CN103912882B

CN103912882B - 一种等离子点燃低燃值放散气体装置

Info

Publication number: CN103912882B
Application number: CN201410127274.7A
Authority: CN
Inventors: 吴绍强; 王志刚; 郭秉楠; 李仁明; 赵永刚; 张杰立
Original assignee: Aerospace Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Aerospace Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: CN103912882A

Abstract

本发明涉及一种等离子点燃低燃值放散气体装置，包括等离子枪及防护系统、电源及控制系统、冷却水及压缩气系统，所述等离子枪由防护系统进行防护，电源及控制系统提供电力、高频引弧及系统控制，冷却水系统对等离子枪进行降温，压缩气系统对等离子枪提供介质。本装置用于国家不允许直接排放、必须点燃后才能排放的危险的、低燃值气体（如高炉煤气）瞬时点燃的装置，解决了以往利用高热值燃气伴烧，造成能源浪费、维护困难的现状，提高了点火的机动性和可靠性，达到随放随烧、可靠放散的目的。

Description

一种等离子点燃低燃值放散气体装置

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体属于热等离子体工业应用领域，涉及对冶金行业、石油、化工系统低燃值、危险气体无规则、不定期排放，提供点燃后排放的点火技术设备，尤其是一种等离子点燃低燃值放散气体装置。

背景技术

目前，冶金、石油、化工系统低燃值、有害、危险气体的排放，应按国家规定采用燃烧后放散，以减少潜在危险及有害气体对大气的污染。以冶金行业为例，主要方法为先用高频高压点火器点燃燃点较低、燃值较高的气体（如焦炉煤气），再点燃难以收集、二次利用，并需减压排放、燃点高、燃值低的高炉煤气。由于放散塔环境恶劣，常年受腐蚀及高温的烘烤，经常出现点火器失效、点不起火等故障；加之塔高梯险，攀爬困难，难以及时处理，容易造成年久失修，以致不能保证这类气体的正常放散。为此，许多工厂、企业被迫采用“长明灯”的方法（即24小时连续烧高燃值气体、365天不停），以达到随时可燃烧放散的目的。由此造成大量能源的浪费和环境的污染，增加二氧化碳的排放量，既不经济、又不环保。甚至，有的单位没有高燃值的气体，只能以缴纳高昂的排污费为代价，增加了企业的生产成本。

近些年，随着等离子体加热技术的逐步成熟，在民用工业各领域得到认同和应用，在热能应用方面尤其突出。其特点是：等离子体温度高，能量集中，便于控制，不污染环境，这种清洁能源和加热技术对点燃可燃性放散气体提供了极好的应用机会。

通过检索，未见公开的类似文献及专利。

发明内容

本发明在于采用等离子加热技术和装备，提供一种等离子点燃低燃值放散气体装置，该装置采用等离子体直接点燃需放散的可燃性气体，以达到燃烧后再放散的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

一种等离子点燃低燃值放散气体装置，包括等离子枪及防护系统、电源及控制系统、冷却水系统及压缩气系统，所述等离子枪由防护系统进行防护，电源及控制系统提供电力、高频引弧及系统控制，冷却水系统对等离子枪进行降温，压缩气系统对等离子枪提供介质。

而且，所述等离子枪及防护系统包括直流等离子枪、枪支架、防护罩、管线箱，等离子枪的外壳为中空圆筒状，在等离子枪的外壳内分别同轴安装有前电极、后电极，在该前电极、后电极的中间设置有绝缘进气环，该绝缘进气环连通压缩气系统。

而且，所述外壳与前电极、后电极之间均形成夹层结构，在夹层内同轴固装有一套筒，该套筒与外侧的外壳及里侧的电极之间有间隙，可贯通，并可通循环冷却水，套筒里侧与电极之间连通冷却水的进水管，套筒外侧与外壳之间连通冷却水的出水管；枪支架用来固定和支撑等离子枪；防护罩采用双层不锈钢夹层结构，后部全封闭，前端留出等离子体通道对准放散口；管线箱用来支撑枪及防护罩，在管线箱内安装有连接到等离子枪的水、气、电管缆。

而且，所述电源及控制系统由电源控制柜、直流整流电源、高频点火器组成，电源控制柜由空气开关、熔断器、接触器等电控元件组成，为整个装置提供电能，直流整流电源由三相可控硅整流装置、触发电路及电流控制器组成，供给直流等离子枪电源，其操作控制与放散频次同步，即放散阀门打开的同时接通水、气、电，开始点火，点燃后等离子枪退出运行；监测、显示、温控、信号等利用放散自控系统原有设施，高频点火器用来产生高频高压信号，使等离子枪正、负电极瞬间短路，形成通道，接通直流电源。

