CN104728864B - 一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，包括制粉系统、给粉系统、送风系统、燃烧系统和烟气处理系统；所述制粉系统包括磨煤机、煤粉临时储仓和提升机，试验所需煤粉经过磨煤机磨制成不同的煤粉细度，磨煤机内部设置有变频分析电机，通过改变变频分析电机的参数实现对煤粉细度的调节，并将磨制好的煤粉送入到煤粉临时储仓中，提升机将煤粉临时储仓中的煤粉提升至给粉系统中。本发明扩大了直流等离子点火技术在点火温度、技术性能、适用范围等方面的优势，具有系统简单、电极寿命长、检修维护量小、煤种适应性范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，以适应不同煤种的大功率可调节等离子点火。
背景技术
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。
长期以来，火力发电机组锅炉的启停及低负荷稳燃期间消耗大量的燃料油，特别是对于新建的火力发电机组，其在试运期间要经过锅炉吹管、汽机冲转、机组并网、电气试验、机组带大负荷运行等许多阶段，此期间由于锅炉无法投磨或无法完全断油运行，因此要耗费大量的燃油。煤粉锅炉等离子点火技术就是在节能降耗政策背景下产生的一项节油技术，这项技术针对我国大部分电力、冶金、石化等行业的燃煤锅炉在启停及稳燃时耗费大量燃料油的实际情况，通过对锅炉燃烧器的改造，在锅炉启停和稳燃期间无需投油，从而彻底摆脱对燃油的依赖。
但是，目前市场上等离子点火系统形式单一，电弧功率调节范围很窄，一般为100±20KW，适应煤粉种类范围有限，对于烟煤、褐煤等挥发分较高的煤种点火情况较好，而对于品质较差的贫煤等较难点燃；目前点火系统控制速度慢，易污染电极，点火成功率偏低，而且电极使用寿命低。因此，等离子点火技术领域迫切需要新一代的大功率可调节等离子点火系统来克服这些技术屏障，在研发过程中，需要建立试验平台，对整个系统各项性能进行测量分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：为克服传统电厂煤粉锅炉油枪点火和普通等离子点火技术的不足，提供一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，为实现大功率可调节等离子点火提供一种接近电厂煤粉锅炉点火实际的等离子点火工程试验平台，为不同功率种类的喷枪与不同煤粉以及燃烧器相匹配提供理论和技术支持，寻找最优化的、最环保和节能的等离子点火系统。
本发明的技术解决方案：一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，包括制粉系统、给粉系统、送风系统、燃烧系统和烟气处理系统；
所述制粉系统包括磨煤机、煤粉临时储仓和提升机，试验所需煤粉经过磨煤机磨制成不同的煤粉细度，磨煤机内部设置有变频分析电机，通过改变变频分析电机的参数实现对煤粉细度的调节，并将磨制好的煤粉送入到煤粉临时储仓中，提升机将煤粉临时储仓中的煤粉提升至给粉系统中；
给粉系统包括煤粉仓、叶轮给料机、螺旋计量称和煤粉混合器，煤粉仓储存由制粉系统中提升机运送过来的煤粉，带有变频装置的叶轮给料机将煤粉仓中的煤粉输送到煤粉混合器中，煤粉量通过螺旋计量称进行测量，获取试验所需的给粉量；
送风系统包括鼓风机和蒸汽换热器，将压缩并预热的空气在煤粉混合器中与给粉系统中输送过来的煤粉进行充分混合；
燃烧系统包括燃烧室和内部设有煤粉燃烧器的等离子点火装置，煤粉燃烧器中设置有浓淡分离装置，使浓相煤粉聚集在煤粉燃烧器的中心位置，淡相煤粉分布在浓相煤粉四周，等离子点火装置将分离后的浓相煤粉在燃烧器中心筒位置迅速点燃后并将淡相煤粉引燃后进入燃烧室，在燃烧室的内壁分别设置温度及压力传感器，以获得燃烧室内的温度及压力参数；
烟气处理系统用于对燃烧系统产生的烟气进行冷却与除尘。
螺旋计量称与煤粉混合器之间的管道上设置有锁气器，使煤粉能顺利进入煤粉混合器中。
煤粉混合器的出口处设置有煤粉浓度监测装置，蒸汽换热器的进、出风口处均设置有温度及压力传感器，以获得浓度、温度及压力参数。
所述等离子点火装置包括设置有阴阳电极的等离子喷枪、电源、阴阳极循环冷却水通路结构、压缩空气通路结构以及煤粉燃烧器；
