CN113048473A - 一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器和稳燃方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器,包括炉体和控制箱;炉体进口处嵌入喷嘴,炉体由外至内,依次为壳体、隔热层和炉体内壁;炉体内壁具有至少一层耐磨层,并且炉体内壁上设有热电偶;控制箱用来控制等离子体的自动启停,并且与热电偶电连接。此外,还公开了相应的稳燃方法。稳燃器结构简单,煤种适应性强,运行调节幅度大。
Description
技术领域
本发明属于高效节能燃煤锅炉稳燃器技术领域;涉及一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器和稳燃方法。
背景技术
燃煤锅炉发电机组进行深度调峰时,运行负荷降低,一次风量也随之减少,风温也会下降,炉膛温度降低,锅炉内燃烧热量减小,煤粉燃烧稳定性下降,锅炉易灭火。
目前燃煤锅炉调峰稳燃技术主要有辅助燃料点火稳燃技术、等离子点火稳燃技术、富氧稳燃技术和空气预热稳燃技术等。
辅助燃料技术就是采用投油(气)的方式保证煤粉的稳定燃烧,但由于燃油消耗量大,运行成本高,使用过程中燃油燃烧不完全,影响后系统的净化设备运行效果和运行安全。
等离子点火稳燃技术是在正负两极间利用高压产生电弧,使压缩空气在高压下产生能量密度极高的等离子体,点燃煤粉气流,达到稳燃目的,该系统比较复杂,投资造价高,大功率元件的使用寿命短,运行和维护费用较高。
富氧稳燃技术增加了一套液氧储存和输送系统,增加了运行成本,存在安全隐患。
空气预热稳燃技术难点在于预热温度的控制,预热温度太低,起不到效果;而温度太高,则易导致在管道中爆燃,影响长周期运行。
因此,针对上述技术缺陷,迫切需要提供一种结构简单、煤种适应性强以及运行调节幅度大的燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器和稳燃方法。
发明内容
为了解决燃煤锅炉深度调峰时的煤粉稳燃难题,本发明提供了一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器和稳燃方法。
本发明的等离子体自动点火煤粉稳燃器采用等离子体引燃煤粉,煤粉部分气化产生高温燃气,高温燃气和热煤粉进入炉膛后,借助高温引燃煤粉气流,同时补充火焰区热量,实现锅炉超低负荷稳燃。
进一步地,针对不同的煤种,通过调节煤粉量、空气/煤比、一二次风量分配,优化控制操作工艺参数,达到燃煤锅炉深度调峰的目的。本发明的等离子体自动点火煤粉稳燃器不需要辅助燃料就可以保持燃煤锅炉深度调峰时煤粉的稳定燃烧,从而保证锅炉的正常运行。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器,包括炉体和控制箱1;炉体进口处嵌入喷嘴2,出口处7通过法兰8与燃煤锅炉连接;炉体进口处和出口处中心线与炉体剖面中心线共轴设置;除进口处和出口处之外,炉体由外至内,依次为壳体4、隔热层5和炉体内壁6;炉体内壁6具有至少一层耐磨层,并且炉体内壁上设有热电偶3;控制箱1用来控制等离子体的自动启停,并且与热电偶3电连接。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述耐磨层的烧后耐压强度≥60Mpa;和/或,所述隔热层的导热系数≤0.5W/m·k。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述炉体内壁沿着轴向至出口处依次呈现为大圆柱体、截头圆锥体和小圆柱体的三段式结构;所述大圆柱体的直径为小圆柱体直径的2-4倍。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述喷嘴2 包括位于其中心部的等离子发生器101,所述等离子发生器101内部设有电弧通道,外壁依次有保护罩102、内环喷管107和外环喷管1011;电弧通道、保护罩102、内环喷管107和外环喷管1011共轴设置。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,等离子发生器101与保护罩102之间具有第一环隙,保护罩102外部一侧具有保护气进口103,保护气进口103与所述第一环隙相通;保护罩102末端形成第一出口。