CN112484024A - 一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器包括气化筒；所述冷却单元和水蒸气单元均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器的气化筒内；本发明通过等离子体枪的设置，在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，使煤粉中固定碳和水蒸气热等离子体反应产生可燃气体，并使煤粉中的挥发份快速析出，促进煤粉燃烧；同时将水作为工作介质，不会产生氮氧化物，对环境友好；所述燃烧装置结构简单，耗能低，具有良好的工业化应用前景。

Description

一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法

技术领域

本发明属于煤炭燃烧技术领域，具体涉及一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法。

背景技术

我国是一个煤炭资源丰富，石油资源相对短缺的国家，以煤代油是一项非常重要的能源政策，开发推广和应用以煤代油的技术和产品是能源战略的一部分，能为我国带来显著的经济效益和社会效益，对全世界节能也具有重要意义。

锅炉是消耗燃油最多的设备，每年锅炉启动、运行和调峰要耗费的燃油超过300万吨，是工业耗油的第一大户。此外，燃煤锅炉在燃烧燃油时，由于受到油的雾化程度、点燃温度、供氧配风等条件影响，大量未燃尽油将形成油雾进入烟气中。带油雾的烟气进入电除尘器后会粘连在电极板上，既破坏静电收尘作用，影响除尘效果。同时，含油烟气对脱硫效果也有很大影响。带油污的烟气与脱硫剂接触后形成泡沫，使脱硫剂液位虚高，从而导致脱硫剂量减少，影响脱硫效果。

因此，开发以煤代油的设备和方法，解决锅炉燃油消耗的问题，不仅能节约巨量的燃油，又能保护环境，具有非常重要的意义。

CN201925933 U公开了一种等离子体燃气复合煤粉燃烧器，包括等离子体点火装置和第一级燃烧筒，其中，在第一级燃烧筒的出口处设有注气装置，注气装置通过送气管能够与燃气源相连接，用于将燃气注入煤粉燃烧器内；采用该装置还需要额外送入燃气，成本高，结构较为复杂，不利于工业化应用。

CN201526986 U公开了一种利用电弧点燃煤粉的装置和煤粉点燃方法。该装置包括一对阴阳极转移弧等离子体炬、煤粉燃烧筒和钝体，点燃方法包括以下步骤：空气-煤粉混合物从煤粉燃烧筒一端流入；一对阴阳极转移弧等离子体炬喷口位于煤粉燃烧筒内，一对等离子体炬轴线在喷口外延伸相交于煤粉燃烧筒投影截面内；在一对等离子体炬的空气-煤粉混合物流入侧放置一钝体，在钝体上开有透气孔或缝隙。电弧产生的等离子体位于两只等离子体炬喷口之间和钝体背风面围成的区域并向燃烧筒出口方向流动，煤粉-空气混合物通过钝体上的孔或缝隙被减速、或绕过钝体被卷吸进入等离子体高温区域，煤粉在等离子体高温区域被快加热、爆裂和快速脱挥发份，从而被点燃，在煤粉燃烧筒出口形成煤粉火炬，完成煤粉点燃过程。该装置利用空气等离子体进行点火，主要存在以下缺陷：1)对煤粉的要求太高，不能被广泛应用；2)由于主要靠等离子体发生器将电能转化为热能来点燃煤粉，驱动等离子体发生器的功率太高，关键部件发热量高、核心部件严重氧化和腐蚀，整套系统无法长时间运行，增加了检修人员的工作量，不适应智能化工业的发展方向；3)该技术以空气为工作气体，由于空气中含有大量的氮气和氧气，放电后产生的空气等离子体中的NO_X含量比较多，排入锅炉内部后，增加了烟气中氮氧化物的浓度，增加了环保压力。

综上所述，提供一种高效的煤粉点燃装置和方法，节约经济的同时又能保护环境，成为当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置通过等离子体枪的设置，在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，进一步促进煤粉燃烧；所述燃烧方法采用热等离子体点火技术让煤粉锅炉在“无油”的情况下实现点火和运行，极大地提高了整个电力生产过程中的环保程度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置，所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器包括气化筒；

所述冷却单元和水蒸气单元均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器的气化筒内。

本发明中，等离子体发生单元产生的热等离子体在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，使煤粉中碳和水蒸气热等离子体反应产生可燃气体，并使煤粉中的挥发份快速析出，促进了煤粉燃烧；所述燃烧装置结构简单，耗能低，具有良好的工业化应用前景。

