炉膛与二次风混合形成强劲的火焰，点燃炉膛煤粉，实现了全无油煤粉点火，对煤的适应性广，达到燃煤锅炉启动点火及稳燃的目的，并节约大量的燃油，具有巨大的经济效益和社会效益。
Claims (6)
1.一种低温等离子直流煤粉点火燃烧器，包括煤粉燃烧器、等离子发生器以及冷却室，所述等离子发生器安装在等离子发生器安装管道内，其特征在于：所述煤粉燃烧器的入口与燃烧器连接筒连接；所述等离子发生器安装管道安装在燃烧器连接筒的筒体上，等离子发生器的轴线与煤粉燃烧器的轴线夹角α为：75°﹤α≤90°；煤粉燃烧器的内流道入口段安装一级热裂化室，燃烧器连接筒内安装冷却室；所述等离子发生器的喷口端通过冷却室的热源通道与一级热裂化室连接，且冷却室的热源通道进口端与点火风粉筒连接，而冷却室的冷源通道则与冷源介质连接；所述等离子发生器的喷口端与点火风粉筒之间的冷却室热源管道内安装促使进入点火风粉筒的点火煤粉流垂直分流成两股风粉流的煤粉浓缩器；等离子发生器的轴线与一级热裂化室的间距为 L=（D-d）/2; 等离子发生器的喷口端与一级热裂化室出口端的间距为K=（2~3）d；其中： 为一级热裂化室内径，为等离子发生器的喷口端直径。
2.根据权利要求1所述低温等离子直流煤粉点火燃烧器，其特征在于：所述等离子发生器安装管道的外壁贯穿冷却室的冷源通道设置。
3.根据权利要求1或2所述低温等离子直流煤粉点火燃烧器，其特征在于：所述煤粉燃烧器、一级热裂化室、冷却室以及燃烧器连接筒皆同轴设置。
4.根据权利要求3所述低温等离子直流煤粉点火燃烧器，其特征在于：所述煤粉浓缩器为煤粉浓缩块。
5.根据权利要求1所述低温等离子直流煤粉点火燃烧器，其特征在于：所述等离子发生器产生等离子体的介质为压缩空气；所述冷却介质为除盐水。
6.根据权利要求1所述低温等离子直流煤粉点火燃烧器，其特征在于：所述一级热裂化室的长度为煤粉燃烧器轴向长度的50%-60%，且一级热裂化室的内壁设有陶瓷层。
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