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,内环喷管107 与保护罩102之间具有第二环隙105,第一进口108和第二环隙105相通,内环喷管107末端形成第二出口106;煤粉及输送空气从第一进口108进入第二环隙105,最后经第二出口106进入炉体。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,外环喷管1011 与内环喷管107之间具有第三环隙109,第二进口104与第三环隙109相通,外环喷管1011末端形成第三出口1012;二次空气从第二进口104进入第三环隙109,最后经第三出口1012进入炉体。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,第一出口、第二出口106和第三出口1012的外边缘位于同一圆锥体表面上,圆锥体顶点位于喷嘴2的轴线上,并且圆锥体顶角为100-140°。
根据本发明所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,第一出口、第二出口106和第三出口1012沿着喷嘴2的轴线等距离设置。
另一方面,本发明还提供了一种使用所述等离子体自动点火煤粉稳燃器的稳燃方法,包括以下操作步骤:
从保护气进口103输入空气;
从第一进口108输入煤粉和输送空气,同时利用控制箱1启动等离子发生器,在电弧通道中产生电弧,使空气在高压下产生等离子体,点燃煤粉气流;
从第二进口104输入二次空气,控制箱1检测到炉内温度开始达到指定温度后,自动停止等离子发生器101运行;
调整煤粉量和二次空气量。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,所述煤粉为褐煤、烟煤或无烟煤的一种或多种。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,煤粉粒径为20~200μm。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,所述稳燃器操作温度为500~1200℃,优选为800~1100℃。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,所述喷嘴2第二出口106的操作气速为20~40m/s。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,所述空气量/煤粉量为0.5~3Nm3/kg。
根据本发明所述的稳燃方法,其中,所述二次空气量为300~600Nm3/h。
本发明具有如下优点:结构简单、快速启动、使用寿命长、运行成本低的优点。
1、稳燃器结构简单,加工成本和运行成本低,使用寿命长;
2、可以快速启动,短时间内实现点火启动及低负荷稳燃;
3、煤种适应性强,可以电厂用煤或当地煤种。
4、运行调节幅度大(50%-100%),满足燃煤锅炉深度调峰要求。
附图说明
图1是根据本发明一个具体实施方式的等离子体自动点火煤粉稳燃器的示意图;
图2是根据本发明一个具体实施方式的等离子体自动点火煤粉稳燃器喷嘴的剖面示意图。
附图标记说明:1控制箱,2喷嘴,3热电偶,4壳体,5隔热材料,6耐磨材料,7稳燃器出口,8连接法兰。101等离子发生器,102保护罩,103保护气进口,104第二进口,105第二环隙,106第二出口,107 内环喷管,108第一进口,109第三环隙,1010法兰,1011外环喷管,1012 第三出口。
具体实施方式
必须指出的是,除非上下文另外明确规定,否则如本说明书及所附权利要求中所用,单数形式“一”、“一个/种”和“该/所述”既可包括一个指代物,又可包括多个指代物(即两个以上,包括两个)。
除非另外指明,否则本发明中的数值范围为大约的,并且因此可以包括在所述范围外的值。所述数值范围可在本发明表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表述这样的范围时,另一个方面包括从所述一个特定值和/或至另一个特定值。相似地,当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时,应当理解,所述特定值形成另一个方面。还应当理解,数值范围中每一个的端点在与另一个端点的关系中均是重要的并独立于另一个端点。
在说明书和最后的权利要求书中提及组合物或制品中特定元素或组分的重量份是指组合物或制品中该元素或组分与任何其它元素或组分之间以重量份表述的重量关系。