本发明中，冷却单元用于冷却等离子体枪内部核心发热器件，避免器件损坏。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述等离子体发生单元包括等离子体枪和配套电源，所述配套电源与等离子体枪连接。

优选地，所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪。

优选地，所述水蒸气热等离子体枪包括电弧等离子体枪、微波等离子体枪或脉冲等离子体枪中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：电弧等离子体枪和微波等离子体枪的组合，微波等离子体枪和脉冲等离子体枪的组合，电弧等离子体枪、微波等离子体枪和脉冲等离子体枪的组合等。

优选地，所述等离子体枪至少为1支，例如1支、2支、3支或4支等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，设置多支水蒸气热等离子体枪，可单独工作也可协同工作，提高了该装置点火功率的适应范围，有利于工业化应用。

作为本发明优选的技术方案，所述煤粉燃烧器包括燃烧器外壳、气化筒和燃烧筒。

本发明中，燃烧筒的设置可解决褐煤、无烟煤和贫煤燃烧不充分的问题，且燃烧筒可设置多个，延长燃烧路径；而优质煤的点火燃烧可设置燃烧筒，也可不设置燃烧筒。

优选地，所述气化筒包括直筒结构或缩口结构。

本发明中，缩口结构用于无烟煤、褐煤和贫煤等劣质煤的点火燃烧。褐煤水份较高，无烟煤挥发份较低，贫煤灰分较高，点燃过程中存在如下问题：1)水蒸气热等离子体与煤粉反应较长；2)煤的着火点较高；3)煤粉不容易充分燃烧。而本发明通过缩口结构的设置，使水蒸气热等离子体在气化筒内与煤粉充分混合，促进煤粉的燃烧。

优选地，所述气化筒的材质包括陶瓷和/或耐热钢。

本发明中，水蒸气热等离子体与煤粉气流在气化筒中混合，高温条件下，两者发生剧烈的化学反应，生成可燃气，在气化筒内发生爆燃，将陶瓷和/或耐热钢作为气化筒材质，可维护装置安全运行。

优选地，所述水蒸气热等离子体枪与所述气化筒、所述燃烧筒依次连接，所述气化筒与燃烧筒同轴设置。

优选地，所述气化筒、燃烧筒与所述燃烧器外壳间设有间隙。

本发明中，气化筒、燃烧筒与所述燃烧器外壳间设有间隙，部分煤粉气流从其中通过，对煤粉燃烧器的内壁进行冷却，防止温度过高，损坏器件。

优选地，所述煤粉燃烧器的气化筒一端设有煤粉入口。

优选地，所述煤粉燃烧器的出口与锅炉相连接。

作为本发明优选的技术方案，所述燃烧装置还包括控制单元，所述控制单元与所述等离子体枪、配套电源、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器均相连。

本发明中，所述燃烧装置整体由控制单元控制，以测量和控制整套设备的工作状态，调节煤粉燃烧器内煤粉的气化和燃烧状态，使整体装置良好运行。

另一方面，本发明提供了使用上述燃烧装置进行煤粉燃烧的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)向等离子体枪通入水蒸气，得到水蒸气热等离子体；

(2)步骤(1)得到的水蒸气热等离子体与煤粉依次发生气化反应和燃烧反应。

本发明中，所述方法采用热等离子体点火技术，在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，使煤粉中的挥发份快速析出，进一步促进煤粉燃烧；同时将水作为工作介质，成本低，且放电电离时不会产生氮氧化物，对环境友好具有良好的工业化应用前景。

本发明中，等离子体枪中的部分水蒸气在高温和电流的作用下发生化学键断裂和重组，转化为水蒸气热等离子体，其中包含大量的活性粒子，其反应方程式见式(1)。

H₂O→H^*+O^*+OH^*+O₂ ^* (1)

其中，*表示高温下的活性物质。

反应(1)中产生的活性物质与煤粉接触后发生反应，发生的主要反应见式(2)-(3)：

C+H₂O→CO+H₂ (2)

2C+O₂ ^*→2CO (3)

反应(1)(2)(3)在温度高达5000℃的条件下进行，产生的大量的可燃气体CO、H₂和强氧化气体活性氧气O₂*将煤粉包裹，使其快速析出挥发份，释放能量，为煤粉的燃烧创造了条件。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪。

