CN1294278A - 直接点燃煤粉炉的等离子点火装置 - Google Patents

Abstract

直接点燃煤粉炉的等离子点火装置,它具有由主燃烧器和点火燃烧器组成的两级燃烧器;在点火燃烧器中具有等离子点火器和煤粉裂解室;在等离子点火器中装有长寿命的阳极和阴极,还装有双水内冷的电子加速线圈和阴极自动进给机构。本装置耗电功率小,点火出力大,燃烧器壁不结焦,使用寿命长,并能可靠地对用各种优、劣质煤的煤粉炉进行直接点燃、助燃和稳燃,如用其取代燃油点火,每年可节约大量燃油折合人民币数百亿元。

Description

直接点燃煤粉炉的等离子点火装置

本发明是热力锅炉的附件，属热力机械类。

传统煤粉炉的点火、助燃、稳燃都是用喷油的方法，需要耗费大量的燃油。

近年来，各国都在研究等离子点火技术，力图取代用燃油点燃煤粉炉火的方法，但都因存在种种缺欠仍处在试验阶段。例如受等离子体功率的限制，点燃煤粉的出力小，不能点燃稍大的工业炉，更不能点燃劣质煤；还受等离子发生器的阳极、阴极以及电子加速线圈等器件寿命的限制，不能长期、稳定的工作。因此，至今，还没有成功的具有商业价值的“直接点燃煤粉炉的等离子点火装置”问世。

本发明的目的，是提供一种在150KW～300KW功率可调的，能可靠的点燃且能长期稳定工作的直接点燃各种优、劣质煤粉的等离子点火装置的设计方案。

本发明的优点及有益效果是：①两极轴流式燃烧器的结构，整体气动布局合理，使电源功率小，点火出力大，能可靠地点燃各种优、劣质煤粉的大型工业锅炉，并能对其低负荷进行助燃和稳燃。②旋流一次、二次风对主燃烧器壁的冷却作用，抑制了壁面结焦。③等离子点火器中的阳极、阴极选材、结构设计合理。具有500～1000小时的长寿命。阴极棒仓的设置，使一次装料连续工作50小时以上。④具有阴极自动进给和拉弧传动构件，保证电弧电压在规定的范围内稳定工作。⑤若用本装置取代燃油点燃、助燃、稳燃煤粉炉，每年可为国家节约大量燃油，仅燃煤电厂节约的燃油就折合人民币数百亿元。

本发明的设计方案是：它具有由主燃烧器和点火燃烧器构成的两级燃烧器，都具有轴流式结构的拉法尔式喷管。在点火燃烧器中装有等离子点火器和一个煤粉裂解室。在等离子点火器中装有长寿命阳极和长寿命阴极，其中长寿命阳极是用导电、导热优良，表面不易氧化的银质材料制成的，长寿命阴极是具有良好接触导电结构的空冷阴极。等离子点火器还具有双水内冷的电子加速线圈和阴极自动进给机构。煤粉裂解室设在拉法尔式阳极发散管的发散出口处至点火燃烧器喉部之间的空间。该装置的电源，调控和安全保护电路以及一次风管，二次风管都是常规设计。

附图说明：

图1a 直接点燃煤粉炉的等离子点火装置结构示意图

图1b AA剖视图

图2 轴流式两极燃烧器结构示意图

图3 等离子点火器中的长寿命阳极结构示意图

图4 等离子点火器中的长寿命阴极结构示意图

图5a 等离子点火器中的双水内冷电子加速线圈结构示意图

图5b BB剖面图

图5c CC剖面图

图6 等离子点火器中的阴极自动进给机构示意图

图7 点火燃烧器中煤粉裂解室的结构示意图图中：101----主燃烧器102----点火燃烧器215----点火一次风道103----长寿命阳极301----阳极发散管104----长寿命阴极302----水冷环形槽105----煤粉裂解室303----阳极座106----电子加速线圈304----入水口107----阴极自动进给机构305----出水口108----点火一次进风管306----钎焊缝109----主燃一次进风管401----导电套110----主燃二次进风管402----卡簧111----浓淡块403----盖板201----主旋流板404----导电管202----主旋流片405----阴极棒203----主燃一次风入口406----内套筒204----主燃烧器喉部407----外套筒205----主燃烧器喷口408----定位绝缘套管206----定位支撑块409----冷却空气喷嘴207----主燃保温层410----旋向喷气孔208----主燃二次风道411----压缩空气导管209----主燃一次风道412----空冷通气槽210----点火保温层211----点火旋流板213----点火一次风入口214----点火燃烧器喉部501----紫铜管线圈502----线圈支撑筒503----线圈整体内壁504----冷却水套505----支撑后盖506，507----连接法兰508----水套进水管509----水套出水管510----线圈进水管511----线圈出水管512----点火燃烧器外壳601----阴极棒仓602----阴极进给传动构件603----拉弧传动构件604----推杆701----发散管出口702----压缩空气通道703----发散管出口延长线

