CN1230656A - 用于等离子点火装置上的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于等离子点火装置上的燃烧器,它由依次同轴阶梯内缩相套固定安装成一体的输送二次风的管道、输送主煤粉流的一次风管道、输送高温蒸汽的管道、输送点火用一次风粉的管道、内装等离子发火源的管组成,等离子体喷管是先收敛后扩散的喷管,固定在内装等离子发火源的管的前端,解决了原苏联等离子点火燃烧器的不足,具有燃烧器壁面不结焦、磨损小、使用寿命长、燃烧贫煤稳定、价格低、能带来显著经济效益和社会效益的优点。

Description

用于等离子点火装置上的燃烧器

本发明公开了一种用于等离子点火装置上的燃烧器，该燃烧器属于以避免结焦为目的的燃烧器，适于燃烧各种电站煤粉锅炉，尤其能够用于燃烧以贫煤为燃料的电站锅炉。

目前，国内设计的燃烧器主要有：煤粉预燃室燃烧器，钝体燃烧器，火焰稳定船燃烧器，夹心风燃烧器，大速差射流燃烧器，浓淡燃烧器，扁平射流燃烧器，这些燃烧器在锅炉起动点火时，均没有摆脱使用燃油点火的局面。

电站锅炉燃油雾化点火每年要烧掉大量的燃油，以我国电站锅炉为例，每年用于起动点火及稳燃用油约为150～180万吨，折合人民币约45～54亿元，全世界电站锅炉所需燃油将是一个不可估量的数字，面对世界性的能源危机，特别是面对我国这样一个贫油大国，迫切需要一种非燃油点火装置来解决煤粉锅炉的点火、助燃和低负荷稳燃。

七十年代末，美国、西欧、原苏联、澳大利亚及我国的清华大学开始研究采用等离子技术直接点燃煤粉的课题，八十年代初，美国、加拿大、原苏联相续完成了采用等离子技术直接点燃煤粉的试验室及工业性试验，在等离子点火技术研究世界前列的原苏联，发明了一种等离子点火装置，设计了一种蜗壳式燃烧器，采用蜗壳旋流送粉，1995年底，该燃烧器在我国的宝鸡电厂直接点燃铜川贫煤，正常运行三小时零八分，即出现蜗壳烧红严重、壁面结焦、磨损严重、使用寿命短等缺点。

总之，用于等离子点火装置上的燃烧器，因各种技术问题未能彻底解决，加之极其昂贵的售价，以至今日，等离子点火装置一直未能在各国被推广运用。

本发明的目的是提供一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其具有燃烧器壁面不结焦、磨损小、使用寿命长、燃烧贫煤稳定、价格低、能带来显著经济效益和社会效益的特点。

本发明的目的是这样实现的：一种用于等离子点火装置上的燃烧器，它有输送二次风的管道、输送主煤粉流的一次风管道、输送高温蒸汽的管道、输送点火用一次风粉的管道、内装等离子发火源的管、等离子体喷管，输送二次风的管道、输送主煤粉流的一次风管道、输送高温蒸汽的管道、输送点火用一次风粉的管道、内装等离子发火源的管依次同轴阶梯内缩相套固定安装成一体结构，等离子体喷管是先收敛后扩散的喷管，等离子体喷管固定在内装等离子发火源的管的前端。

其中，输送高温蒸汽的管道前端封闭，在输送高温蒸汽的管道前端开有蒸气导流孔；蒸气导流孔的总面积约等于输送高温蒸汽的管道环向端面积；在煤的挥发分比较高的情况下，输送高温蒸汽的管道可以去掉；

其中，输送二次风的管道前端封闭，在输送二次风的管道前端开有二次风导流孔；二次风导流孔的总面积约等于输送二次风的管道环向端面积。

本发明的优点是：由于本发明所述燃烧器采用了全直流同轴逐级控制式气动布局，延用了航空拉伐尔喷管及附面层气膜冷却技术，建立了阶梯式速度流场，以保证逐级卷吸及掺混并在燃烧器内造成一个大温降区，使得整个燃烧过程是在规定的气动流场内完成的，确保燃烧器壁面温度不致达到灰分的熔点，另外，利用内气膜的隔离作用使一次风粉不致撞击及磨擦燃烧器壁面，因此，特别是在使用贫煤时，本发明能够成功地直接点燃贫煤及在低负荷时支撑稳定燃烧；具有燃烧器壁面不结焦、磨损小、使用寿命长、价格低廉等优点。

