CN110360548B - 基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器，包括一次风通道，二次风通道，电离通道，煤粉浓淡撞击块，煤粉分离器，滑动弧强化燃烧稳燃器，旋流器，高压电极，接地电极，耐高温绝陶瓷，其中，一次风通道内布置有煤粉浓淡分离器及煤粉分离器，一次风通道后端外侧嵌装有二次风通道及电离通道，二次风通道后端由内环电离通道、外环电离通道构成，形成内外双环介质阻挡放电系统，一次风通道出口处布置有可拆卸滑动弧强化燃烧稳燃器，通过采用介质阻挡放电激励与滑动弧放电相结合的方式对煤粉燃烧器进行结构优化改进，利用非平衡等离子体化学效应提升二次风的活性粒子，实现等离子体辅助高效燃烧、稳燃器的稳定可靠燃烧等目的。

Description

基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器
技术领域
本发明涉及煤粉燃烧器技术领域，具体为一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器。
背景技术
大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少重油(天然气)的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性，又可以改善火电厂的生态条件。
采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15％～20％，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费；由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染，另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境。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；电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。
等离子体激励技术由于具备提高反应活性、温升效应、扰动流场等有益于强化燃烧、促进稳定可靠燃烧及降低NOx排放等优势，具有在煤粉燃烧器上应用的巨大潜力。因此，本发明基于等离子体激励分级强化燃烧低NOx燃烧器，将会极大地促进煤粉燃烧器技术的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器，其能够解决上述现有技术中的问题。
为此，本发明采用了如下技术方案：包括一次风通道，二次风通道，电离通道，煤粉浓淡撞击块，煤粉分离器，滑动弧强化燃烧稳燃器，旋流器，高压电极，接地电极，耐高温绝缘陶瓷，其中，所述一次风通道内布置有煤粉浓淡撞击块及煤粉分离器，一次风通道后端外侧嵌装有二次风通道；
所述二次风通道前端由内二次旋流通道、外二次旋流通道构成，旋流器用于产生高速旋转湍流流场，二次风通道水平前端均设计为渐缩管口用来增强气流流速从而最大限度达到冷却燃烧器器壁的效果；
所述二次风通道后端由电离通道构成，电离通道由内环电离通道、外环电离通道构成，其中高压电极镶嵌于耐高温绝缘陶瓷一中间，并整体固定于二次风通道支架上，燃烧器壁与二次风通道外壁均由耐高温耐腐蚀的金属材料制成并作为接地电极，形成内外双环介质阻挡放电系统；
所述一次风通道出口处布置有可拆卸滑动弧强化燃烧稳燃器，其中，滑动弧强化燃烧稳燃器中的对置环形高压电极嵌装在耐高温绝缘陶瓷二上并固定于滑动弧强化燃烧稳燃器外壁上，对置环形接地电极直接固定于滑动弧强化燃烧稳燃器外壁，工作时施加高压电源形成滑动弧放电并产生等离子体放电区域。滑动弧强化燃烧稳燃器有两大作用，其一因等离子体的化学效应、温升效应达到辅助强化燃烧的目的，其二通过对置双环结构可以有效控制燃烧的稳定性。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器，摒弃了传统的锅炉点火和稳燃用油模式，具有以下优势：采用介质阻挡放电激励与滑动弧放电相结合的方式对煤粉燃烧器进行结构优化改进，利用非平衡等离子体化学效应提升二次风的活性粒子，并增强炉膛内的反应活性，利用滑动弧等离子体温升效应、化学效应强化一次风通道出口燃烧强度，利用稳燃器结构促进燃烧的稳定性，最终实现在锅炉安全、经济运行的基础上，有效地降低NOx排放、等离子体辅助高效燃烧、稳燃器的稳定可靠燃烧、防结渣、防烧蚀等目的。同时本方案在不施加高压电时，可以作为普通低NOx分级燃烧器正常工作。
附图说明
图1本发明等离子体激励分级强化燃烧低NOx燃烧器总体结构图；
图2为本发明滑动弧强化燃烧稳燃器示意图。
图中符号说明：1-一次风通道，2-燃烧器壁，3-二次风通道支架，4-内二次旋流通道，5-外二次旋流通道，6-二次风通道外壁，7-高压电极，8-耐高温绝缘陶瓷一，9-内环电离通道，10-外环电离通道，11-煤粉浓淡撞击块，12-煤粉分离器，13-滑动弧强化燃烧稳燃器，14-耐高温绝缘陶瓷二，15-对置环形高压电极，16-对置环形接地电极，17-等离子体放电区域，旋流器18，旋流器19。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
下面参照图1-2来描述根据本发明的实施例提供的一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器。
结合图1至图2所示，本发明包括一次风通道1，二次风通道，电离通道，煤粉浓淡撞击块11，煤粉分离器12，滑动弧强化燃烧稳燃器13，旋流器，高压电极7，接地电极，耐高温绝陶瓷，其中，一次风通道1内布置有煤粉浓淡撞击块11及煤粉分离器12，一次风通道1后端外侧嵌装有二次风通道；
二次风通道前端由内二次旋流通道4、外二次旋流通道5构成，旋流器18，旋流器19用于产生高速旋转湍流流场，二次风通道水平前端均设计为渐缩管口用来增强气流流速从而最大限度达到冷却燃烧器器壁的效果；
二次风通道后端由电离通道构成，电离通道由内环电离通道9、外环电离通道10构成，其中高压电极7镶嵌于耐高温绝缘陶瓷一8中间，并整体固定于二次风通道支架3上，燃烧器壁2与二次风通道外壁6均由耐高温耐腐蚀的金属材料制成并作为接地电极，形成内外双环介质阻挡放电系统；
一次风通道1出口处布置有可拆卸滑动弧强化燃烧稳燃器13，其中，滑动弧强化燃烧稳燃器13中的对置环形高压电极15嵌装在耐高温绝缘陶瓷二14上并固定于滑动弧强化燃烧稳燃器13外壁上，对置环形接地电极16直接固定于滑动弧强化燃烧稳燃器13外壁，工作时施加高压电源形成滑动弧放电并产生等离子体放电区域17。滑动弧强化燃烧稳燃器13有两大作用，其一因等离子体的化学效应、温升效应达到辅助强化燃烧的目的，其二通过对置双环结构可以有效控制燃烧的稳定性。
本发明的工作原理：风粉经一次风通道1进入燃烧器，进入燃烧器后的风、粉混合物会经过煤粉浓淡撞击块11，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火，燃烧过程中浓相气流进入煤粉分离器12内侧，而淡相气流从煤粉分离器12外侧流过。经过煤粉浓淡撞击块11处理的风粉混合物会与高压电极7电离产生的非平衡等离子体相掺混，掺混后的混合物会经过煤粉分离器12的再次处理，最后带有大量非平衡等离子体活性粒子的混合物将由滑动弧强化燃烧稳燃器13直接点燃。介质阻挡放电工作气体由外二次旋流通道5进入到内环电离通道9及外环电离通道10中，经高压电极7电离后将产生大量能激励燃烧的非平衡等离子体，电离产生的非平衡等离子体将在内二次旋流通道4及外二次旋流通道5的工作气体的带动下进入到燃烧器内部，对燃烧过程将产生激励作用。