而且，所述冷却水系统及压缩气系统中，冷却水系统由水泵、水箱、管路组成，水的动压要大于0.5Mpa，流量为4～5m³/h，水箱容积约300L，采用封闭循环式；所述压缩气系统由空压机、冷凝器、过滤器、管路组成，气体动压大于0.3Mpa，流量3～4Nm³/h，经冷凝器干燥，过滤器过滤进入等离子枪。

本发明与现有技术相比的优点及效果是：

1、本发明采用了直接点燃的方式，解决了能源浪费的问题，可达到节能减排，防止二次污染，降低运行成本的目的。

2、本发明采用等离子枪且该等离子枪的电极累计寿命可达200小时以上，按每天点15次，每次2分钟（保守时间）计，可满足一年点火需要，无需更换电极，极大地降低了成本。

3、本发明所有电气设备总电源功率不大于50kW，每次点火耗电约为1.6千瓦时（即1.6度电），成本很低。

4、本发明采取的防护系统，可保护等离子枪及所连接的管线的安全，免受恶劣天气及放散火焰对设备的威胁，减少因设备故障上塔维修的次数，安全可靠。

5、本发明用于国家不允许直接排放、必须点燃后才能排放的危险的、低燃值气体（如高炉煤气）瞬时点燃的装置，解决了以往利用高热值燃气伴烧，造成能源浪费、维护困难的现状，提高了点火的机动性和可靠性，达到随放随烧、可靠放散的目的。

附图说明

图1为本发明的系统设备连接示意图；

图2为本发明的电气控制原理简图；

图3为本发明的直流等离子枪的结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施对本发明专利作进一步阐述，实施例是描述性的，非限定性，不能以此限定本发明专利的保护范围。

一种等离子点燃低燃值放散气体装置，如图1和图2所示，包括等离子枪及防护系统、电源及控制系统、冷却水系统及压缩气系统组成，等离子枪由防护系统进行防护，电源及控制系统提供电力、高频引弧及系统控制，冷却水系统对等离子枪进行降温，压缩气系统对等离子枪提供介质。

所述的等离子枪及防护系统，包括直流等离子枪4、枪支架3、防护罩2、管线箱1，等离子枪的外壳为中空圆筒状，在等离子枪的外壳18内分别同轴安装有前电极15、后电极21，在该前电极、后电极的中间设置有绝缘进气环20，该绝缘进气环连通压缩气系统；本实施例图3中所示的外壳与前电极、后电极之间均形成夹层结构，在夹层16内同轴固装有一套筒17，该套筒与外侧的外壳及里侧的电极之间有间隙，可贯通，并可通循环冷却水，套筒里侧与电极之间连通冷却水的进水管19，套筒外侧与外壳之间连通冷却水的出水管22；外壳及其夹层的材质均选用不锈钢，电极选用紫铜或合金材料并与外壳同轴连接，进气环采用耐高温陶瓷或云母；枪支架为钢制，用来固定和支撑等离子枪；防护罩采用双层不锈钢夹层结构，后部全封闭，前端留出等离子体通道，对准放散口。防护罩的目的是用来保护枪的安全，免受恶劣天气及放散火焰的高温对枪的威胁；管线箱用来支撑枪及防护罩，在管线箱内安装有连接到等离子枪的水、气、电管缆，起到保护作用。

所述的电源及控制系统由电源控制柜14、直流整流电源13、高频点火器5组成，电源控制柜由空气开关、熔断器、接触器等电控元件组成，为整个装置提供电能，直流整流电源由三相可控硅整流装置、触发电路及电流控制器组成（或采用IGBT），供给直流等离子枪电源，其操作控制可与放散频次同步，即放散阀门打开的同时接通水、气、电，开始点火，点燃后等离子枪退出运行；监测、显示、温控、信号等利用放散自控系统原有设施，高频点火器用来产生高频高压信号，使等离子枪正、负电极瞬间短路，形成通道，接通直流电源。

所述的冷却水系统及压缩气系统中，冷却水系统的作用是为了冷却等离子枪电极，由水泵11、水箱10、管路12组成，水的动压要大于0.5Mpa，流量为4～5m³/h，水箱容积约300L，可采用封闭循环式，注入蒸馏水或去离子水，水箱及管线采用不锈钢，外加保温。压缩气系统为等离子枪提供介质，由空压机6、冷凝器7、过滤器8、管路9组成，气体动压要大于0.3Mpa，流量3～4Nm³/h，经冷凝器干燥，过滤器过滤进入等离子枪（如有仪表风，可代替压缩气，也可用氮气、氩气、氦气等）。