使用本发明所述燃烧器，能更快地推广运用等离子点火装置，以取代传统的燃油点火方式，从而每年能够节省大量燃油，具有巨大的节能降耗作用，为国家带来显著经济效益和社会效益，且结构简单，设计独特，价格低廉，特别适于中国还有很多地区是燃烧贫煤的国情。

图1是本发明所述燃烧器结构示意图(使用状态)；

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的说明

实施例1：

如图1所示，一种用于等离子点火装置上的燃烧器，它有输送二次风的管道4、输送主煤粉流的一次风管道7、输送高温蒸汽的管道9、输送点火用一次风粉的管道11、内装等离子发火源的管12、阳极等离子体喷管6；

输送二次风的管道4，输送主煤粉流的一次风管道7、输送高温蒸汽的管道9、输送点火用一次风粉的管道11均是环形管道；

输送二次风的管道4未端通过环形档板13与输送主煤粉流的一次风管3相联接，输送主煤粉流的一次风管道7末端通过环形档板13与输送高温蒸汽的管8相联接，输送高温蒸汽的管道9末端通过环形档板13与输送点火用一次风粉的管10相联接，输送点火用一次风粉的管道11末端通过环形档板13与内装等离子发火源的管12相联接，具体联接可以采用螺钉紧固联接方式，即各管道依次同轴按梯阶式相套固定安装成一体结构；

二次风管2上开有二次风F2进口，输送主煤粉流的一次风管3上开有主煤粉流的一次风F1进口，输送高温蒸汽的管8上开有高温蒸汽Fh进口，输送点火用一次风粉的管10上开有一次风粉Fd1进口；

输送高温蒸汽的管道9前端经挡板封闭(或采用锥形结构前端封闭)，在前端的内环上均匀钻有若干域直于轴线的多排蒸气导流孔5，所有环向导流孔的总面积约等于输送高温蒸汽的管道9环向端面积，以利于减少气体的流动阻力；在煤的挥发分比较高的情况下，可以去掉高温蒸气管道；

或还可以是输送高温蒸汽的管道9前端不封闭，不开导流孔，通过改变蒸汽的压强亦可达到抑制膨胀的目的；

输送二次风的管道4前端经挡板封闭(或采用锥形结构前端封闭)，在前端的内环上均匀钻有若干垂直于轴线的多排二次风导流孔1，同样，所有环向导流孔的总面积约等于输送二次风的管道4环向端面积，以利于减少气体的流动阻力。

或还可以是输送二次风的管道4前端不封闭，不开导流孔，通过改变二次风的压强，同样可以实现利用二次风F2抑制火焰的膨胀及阻止煤粉在燃烧器壁面结焦；

阳极等离子体喷管6是先收敛后扩散的喷管，材料可选用紫铜，采用水冷，固定在内装等离子发火源的管12的前端；或是等离子体喷管6的边缘开一圈一次风粉能够流通穿过的环形孔，此时的喷管6固定焊接在输送点火用一次风粉的管10上。

本发明的工作原理及过程是：

本发明工作时，等离子火焰由阳板等离子体喷管6喷出，在口部发散膨胀呈倒锥形(倒锥形火焰对点火十分有利)，膨胀的倒锥形火焰受到由管道11输出的点火用一次风粉Fd1的抑制(调整管道11内的一次风粉总压即可以控制等离子火焰的膨胀)；

当点火用一次风粉的挥发分被等离子火焰点燃之后，又要进行二次膨胀，该膨胀流亦受到从管道9环向蒸气导流孔5输出的高温蒸汽Fh抑制(同理，调整管道9内的蒸汽总压即可以控制风粉挥发分的膨胀，并能控制整个燃烧器内的温度)；