在本发明中,除非具体指出有相反含义,或基于上下文的语境或所属技术领域内惯用方式的暗示,否则本发明中提及的溶液均为水溶液;当水溶液的溶质为液体时,所有分数以及百分比均按体积计,且组分的体积百分比基于包含该组分的组合物或产品的总体积;当水溶液的溶质为固体时,所有分数以及百分比均按重量计,且组分的重量百分比基于包含该组分的组合物或产品的总重量。
本发明中提及的“包含”、“包括”、“具有”以及类似术语并不意欲排除任何可选组分、步骤或程序的存在,而无论是否具体公开任何可选组分、步骤或程序。为了避免任何疑问,除非存在相反陈述,否则通过使用术语“包含”要求的所有方法可以包括一个或多个额外步骤、设备零件或组成部分以及/或物质。相比之下,术语“由……组成”排除未具体叙述或列举的任何组分、步骤或程序。除非另外说明,否则术语“或”是指单独以及以任何组合形式列举的成员。
此外,本发明中任何所参考的专利文献或非专利文献的内容都以其全文引用的方式并入本发明,尤其关于所属领域中公开的定义(在并未与本发明具体提供的任何定义不一致的情况下)和常识。
在一个具体实施方式中,本发明提供了一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器。
如图1-2所示,所述等离子体自动点火煤粉稳燃器,包括炉体和控制箱 1;炉体进口处嵌入喷嘴2,出口处7通过法兰8与燃煤锅炉连接;炉体进口处和出口处中心线与炉体剖面中心线共轴设置;除进口处和出口处之外,炉体由外至内,依次为壳体4、隔热层5和炉体内壁6;炉体内壁6具有至少一层耐磨层,并且炉体内壁上设有热电偶3;控制箱1用来控制等离子体的自动启停,并且与热电偶3电连接。
所述耐磨层的烧后耐压强度为70MPa;和,所述隔热层的导热系数为 0.35W/m·k。
所述炉体内壁沿着轴向至出口处依次呈现为大圆柱体、截头圆锥体和小圆柱体的三段式结构;所述大圆柱体的直径为小圆柱体直径的3倍。
所述喷嘴2包括位于其中心部的等离子发生器101,所述等离子发生器 101内部设有电弧通道,外壁依次有保护罩102、内环喷管107和外环喷管 1011;电弧通道、保护罩102、内环喷管107和外环喷管1011共轴设置。
等离子发生器101与保护罩102之间具有第一环隙,保护罩102外部一侧具有保护气进口103,保护气进口103与所述第一环隙相通;保护罩 102末端形成第一出口。
内环喷管107与保护罩102之间具有第二环隙105,第一进口108和第二环隙105相通,内环喷管107末端形成第二出口106;煤粉及输送空气从第一进口108进入第二环隙105,最后经第二出口106进入炉体。
外环喷管1011与内环喷管107之间具有第三环隙109,第二进口104 与第三环隙109相通,外环喷管1011末端形成第三出口1012;二次空气从第二进口104进入第三环隙109,最后经第三出口1012进入炉体。
第一出口、第二出口106和第三出口1012的外边缘(分别为A和A’、 B和B’以及C和C’)位于同一圆锥体表面上,圆锥体顶点O位于喷嘴2 的轴线上,并且圆锥体顶角为120°。
进一步地,在一个具体实施方式中,本发明提供了使用上述图1-2所示等离子体自动点火煤粉稳燃器的稳燃方法,包括以下操作步骤:
首先从保护气进口103输入空气;然后从第一进口108输入煤粉和输送空气,同时利用控制箱1启动等离子发生器,在电弧通道中产生电弧,使空气在高压下产生等离子体,点燃煤粉气流;其次从第二进口104输入二次空气,控制箱1检测到炉内温度开始达到指定温度后,自动停止等离子发生器101运行;最后通过调整煤粉量和二次空气量调节稳燃器的工艺参数,实现燃煤锅炉的低负荷稳燃。
采用霍林河褐煤,煤粉粒径为100~200μm,喷嘴2第二出口106的操作气速为35m/s,煤粉量为500kg/h,输送空气量为200Nm3/h,二次空气量为450Nm3/h,稳燃炉的操作温度为700℃。所述等离子体自动点火煤粉稳燃器运行调节幅度大(50%-100%),可以满足燃煤锅炉深度调峰要求。
在另一个具体实施方式中,采用大同烟煤,煤粉粒径为50~100μm,喷嘴2第二出口106的操作气速为30m/s,煤粉量为400kg/h,输送空气量为 150Nm3/h,二次空气量为350Nm3/h,稳燃炉的操作温度为800℃。
在又一个具体实施方式中,采用神木烟煤,煤粉粒径为50~100μm,喷嘴2第二出口106的操作气速为35m/s,煤粉量为400kg/h,输送空气量为 200Nm3/h,二次空气量为600Nm3/h,稳燃炉的操作温度为1000℃。
在另一个具体实施方式中,采用晋城无烟煤,煤粉粒径为20~80μm,喷嘴2第二出口106的操作气速为40m/s,煤粉量为300kg/h,输送空气量为250Nm3/h,二次空气量为550Nm3/h,稳燃炉的操作温度为1100℃。