优选地，产生水蒸气热等离子体的过程中对所述水蒸气热等离子体枪进行冷却。

优选地，所述冷却的冷却介质包括冷却水或压缩空气。

本发明中，采用冷却水或压缩空气对水蒸气热等离子体枪的核心部件进行冷却，避免温度过高损坏器件。

作为本发明优选的技术方案，所述水蒸气由水蒸气单元产生。

优选地，所述水蒸气单元包括蒸气锅炉。

优选地，所述水蒸气的流量为10～300Nm³/h，例如10Nm³/h、50Nm³/h、100Nm³/h、150Nm³/h、200Nm³/h、250Nm³/h或300Nm³/h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述水蒸气的压力为5～1500kPa，例如5kPa、10kPa、100kPa、300kPa、500kPa、800kPa、1000kPa、1200kPa、1400kPa或1500kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，水蒸气流量和压力需进行控制。若水蒸气的流量过小，会导致煤粉气化程度偏低，无法达到煤粉的点火和助燃要求；若水蒸气的流量过大，则会导致过量的水蒸气进入锅炉，对锅炉正常运行产生危害；若水蒸气的压力过大会阻碍等离子体发生器的启动和运行；若水蒸气的压力过小，则会损坏等离子体发生器内部发热器件，使等离子体发生单元无法正常工作。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述煤粉中的固定碳含量与水蒸气的通入量的质量比不小于1，例如1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.5或3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述煤粉中的固定碳含量为30～70wt％，例如30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％或70wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，煤粉气流的通入量可根据煤粉中的固定碳含量计算得到。

优选地，部分煤粉通过燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙对煤粉燃烧器的内壁进行冷却。

本发明中，部分煤粉气流进入到煤粉燃烧器内的气化筒中与生成的水蒸气热等离子体混合点火，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙中对煤粉燃烧器的内壁进行冷却，换热后的部分煤粉气流继续参与燃烧反应。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述气化反应在所述气化筒中进行。

优选地，步骤(2)所述燃烧反应在所述煤粉燃烧器中进行。

优选地，步骤(2)所述气化反应的温度为2250～5500℃，例如2250℃、2300℃、2600℃、3000℃、3400℃、3800℃、4200℃、4700℃、5000℃或5500℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述燃烧反应的温度不小于600℃，例如600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、72℃、740℃、760℃或780℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述气化反应生成的气体包括H₂和CO。

优选地，步骤(2)所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)将流量为10～300Nm³/h，压力为5～1500kPa的水蒸气通入等离子体枪，得到的水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中对等离子体枪进行冷却；

(2)将固定碳含量为30～70wt％的煤粉气流通入煤粉燃烧器，部分煤粉气流与步骤(1)得到的2250～5500℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在不小于600℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙中对煤粉燃烧器的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述燃烧装置通过等离子体发生单元的设置，在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，以较小的能量获得了大量的可燃气体，同时使煤粉中的挥发份快速析出，进一步促进煤粉燃烧；并且所述燃烧装置将水作为工作介质，成本低，放电电离时不会产生氮氧化物，对环境友好；

(2)本发明所述的煤粉燃烧的方法采用热等离子体点火技术让煤粉锅炉在“无油”的情况下实现点火和运行，简化了煤粉锅炉的运行流程，减少了煤粉锅炉的不稳定性；

(3)本发明所述燃烧装置结构简单，耗能低，具有良好的工业化应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置结构示意图；

图2是本发明实施例3提供的基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置结构示意图；

图3是本发明实施例4提供的基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置结构示意图；

其中，1-等离子体枪，2-配套电源，3-控制单元，4-冷却单元，5-水蒸气单元，6-煤粉燃烧器，7-气化筒，8-燃烧筒，8-1-一级燃烧筒，8-2-二级燃烧筒，9-燃烧器外壳。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元4、水蒸气单元5以及煤粉燃烧器6；所述煤粉燃烧器6包括气化筒7；

所述冷却单元4和水蒸气单元5均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器6的气化筒7内。

使用所述燃烧装置进行煤粉燃烧的方法包括以下步骤：

(1)向等离子体枪1通入水蒸气，得到水蒸气热等离子体；

(2)步骤(1)得到的水蒸气热等离子体与煤粉依次发生气化反应和燃烧反应。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置的结构示意图如图1所示。

所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元4、水蒸气单元5以及煤粉燃烧器6；所述煤粉燃烧器6包括气化筒7；