燃烧的风粉挥发分二次点燃由管道7送来的主煤粉流F1，发生再次膨胀，该膨胀流亦受到从管道4环向二次风导流孔1输送的二次风F2抑制；若输送二次风的管道4前端不封闭，则该膨胀流直接受到从管道4输出的二次风F2抑制(同理，调整管道4内的二次风总压即可以控制膨胀)；

管道9内流动的高温蒸汽Fh和管道4内流动的二次风F2，不仅能够抑制火焰的膨胀，还能使燃烧器壁面形成大温降区。形成机理是：当管内气体流向管道端部时，被封闭的档板挡阻，动压降低，静压升高，气体被强制从附面层导流孔流出，冷却了燃烧器，形成了大温降区，使燃烧器温度远远低于煤粉灰分的熔点。另外，由于垂直流动的影响，使一次风粉不致靠近燃烧器壁面，抑制了结焦。

本发明上述燃烧器的燃烧过程分四个区域，进行两次点火，即一次点火区Ⅰ，在该区内，电弧火焰以及空气等离子流直接点燃点火一次风粉中的挥发分，并完成第一次膨胀，该膨胀流受到蒸气流的控制；煤化学热处理区Ⅱ，在该区内完成热化学处理(煤气化)，即 ；主点火区Ⅲ，在该区内用点火一次风粉挥发分的热量加上第二区内生成的CO、H2的热量点燃主一次风煤粉的挥发分；燃尽区Ⅳ，在该区内，大量的二次风在燃烧器端部同固定碳掺混并将其推至炉内燃尽。

采用两次点火可大大降低等离子点火器的电源功率，延长装置的寿命。

本发明所述燃烧器的火焰稳定机理是利用高温电弧电解，电离及对煤的物理化学过程，建立一个两高一低火炬区，即高温、高速、低压等离子流火炬区实现中心低压区对所有流场特别是对一次风粉的卷吸掺混作用，创造良好的着火条件。燃烧器设计的全直流气动布局是采用四层阶梯式速度流场，其中两层为主流场，两层为控制流场，强行控制两层主流场膨胀的贴墙摩擦。完成了两级点火、及在低负荷情况下稳定燃烧。

本发明所述燃烧器采用形成大温降区的强制冷却壁面，用气流将煤粉压缩在燃烧器中部，避免煤粉磨擦壁面及结焦的结构，亦适用于各种煤及油燃烧器。

Claims (9)

1．一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：它有输送二次风的管道(4)、输送主煤粉流的一次风管道(7)、输送高温蒸汽的管道(9)、输送点火用一次风粉的管道(11)、内装等离子发火源的管(12)、等离子体喷管(6)，输送二次风的管道(4)、输送主煤粉流的一次风管道(7)、输送高温蒸汽的管道(9)、输送点火用一次风粉的管道(11)、内装等离子发火源的管(12)依次同轴阶梯内缩相套固定安装成一体结构，等离子体喷管(6)是先收敛后扩散的喷管，等离子体喷管(6)固定在内装等离子发火源的管(12)的前端。

2．如权利要求1所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送高温蒸汽的管道(9)前端封闭，在输送高温蒸汽的管道(9)前端开有蒸气导流孔(5)。

3．如权利要求2所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送高温蒸汽的管道(9)上的蒸气导流孔(5)的总面积约等于输送高温蒸汽的管道(9)环向端面积。

4．如权利要求2或3所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送二次风的管道(4)前端封闭，在输送二次风的管道(4)前端开有二次风导流孔(1)。

5．如权利要求4所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送二次风的管道(4)上的二次风导流孔(1)的总面积约等于输送二次风的管道(4)环向端面积。

6．如权利要求1或2或3所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：等离子体喷管(5)固定安装在内装等离子发火源的管(12)内。

7．如权利要求5所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：等离子体喷管(5)固定安装在内装等离子发火源的管(12)内。

8．如权利要求6所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送高温蒸汽的管道(9)去掉。

9．如权利要求7所述的一种用于等离子点火装置上的燃烧器，其特征是：输送高温蒸汽的管道(9)去掉。