以下用实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例1，可直接点燃每小时1吨贫煤粉的等离子点火装置，用200KW直流电源，它有如图1和图2示出的由主燃烧器(101)和点火烧器(102)构成的两极燃烧器，一次风分两路进入两极燃烧器，一路从主燃一次进风管(109)进入主燃一次风道(209)，另一路从点火一次进风管(108)进入点火一次风道(215)。两极燃烧器都具有轴流式结构，在主燃烧器(101)中装有使煤粉流绕轴线旋进的主旋流板(201)和主旋流片(202)主旋流板(201)装在主燃一次风入口(203)处，主旋流片装在主燃烧器喉部(204)前方，在主燃烧器喷口(205)外周设有定位支撑块(206)和主燃二次风道(208)，在主燃二次风道(208)的外周设有保温层，称主燃保温层(207)，在主燃一次风道(209)的外周也设有保温层，称点火保温层(210)，在点火燃烧器中，也装有使煤粉流绕轴线旋进的点火旋流板(211)和点火旋流片(212)，点火旋流板装在点火一次风入口(213)处，点火旋流片(212)装在点火燃烧器喉部(214)前方。其等离子点火器(102)中的长寿命阳极(103)是由银制的如图3中拉法尔式阳极发散管(301)钎焊在紫铜制成的带有水冷环形槽(302)的阳极座(303)上的。其中阳极发散管(301)是用紫铜基厚镀银制成的。这样的阳极具有优良导电、导热和表面不易氧化的性能。其长寿命阴极(104)的结构是如图4示出的，在阴极棒(405)的近阳极端装有银或银合金制做的导电套(401)，经卡簧(402)及盖板(403)将导电管(404)紧压于阴极棒(405)上，目前阴极棒(405)主要是用碳棒制成，它的外面装有两层套筒，内套筒(406)滑配合地装在导电管(404)的外面，外套筒(407)与内套筒(406)之间用一定位绝缘套管(408)固定连接，内套筒(406)的近阳极端装有冷却空气喷嘴(409)它具有如图4b所示的旋向喷气孔(410)，远阳极端设有压缩空气导管(411)，导电管(404)的外周开有轴向的如图4c所示的空冷通气槽(412)。在等离子点火器(102)的外周还装有双水内冷电子加速线圈(106)，其结构是如图5示出的由在其中能通冷却水的薄壁紫铜管制成的线圈(501)，在线圈支撑筒(502)与线圈整体内壁(503)之间设有轴向断面为凹形的冷却水套(504)。为了使等离子点火器能长时间稳定工作，本方案设计了阴极自动进给机构(107)，它像一个子弹自动上镗的机构，具有一个如图6所示的阴极棒仓(601)，阴极进给传动构件(602)和拉弧传动构件(603)传动构件都是常规的电动机-齿轮-连条机构。其点火燃烧器中所设的煤粉裂解室(105)是如图7示出的，设在拉法尔式阳极发散管出口(701)处至点火燃烧器喉部(214)之间的空间，最佳方案是发散管出口延长线(703)与点火燃烧器喉部(214)的园周相交，并使环形的点火一次风道(215)的截面积与点火燃烧器喉部(214)的截面积相等，同时使点火旋流片(212)的旋向与煤粉流的旋向和火焰的旋向相反。

本实施例安装在锅炉的前墙上。

实施图2，直接点燃每小时1．5吨烟煤粉的等离子点火装置，用150KW直流电源，其中，除了它的长寿命阳极(103)的阳极发散管(301)是用铜基厚镀银或金或铂制的并钎焊在阳极座(303)上，以及阴极进给传动构件(602)和拉弧传动构件(603)是常规电动机-齿条-齿轮结构外，其他都与实施例1完全相同。