本发明所述的燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器结构简单,加工成本和运行成本低,使用寿命长;可以快速启动,短时间内实现点火启动及低负荷稳燃;煤种适应性强,可以电厂用煤或当地煤种;运行调节幅度大(50%-100%),满足燃煤锅炉深度调峰要求。
此外应理解,在阅读了本发明的内容之后,本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整,这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种燃煤锅炉调峰的等离子体自动点火煤粉稳燃器,包括炉体和控制箱(1);炉体进口处嵌入喷嘴(2),出口处(7)通过法兰(8)与燃煤锅炉连接;炉体进口处和出口处中心线与炉体剖面中心线共轴设置;除进口处和出口处之外,炉体由外至内,依次为壳体(4)、隔热层(5)和炉体内壁(6);炉体内壁(6)具有至少一层耐磨层,并且炉体内壁上设有热电偶(3);控制箱(1)用来控制等离子体的自动启停,并且与热电偶(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述耐磨层的烧后耐压强度≥60Mpa;和/或,所述隔热层的导热系数≤0.5W/m·k。
3.根据权利要求1所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述炉体内壁沿着轴向至出口处依次呈现为大圆柱体、截头圆锥体和小圆柱体的三段式结构;所述大圆柱体的直径为小圆柱体直径的2-4倍。
4.根据权利要求1所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,所述喷嘴(2)包括位于其中心部的等离子发生器(101),所述等离子发生器(101)内部设有电弧通道,外壁依次有保护罩(102)、内环喷管(107)和外环喷管(1011);电弧通道、保护罩(102)、内环喷管(107)和外环喷管(1011)共轴设置。
5.根据权利要求4所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,等离子发生器(101)与保护罩(102)之间具有第一环隙,保护罩(102)外部一侧具有保护气进口(103),保护气进口(103)与所述第一环隙相通;保护罩(102)末端形成第一出口。
6.根据权利要求5所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,内环喷管(107)与保护罩(102)之间具有第二环隙(105),第一进口(108)和第二环隙(105)相通,内环喷管(107)末端形成第二出口(106);煤粉及输送空气从第一进口(108)进入第二环隙(105),最后经第二出口(106)进入炉体。
7.根据权利要求6所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,外环喷管(1011)与内环喷管(107)之间具有第三环隙(109),第二进口(104)与第三环隙(109)相通,外环喷管(1011)末端形成第三出口(1012);二次空气从第二进口(104)进入第三环隙(109),最后经第三出口(1012)进入炉体。
8.根据权利要求7所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,第一出口、第二出口(106)和第三出口(1012)的外边缘位于同一圆锥体表面上,圆锥体顶点位于喷嘴(2)的轴线上,并且圆锥体顶角为100-140°。
9.根据权利要求7所述的等离子体自动点火煤粉稳燃器,其中,第一出口、第二出口(106)和第三出口(1012)沿着喷嘴(2)的轴线等距离设置。
10.一种使用权利要求1-9任一项所述等离子体自动点火煤粉稳燃器的稳燃方法,包括以下操作步骤:
从保护气进口(103)输入空气;
从第一进口(108)输入煤粉和输送空气,同时利用控制箱(1)启动等离子发生器,在电弧通道中产生电弧,使空气在高压下产生等离子体,点燃煤粉气流;
从第二进口(104)输入二次空气,控制箱(1)检测到炉内温度开始达到指定温度后,自动停止等离子发生器(101)运行;
调整煤粉量和二次空气量。
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