所述冷却单元4和水蒸气单元5均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器6的气化筒7内。

所述等离子体发生单元包括等离子体枪1和配套电源2，所述配套电源2与等离子体枪1连接。

优选地，所述等离子体枪1包括水蒸气热等离子体枪。

所述水蒸气热等离子体枪为电弧等离子体枪。

所述等离子体枪1为1支。

所述煤粉燃烧器6包括燃烧器外壳9、气化筒7和燃烧筒8。

所述气化筒7包括直筒结构。

所述气化筒7的材质为陶瓷。

所述等离子体枪1与所述气化筒7和所述燃烧筒8依次连接，所述气化筒7与燃烧筒8同轴设置。

所述气化筒7、燃烧筒8与所述燃烧器外壳9间设有间隙。

所述煤粉燃烧器6的气化筒7一端设有煤粉入口。

将上述燃烧装置用于优质煤的燃烧，所述优质煤中固定碳含量为30wt％，所述燃烧的方法包括以下步骤：

(1)将流量为10Nm³/h，压力为5kPa的水蒸气通入等离子体枪1，得到水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中采用冷却水对等离子体枪1进行冷却；

(2)将流量为500kg/h的煤粉气流通入煤粉燃烧器6，部分煤粉气流与得到的5000℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在600℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳9与气化筒7以及燃烧筒8的间隙对煤粉燃烧器6的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

实施例2：

本实施例提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置参照实施例1中的燃烧装置，区别仅在于：所述等离子体枪1为脉冲等离子体枪和电弧等离子体枪。

所述等离子体枪1为2支。

将上述燃烧装置用于无烟煤的燃烧，所述无烟煤中固定碳含量为70wt％，所述燃烧的方法包括以下步骤：

(1)将流量为150Nm³/h，压力为800kPa的水蒸气通入等离子体枪1，得到水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中采用压缩空气对等离子体枪1进行冷却；

(2)将流量为1000kg/h的煤粉气流通入煤粉燃烧器6，部分煤粉气流与得到的5500℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在650℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳9与气化筒7以及燃烧筒8的间隙对煤粉燃烧器6的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

实施例3：

本实施例提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置的结构示意图如图2所示。

所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元4、水蒸气单元5以及煤粉燃烧器6；所述煤粉燃烧器6包括气化筒7；

所述冷却单元4和水蒸气单元5均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器6的气化筒7内。

所述等离子体发生单元包括等离子体枪1和配套电源2，所述配套电源2与等离子体枪1连接。

所述等离子体枪1为微波等离子体枪。

所述等离子体枪1为1支。

所述煤粉燃烧器6包括燃烧器外壳9、气化筒7、一级燃烧筒8-1和二级燃烧筒8-2。

所述气化筒7为缩口结构。

所述气化筒7的材质为耐热钢。

所述等离子体枪1与所述气化筒7、所述一级燃烧筒8-1和所述二级燃烧筒8-2依次连接，所述气化筒7与一级燃烧筒8-1和二级燃烧筒8-2同轴设置。

所述气化筒7、一级燃烧筒8-1和二级燃烧筒8-2与所述燃烧器外壳9间设有间隙。

所述煤粉燃烧器6的气化筒7一端设有煤粉入口。

将上述燃烧装置用于褐煤的燃烧，所述褐煤中固定碳含量为40wt％，所述燃烧的方法包括以下步骤：

(1)将流量为300Nm³/h，压力为1500kPa的水蒸气通入等离子体枪1，得到水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中采用冷却水对等离子体枪进行冷却；

(2)将流量为2t/h的煤粉气流通入煤粉燃烧器6，部分煤粉气流与得到的4000℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在700℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳9与气化筒7以及燃烧筒8的间隙对煤粉燃烧器6的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

实施例4：

本实施例提供了一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置的结构示意图如图3所示。

所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元4、水蒸气单元5以及煤粉燃烧器6；所述煤粉燃烧器6包括气化筒7；

所述冷却单元4和水蒸气单元5均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器6的气化筒7内。

所述等离子体发生单元包括等离子体枪1和配套电源2，所述配套电源2与等离子体枪1连接。

所述等离子体枪1为微波等离子体枪。

所述等离子体枪1为1支。

所述煤粉燃烧器6包括燃烧器外壳9和气化筒7。

所述气化筒7为直筒结构。

所述气化筒7的材质为耐热钢。

所述等离子体枪1与所述气化筒7连接。

所述气化筒7与所述燃烧器外壳9间设有间隙。

所述煤粉燃烧器6的气化筒7一端设有煤粉入口。

将上述燃烧装置用于优质煤的燃烧，所述优质煤中固定碳含量为30wt％，所述燃烧的方法包括以下步骤：

(1)将流量为200Nm³/h，压力为1000kPa的水蒸气通入等离子体枪1，得到水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中采用冷却水对等离子体枪1进行冷却；

(2)将流量为2t/h的煤粉气流通入煤粉燃烧器6，部分煤粉气流与得到的2250℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在680℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳9与气化筒7的间隙对煤粉燃烧器6的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