Claims (2)

1.一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器，其特征在于，包括一次风通道(1)，二次风通道，电离通道，煤粉浓淡撞击块(11)，煤粉分离器(12)，滑动弧强化燃烧稳燃器(13)，旋流器，高压电极(7)，接地电极，耐高温绝缘陶瓷，其中，所述一次风通道(1)内布置有煤粉浓淡撞击块(11)及煤粉分离器(12)，一次风通道(1)后端外侧嵌装有二次风通道；所述一次风通道(1)出口处布置有可拆卸滑动弧强化燃烧稳燃器(13)；
所述二次风通道前端由内二次旋流通道(4)、外二次旋流通道(5)构成，二次风通道水平前端均为渐缩管，所述二次风通道后端由电离通道构成，电离通道由内环电离通道(9)、外环电离通道(10)构成，其中高压电极(7)镶嵌于耐高温绝缘陶瓷一(8)中间，并整体固定于二次风通道支架(3)上，燃烧器壁(2)与二次风通道外壁(6)均由耐高温耐腐蚀的金属材料制成并作为接地电极，形成内外双环介质阻挡放电系统。
2.根据权利要求1所述一种基于等离子体激励分级强化燃烧的低NOx燃烧器，其特征在于，滑动弧强化燃烧稳燃器(13)中的对置环形高压电极(15)嵌装在耐高温绝缘陶瓷二(14)上并固定于滑动弧强化燃烧稳燃器(13)外壁上，对置环形接地电极(16)直接固定于滑动弧强化燃烧稳燃器(13)外壁，工作时施加高压电源形成滑动弧放电并产生等离子体放电区域(17)。
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