本实施例安装在锅炉的二次风道内。

实施例3，直接点燃每小时3吨无烟煤粉的等离子点火装置，用300kw直流电源。其中除了它的长寿阳极(103)是用银合金整体铸造成带有环形槽水冷的阳极，阴极进给传动构件(602)和拉弧传动构件(603)与实施例2相同外，其它与实施例1完全相同。

本实施例安装在锅炉的后墙上。

以上实施例的工作过程是：由直流电源供给的大电流(300A-500A)通过阴极棒(405)，在电压(300V-400V)及压缩空气(702)的作用下与阳极之间形成空气等离子弧。主-次风分两路进入点火装置，一路是从点火一次进风管(108)进入，占总煤粉流量的25％-35％，另一路是从主燃一次进风管(109)进入，占总煤粉流量的75％-65％。浓淡块(111)使点火一次风获得较高的煤粉浓度，此煤粉流全部在通过煤粉裂解室(105)时，在10000℃以上的高温下于10^-3秒内立即着火，并在点火燃烧器(102)内形成一个持续高温的火焰流，在点火旋流板(211)的作用下旋向主燃烧器喉部(204)。70％左右的煤粉流从主燃一次风入口(203)经主燃一次风道(209)时被升温强化，经主旋流板(201)的作用进入充满火焰的主燃烧器喉部(204)，立即被点燃形成一个大火炬从主燃烧器喷口(205)进入炉膛。

Claims (9)

1、直接点燃煤粉炉的等离子点火装置，它具有燃烧器，等离子点火器及其电源，一次风管，二次风管，调控和安全保护电路，其特征在于：它的燃烧器是由主燃器和点火燃烧器构成的两级燃烧器；在点火燃烧器中装有等离子点火器和煤粉裂解室；在等离子点火器中装有长寿命阳极和长寿命阴极以及双水内冷的电子加速线圈和阴极自动进给机构。

2、如权利要求1所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置，其特征在于：其两级燃烧器都具有轴流式结构的拉法尔式喷管，在主燃烧器中，装有使煤粉流绕轴线旋进的主旋流板和主旋流片，主旋流板装在主燃一次风入口处，主旋流片装在主燃烧器喉部前方，在主燃烧器喷口的外周设有定位支撑块，保温层，和主燃二次风道，在主燃一次风道外周也设有保温层，在点火燃烧器中，也有使煤粉流绕轴线旋进的点火旋流板和点火旋流片，点火旋流板装在点火一次风入口处，点火旋流片装点火燃烧器喉部前方。

3、如权利要求1或2所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置，其特征在于：其等离子点火器中所装的长寿命阳极是用一个导电、导热优良，表面不易氧化的银制成的拉法尔式阳极发散管并将它钎焊在铜材制成的带有水冷环形槽的阳极座上。

4、如权利要求3所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置，其特征在于：它的阳极发散管是用铜基厚镀银或金或铂制成的。

5、如权利要求1或2或3或4所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置，其特征在于：其等离子点火器中所装的长寿命阳极，其阳极发散管与阳极座是用银合金铸为一体的。

6、如权利要求1或2或3或4或5所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置、其特征在于：其等离子点火器中所装的长寿命阴极是具有良好接触导电结构的空冷阴极：在近阳极端装有银或银合金的导电套和经卡簧及盖板将其紧压于阴极棒上的导电管，导电管外周开有轴向的空冷通气槽，外面装有两层套筒，内套筒滑配合地装在导电管的外面，外套筒与内套筒之间用一定位绝缘套管固定连接，内套筒的近阳极端，装一个具有旋向喷气孔的冷却空气喷嘴，远阳极端装有压缩空气导管。

7、如权利要求1或2或3或4或5或6所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置：其特征在于：等离子点火器所装的双水内冷电子加速线圈的结构是由在其中能通冷却水的薄壁紫铜管制成的线圈和在线圈支撑筒与线圈整体内壁之间设置的轴向断面为凹形的冷却水套。

8、如权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置：其特征在于：等离子点火器的阴极自动进给机构装有一个阴极棒仓以及进给传动构件和拉弧传动构件。

9、如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的直接点燃煤粉炉的等离子点火装置：其特征在于：等离子燃烧器中的煤粉裂解室设在拉法尔式阳极发散管的发散出口处至点火燃烧器喉部之间的空间，最佳方案是使发散出口的延长线与点火燃烧器喉部的园周相交，并使环形的点火一次风道的截面积与点火燃烧器喉部的截面积相等，同时使点火旋流片的旋向与煤粉流的旋向和火焰的旋向相反。

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