对比例1：

本对比例提供了一种煤粉燃烧装置和燃烧方法，所述燃烧装置参照实施例1中的燃烧装置，区别仅在于：本对比例中的枪为空气等离子体枪，且没有水蒸气单元。

采用上述装置对固定碳含量为30wt％的优质煤进行燃烧，燃烧方法包括以下步骤：

(1)将流量为10Nm³/h，压力为3kPa的空气通入空气等离子体枪，得到空气等离子体；反应过程中采用冷却水对空气等离子体枪1进行冷却；

(2)将流量为500kg/h的煤粉气流通入煤粉燃烧器6，部分煤粉气流与得到的空气等离子体在650℃的条件下依次发生气化反应和燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳9与气化筒7以及燃烧筒8的间隙对煤粉燃烧器6的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

对比例1中以空气为工作气体，由于空气中含有大量的氮气和氧气，煤粉中的固定碳不能与空气等离子体发生气化反应产生可燃气体，此外，放电后产生的空气等离子体中的NO_X含量比较多，排入锅炉内部后，增加了烟气中氮氧化物的浓度，增加了环保压力。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述燃烧装置通过等离子体枪的设置，在煤粉燃烧器内部营造了高温环境，以较小的能量获得了大量的可燃气体，同时使煤粉中的挥发份快速析出，进一步促进煤粉燃烧；并且所述燃烧装置将水作为工作介质，成本低，且放电电离时不会产生氮氧化物，对环境友好；所述燃烧装置结构简单，耗能低，具有良好的工业化应用前景；本发明所述的煤粉燃烧的方法采用热等离子体点火技术让煤粉锅炉在“无油”的情况下实现点火和运行，极大地提高了整个电力生产过程中的环保程度，简化了煤粉锅炉的运行流程，减少了煤粉锅炉的不稳定性。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置和方法，但本发明并不局限于上述详细装置和方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置和方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器包括气化筒；

所述冷却单元和水蒸气单元均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器的气化筒内。

2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述等离子体发生单元包括等离子体枪和配套电源，所述配套电源与等离子体枪连接；

优选地，所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪；

优选地，所述水蒸气热等离子体枪包括电弧等离子体枪、微波等离子体枪或脉冲等离子体枪中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述等离子体枪至少为1支。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，所述煤粉燃烧器包括燃烧器外壳、气化筒和燃烧筒；

优选地，所述气化筒包括直筒结构或缩口结构；

优选地，所述气化筒的材质包括陶瓷和/或耐热钢；

优选地，所述等离子体枪与所述气化筒、所述燃烧筒依次连接，所述气化筒与燃烧筒同轴设置；

优选地，所述气化筒、燃烧筒与所述燃烧器外壳间设有间隙；

优选地，所述煤粉燃烧器的气化筒一端设有煤粉入口；

优选地，所述煤粉燃烧器的出口与锅炉相连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置还包括控制单元，所述控制单元与所述等离子体枪、配套电源、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器均相连。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述燃烧装置进行煤粉燃烧的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)向等离子体枪通入水蒸气，得到水蒸气热等离子体；

(2)步骤(1)得到的水蒸气热等离子体与煤粉依次发生气化反应和燃烧反应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪；

优选地，产生水蒸气热等离子体的过程中对所述水蒸气热等离子体枪进行冷却；

优选地，所述冷却的冷却介质包括冷却水或压缩空气。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述水蒸气由水蒸气单元产生；

优选地，所述水蒸气单元包括蒸气锅炉；

优选地，步骤(1)所述水蒸气的流量为10～300Nm³/h；

优选地，步骤(1)所述水蒸气的压力为5～1500kPa。

8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述煤粉中的固定碳含量与水蒸气的通入量的质量比不小于1；

优选地，所述煤粉中的固定碳含量为30～70wt％；

优选地，部分煤粉通过燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙对煤粉燃烧器的内壁进行冷却。

9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述气化反应在所述气化筒中进行；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应在所述煤粉燃烧器中进行；

优选地，步骤(2)所述气化反应的温度为2250～5500℃；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应的温度不小于600℃；

优选地，步骤(2)所述气化反应生成的气体包括H₂和CO；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将流量为10～300Nm³/h，压力为5～1500kPa的水蒸气通入等离子体枪，得到的水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中对等离子体枪进行冷却；

(2)将固定碳含量为30～70wt％的煤粉气流通入煤粉燃烧器，部分煤粉气流与步骤(1)得到的2250～5500℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在不小于600℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙中对煤粉燃烧器的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

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