本发明的工作原理为：

1、工作原理简述：

当放散压力升高，接近预定放散值时，放散阀门打开，同时发出第一个信号至电源控制柜，电源及控制回路通电，启动水泵通水、开电磁阀通气，高频点火器开始引弧，等离子枪点火；此时，放散气体也到达等离子枪点火处（放散塔顶部），迅速点燃放散气，点燃后枪退出运行。当放散压力降低，小于放散值时，放散阀门关闭，同时发出第二个信号至电源控制柜，电源及控制回路断电。

2、工作流程分解：

⑴点火启动条件：当第一个信号达到电源控制柜后，如供给等离子枪的水、气压力正常，压力开关接通电源及控制回路，水气电条件全部满足；

⑵高频点火器引弧：条件全部满足后，高频点火器开始引弧，安装在等离子枪附近的热电偶，检测到枪附近的温度高于设定温度时，说明等离子枪已点燃，高频点火器停止引弧；

⑶等离子枪点火：等离子枪引弧后，高温等离子体迅速点燃放散气体，安装在放散口附近的热电偶，检测到放散口附近的温度高于设定温度时，说明放散煤气已点燃，等离子枪退出运行。如检测到放散口附近的温度小于设定温度，或由于其它原因熄灭，等离子枪将继续运行，直至达到设定温度为止。

⑷故障条件满足：供等离子枪的水、气、电任一参数不正常，包括：冷却水温超高、水压低、气压低，电压及电流参数异常等，均会发出报警，等离子枪自动停止，待查明故障后再启动。

⑸停止条件满足：当第二个信号达到电源控制柜，说明放散压力小于放散值，放散阀门已关闭，电源及控制回路断电，等离子点火装置停止运行。需要说明的是，所述安装在放散口附近的热电偶，为原配置的设施，安装在等离子枪附近的热电偶，只是调整一下位置，包括报警装置等均含在放散自控系统内。

本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种等离子点燃低燃值放散气体装置，包括等离子枪及防护系统、电源及控制系统、冷却水系统及压缩气系统，其特征在于：所述等离子枪由防护系统进行防护，电源及控制系统提供电力、高频引弧及系统控制，冷却水系统对等离子枪进行降温，压缩气系统对等离子枪提供介质；

所述等离子枪及防护系统包括直流等离子枪、枪支架、防护罩、管线箱，等离子枪的外壳为中空圆筒状，在等离子枪的外壳内分别同轴安装有前电极、后电极，在该前电极、后电极的中间设置有绝缘进气环，该绝缘进气环连通压缩气系统。

2.根据权利要求1所述的等离子点燃低燃值放散气体装置，其特征在于：所述外壳与前电极、后电极之间均形成夹层结构，在夹层内同轴固装有一套筒，该套筒与外侧的外壳及里侧的电极之间有间隙，可贯通，并可通循环冷却水，套筒里侧与电极之间连通冷却水的进水管，套筒外侧与外壳之间连通冷却水的出水管；枪支架用来固定和支撑等离子枪；防护罩采用双层不锈钢夹层结构，后部全封闭，前端留出等离子体通道对准放散口；管线箱用来支撑枪及防护罩，在管线箱内安装有连接到等离子枪的水、气、电管缆。

3.根据权利要求1所述的等离子点燃低燃值放散气体装置，其特征在于：所述电源及控制系统由电源控制柜、直流整流电源、高频点火器组成，电源控制柜由空气开关、熔断器、接触器电控元件组成，为整个装置提供电能，直流整流电源由三相可控硅整流装置、触发电路及电流控制器组成，供给直流等离子枪电源，其操作控制与放散频次同步，即放散阀门打开的同时接通水、气、电，开始点火，点燃后等离子枪退出运行；监测、显示、温控、信号等利用放散自控系统原有设施，高频点火器用来产生高频高压信号，使等离子枪正、负电极瞬间短路，形成通道，接通直流电源。

4.根据权利要求1所述的等离子点燃低燃值放散气体装置，其特征在于：所述冷却水系统及压缩气系统中，冷却水系统由水泵、水箱、管路组成，水的动压要大于0.5MPa，流量为4～5m³/h，水箱容积约300L，采用封闭循环式；所述压缩气系统由空压机、冷凝器、过滤器、管路组成，气体动压大于0.3MPa，流量3～4Nm³/h，经冷凝器干燥，过滤器过滤进入等离子枪。