等离子喷枪置于煤粉燃烧器中心位置，具有整流及高频引弧功能的电源连接于等离子喷枪的阴阳电极上，阴阳极循环冷却水通路结构为阴阳电极提供冷却保护，其管道上设置有温度及压力检测及过滤装置，压缩空气通路结构为等离子喷枪提供工作介质气体，其管道上设置有压力、流量及过滤装置，经蒸汽换热器预热后的热一次风携带煤粉进入煤粉燃烧器后，经等离子喷枪逐级点燃并着火，在煤粉燃烧器内完成燃烧。
所述等离子喷枪包括喷枪外筒、喷枪内筒、主进气通道和电极组件，所述喷枪内、外筒均为中空柱体结构，喷枪外筒套于喷枪内筒外壁上，喷枪外筒壁上设置有电极冷却水进出通道，喷枪外筒和喷枪内筒之间为主进气通道。
所述电极组件包括阳极、磁场线圈和阴极，其中阳极置于喷枪内筒中，为一端封闭的中空柱体结构，靠近封闭端处阳极的空腔一端为辅助进气室，封闭面上设有便于气体流入辅助进气室的孔；阴极为中空柱体结构，其一端置于喷枪内筒中，另一端置于喷枪外筒中，阴极空腔一端与阳极空腔另一端配合形成主进气室，主进气室外壁设有通孔，便于气体由主进气通道通过喷枪内筒进入主进气室中，阴极空腔的另一端与喷枪外筒配合构成喷嘴，阴极和阳极的外侧均缠绕有磁场线圈。
所述阴极和阳极在同一条轴线上。
本发明与现有技术相比的优点：
(1)本发明接近锅炉点火实际的工程试验平台，为锅炉点火提供试验参数和理论支持。该试验平台集制粉、给粉、输粉、冷风加热、等离子喷枪和燃烧器、燃烧室及排烟于一体的大功率可调节等离子点火试验台，可以开展不同炉型、不同煤种(烟煤、褐煤、贫煤等)与不同风粉浓度的等离子体点火特性研究，解决电厂煤粉锅炉在点火启动运行中出现的问题；
(2)本发明有助于加速煤粉的燃烧，大大减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。此外，等离子体对于煤粉的作用，比通常情况下提高20％～80％的挥发份，即等离子体再造挥发份的效应，这对点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特殊的意义；
(3)本发明扩大了直流等离子点火技术在点火温度、技术性能、适用范围等方面的优势，具有系统简单、电极寿命长、检修维护量小、煤种适应性范围广等优点。
附图说明
图1为本发明系统的组成示意图；
图2为本发明等离子点火装置结构示意图；
图3为本发明等离子喷枪结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，包括制粉系统、给粉系统、送风系统、燃烧系统和烟气处理系统；
所述制粉系统包括磨煤机101、煤粉临时储仓102和提升机103，试验所需煤粉经过磨煤机101磨制成不同的煤粉细度，磨煤机102内部设置有变频分析电机，通过改变变频分析电机的参数实现对煤粉细度的调节，并将磨制好的煤粉送入到煤粉临时储仓102中，提升机103将煤粉临时储仓102中的煤粉提升至给粉系统中；
给粉系统包括煤粉仓104、叶轮给料机105、螺旋计量称106和煤粉混合器109，煤粉仓104储存由制粉系统中提升机103运送过来的煤粉，带有变频装置的叶轮给料机105将煤粉仓104中的煤粉输送到煤粉混合器109中，煤粉量通过螺旋计量称106进行测量，获取试验所需的给粉量；螺旋计量称106与煤粉混合器109之间的管道上设置有锁气器，使煤粉能顺利进入煤粉混合器109中。
送风系统包括鼓风机107和蒸汽换热器108，将压缩并预热的空气在煤粉混合器109中与给粉系统中输送过来的煤粉进行充分混合；煤粉混合器109的出口处设置有煤粉浓度监测装置，蒸汽换热器108的进、出风口处均设置有温度及压力传感器，以获得浓度、温度及压力参数。
燃烧系统包括燃烧室115和内部设有煤粉燃烧器14的等离子点火装置，煤粉燃烧器14中设置有浓淡分离装置，使浓相煤粉聚集在煤粉燃烧器14的中心位置，淡相煤粉分布在浓相煤粉四周，等离子点火装置将分离后的浓相煤粉在燃烧器中心筒位置迅速点燃后并将淡相煤粉引燃后进入燃烧室115，燃烧室115采用耐火砖砌封闭空间，并且设置点火燃烧区域，在燃烧室115的内壁分别设置温度及压力传感器，以获得燃烧室内的温度及压力参数，两侧设有防爆窗口。
煤粉燃烧器14是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉，与以往的煤粉燃烧器相比，煤粉燃烧器14在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
烟气处理系统包括除尘系统116，引风机117和烟囱118，用于对燃烧系统产生的烟气进行冷却与除尘。
如图2所示，所述等离子点火装置包括设置有阴阳电极的等离子喷枪10、电源11、阴阳极循环冷却水通路结构12、压缩空气通路结构13以及煤粉燃烧器14；
等离子喷枪10置于煤粉燃烧器14中心位置，具有整流及高频引弧功能的电源11连接于等离子喷枪10的阴阳电极上，阴阳极循环冷却水通路结构12为阴阳电极提供冷却保护，其管道上设置有温度及压力检测及过滤装置，压缩空气通路结构13为等离子喷枪10提供工作介质气体，其管道上设置有压力、流量及过滤装置，经蒸汽换热器108预热后的热一次风携带煤粉进入煤粉燃烧器14后，经等离子喷枪10逐级点燃并着火，在煤粉燃烧器14内完成燃烧。
如图3所示，所述等离子喷枪10包括喷枪外筒7、喷枪内筒8、主进气通道9和电极组件，所述喷枪内、外筒均为中空柱体结构，喷枪外筒7套于喷枪内筒8外壁上，喷枪外筒7壁上设置有电极冷却水进出通道，喷枪外筒7和喷枪内筒8之间为主进气通道9。
所述电极组件包括阳极1、磁场线圈2和阴极3，所述阴极3和阳极1在同一条轴线上，其中阳极1置于喷枪内筒8中，为一端封闭的中空柱体结构，靠近封闭端处阳极1的空腔一端为辅助进气室5，封闭面上设有便于气体流入辅助进气室5的孔；阴极3为中空柱体结构，其一端置于喷枪内筒8中，另一端置于喷枪外筒7中，阴极3空腔一端与阳极1空腔另一端配合形成主进气室6，主进气室6外壁设有通孔，便于气体由主进气通道9通过喷枪内筒8进入主进气室6中，阴极3空腔的另一端与喷枪外筒7配合构成喷嘴4，阴极3和阳极1的外侧均缠绕有磁场线圈2。
本发明的工作原理为：将所需实验的煤粉放入料仓后进入磨煤机，通过磨煤机分析电机调节磨煤机转速，磨制成不同试验所需要的一系列煤粉细度，煤粉随一次风经浓淡分离后，浓相煤粉进入等离子体火焰中心——燃烧器中心筒(Ⅰ级燃烧)。煤粉颗粒通过该“核心带”受到高温作用，在10-3秒内迅速点燃，并释放出挥发份，为中心筒周围经二次浓缩后的淡相煤粉(此时成为浓煤粉)提供高温热源，使淡相煤粉也迅速燃烧(Ⅱ级燃烧)，在燃烧器出口处将流经燃烧器的所有煤粉全部燃尽，形成稳定的燃烧火炬。由于大功率等离子燃烧器的功率增加，使得等离子火焰的直径和长度均达到大幅增加，从而增加了煤粉与大功率等离子体的接触、换热时间，有助于加速煤粉的燃烧，大大减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。此外，等离子体对于煤粉的作用，比通常情况下提高20％～80％的挥发份，即等离子体再造挥发份的效应，这对点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特殊的意义。并且，对于不同种类煤粉，通过调节等离子喷枪功率、风粉浓度、风速等参数，找到不同种类煤粉最优化的点火燃烧方案。
目前市场上等离子点火装置形式单一，电弧功率调节范围很窄，一般为100±20KW，本发明电弧功率调节范围宽，可拓展至500KW。
将高端民用大功率、长寿命等离子喷枪系统和高性能燃烧器系统有效的集成起来，建立一套1：1电厂煤粉锅炉等离子点火验证系统，通过调整等离子电弧功率以及优化燃烧器设计方法，形成一套成熟的、工程化的、大功率调节范围的高端等离子点火系统，重点解决当前主流点火系统解决不了的无烟煤和贫煤等低挥发份煤品的锅炉点火问题。
最终形成一套成熟先进的、大功率调节范围的煤粉锅炉等离子点火系统，服务于燃煤锅炉的节油、环保事业。所述大功率等离子点火燃烧器扩大了直流等离子点火技术在点火温度、技术性能、适用范围等方面的优势，具有系统简单、电极寿命长、检修维护量小、煤种适应性范围广等优点。
因此，大功率等离子点火在燃煤锅炉无油点火技术的应用上，对新机组的建设和老机组的改造都具有重大的应用价值和市场前景。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
Claims (7)
1.一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，包括制粉系统、给粉系统、送风系统、燃烧系统和烟气处理系统；
所述制粉系统包括磨煤机(101)、煤粉临时储仓(102)和提升机(103)，试验所需煤粉经过磨煤机(101)磨制成不同的煤粉细度，磨煤机(101)内部设置有变频分析电机，通过改变变频分析电机的参数实现对煤粉细度的调节，并将磨制好的煤粉送入到煤粉临时储仓(102)中，提升机(103)将煤粉临时储仓(102)中的煤粉提升至给粉系统中；
给粉系统包括煤粉仓(104)、叶轮给料机(105)、螺旋计量称(106)和煤粉混合器(109)，煤粉仓(104)储存由制粉系统中提升机(103)运送过来的煤粉，带有变频装置的叶轮给料机(105)将煤粉仓(104)中的煤粉输送到煤粉混合器(109)中，煤粉量通过螺旋计量称(106)进行测量，获取试验所需的给粉量；
送风系统包括鼓风机(107)和蒸汽换热器(108)，将压缩并预热的空气在煤粉混合器(109)中与给粉系统中输送过来的煤粉进行充分混合；
燃烧系统包括燃烧室(115)和内部设有煤粉燃烧器(14)的等离子点火装置，煤粉燃烧器(14)中设置有浓淡分离装置，使浓相煤粉聚集在煤粉燃烧器(14)的中心位置，淡相煤粉分布在浓相煤粉四周，等离子点火装置将分离后的浓相煤粉在燃烧器中心筒位置迅速点燃后并将淡相煤粉引燃后进入燃烧室(115)，在燃烧室(115)的内壁分别设置温度及压力传感器，以获得燃烧室内的温度及压力参数；
烟气处理系统用于对燃烧系统产生的烟气进行冷却与除尘。
2.如权利要求1所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，螺旋计量称(106)与煤粉混合器(109)之间的管道上设置有锁气器，使煤粉能顺利进入煤粉混合器(109)中。
3.如权利要求1所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，煤粉混合器(109)的出口处设置有煤粉浓度监测装置，蒸汽换热器(108)的进、出风口处均设置有温度及压力传感器，以获得浓度、温度及压力参数。
4.如权利要求1所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，所述等离子点火装置包括设置有阴阳电极的等离子喷枪(10)、电源(11)、阴阳极循环冷却水通路结构(12)、压缩空气通路结构(13)以及煤粉燃烧器(14)；
等离子喷枪(10)置于煤粉燃烧器(14)中心位置，具有整流及高频引弧功能的电源(11)连接于等离子喷枪(10)的阴阳电极上，阴阳极循环冷却水通路结构(12)为阴阳电极提供冷却保护，其管道上设置有温度及压力检测及过滤装置，压缩空气通路结构(13)为等离子喷枪(10)提供工作介质气体，其管道上设置有压力、流量及过滤装置，经蒸汽换热器(108)预热后的热一次风携带煤粉进入煤粉燃烧器(14)后，经等离子喷枪(10)逐级点燃并着火，在煤粉燃烧器(14)内完成燃烧。
5.如权利要求4所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，所述等离子喷枪(10)包括喷枪外筒(7)、喷枪内筒(8)、主进气通道(9)和电极组件，所述喷枪内、外筒均为中空柱体结构，喷枪外筒(7)套于喷枪内筒(8)外壁上，喷枪外筒(7)壁上设置有电极冷却水进出通道，喷枪外筒(7)和喷枪内筒(8)之间为主进气通道(9)。
6.如权利要求5所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，所述电极组件包括阳极(1)、磁场线圈(2)和阴极(3)，其中阳极(1)置于喷枪内筒(8)中，为一端封闭的中空柱体结构，靠近封闭端处阳极(1)的空腔一端为辅助进气室(5)，封闭面上设有便于气体流入辅助进气室(5)的孔；阴极(3)为中空柱体结构，其一端置于喷枪内筒(8)中，另一端置于喷枪外筒(7)中，阴极(3)空腔一端与阳极(1)空腔另一端配合形成主进气室(6)，主进气室(6)外壁设有通孔，便于气体由主进气通道(9)通过喷枪内筒(8)进入主进气室(6)中，阴极(3)空腔的另一端与喷枪外筒(7)配合构成喷嘴(4)，阴极(3)和阳极(1)的外侧均缠绕有磁场线圈(2)。
7.如权利要求6所述的一种大功率可调节煤粉锅炉等离子点火试验台系统，其特征在于，所述阴极(3)和阳极(1)在同一条轴线上。
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