CN201170548Y - 新型等离子电弧点火装置系统 - Google Patents

Abstract

一种新型等离子电弧点火装置系统，由撞击式煤粉浓缩燃烧器与等离子电弧喷枪组成，利用等离子气流的热量来点燃煤粉气流，放出热量加热锅炉，利用合理设计与材料选型解决了等离子喷枪与煤粉燃烧器的长寿命、结焦与结构配合问题。煤粉燃烧器采用撞击式煤粉多级浓缩技术，由锥环形薄板撞击器与撞击式浓缩块组成；等离子电弧喷枪由阳极、阴极、喷嘴和磁场线圈组成，工作气体经等离子电弧加热后通过喷嘴喷出，高焓值的等离子气流与经过浓缩的煤粉在煤粉燃烧器内层燃烧室平行运动，点燃煤粉。此技术主要应用于燃煤锅炉的点火启动与稳燃阶段，代替目前普遍使用的大油枪点火与稳燃方式，也能应用在水泥、陶瓷、冶金等以煤为主要能源的行业。

Description

新型等离子电弧点火装置系统

技术领域

本实用新型装置系统属于热力动力技术领域，主要提出了新型等离子电弧点火装置系统，应用在燃煤锅炉的点火与稳燃阶段，也可以应用在水泥、陶瓷、冶金等以煤作为主要能源的行业。此新型装置系统对于煤种具有很强的适应性，所以不需要考虑具体锅炉的燃煤质量与品种。

背景技术

随着国际国内燃油价格的不断攀升，电力机组的不断扩建，各种行业用油量的加大，又使得燃油价格更高。为了解决这个问题，各国都在研究等离子点火技术，力图在电力锅炉的点火与稳燃阶段，用价格较低的煤来代替燃油，但都因为各自的种种欠缺而存在不足之处。例如等离子喷枪功率大小的限制、等离子喷枪材料选型的限制、等离子喷枪与煤粉燃烧器的适应配合问题、以及煤粉燃烧器的煤粉浓缩效果问题等，都直接影响了等离子电弧点火与稳燃的效果。

早在六七十年代，美国G-E公司，B-W公司、西屋公司、原苏联、澳大利亚等公司以及我国的清华大学、哈尔滨锅炉厂、武汉锅炉厂等单位都对这项工作进行了研究，都做出了一定的贡献，但是都没有把这项技术广泛应用到电力行业，近年来我国的烟台龙源电力技术有限公司与洛阳博耐特工程技术有限公司凭借各自的专利技术在国内使等离子点火技术得到一定的推广应用

1、直接点燃煤粉炉的等离子点火装置(见专利公开号：CN 1294278A)包括主燃烧器和点火燃烧器组成的点火燃烧器，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结构。

该方案的缺点是把煤粉燃烧器分为了主燃烧器和点火燃烧器，安装结构复杂。

2、用于直接点燃电站煤粉锅炉的等离子点火装置(见授权公告号：CN2326861Y)，它有燃烧器、等离子发射装置及电源。

3、一种等离子燃煤点火装置(见授权公告号：CN 2526693Y)，该装置有煤粉管、燃烧室和能相对于喷射器作往复运动的等离子发生器构成。

发明内容

本实用新型提出了一种新型等离子电弧点火装置系统，提供一种多级浓缩的煤粉燃烧器和一种气流温度高、效率高、污染低和使用寿命长的等离子电弧喷枪。

本实用新型的技术方案：新型等离子电弧点火装置由撞击式煤粉浓缩燃烧器与等离子电弧喷枪组成，煤粉燃烧器采用撞击式煤粉多级浓缩技术，由锥环形薄板撞击器与撞击式浓缩块组成，对一次风粉混合物进行高效率的浓缩，其特征是煤粉燃烧器采用的是多级浓缩(至少3级)，薄板撞击器是锥环形结构，环形浓缩块是具有拉伐尔喷管形状的先缩小后扩张形状，燃烧器喷口采用同心结构的两圆筒结构，保证煤粉点燃以后的加热扩张能力。等离子电弧喷枪其特征是结构包括阳极、阴极、喷嘴和磁场线圈，阳极和阴极都由相对的中空管状电极组成，阴、阳极之间通入切向旋流气体以压缩和稳定电弧弧柱，磁场线圈分别加在阴、阳极外部，用以旋转电弧根部，加热后的气流通过喷嘴喷出。整个系统装置的整体特征在于等离子电弧喷枪由等离子电弧喷枪支撑管安装在煤粉燃烧器中心，等离子电弧喷枪与锥环形浓缩器、环形浓缩块，点火段燃烧室、着火喷出段燃烧室共轴，从而保持等离子电弧运动与煤粉运动具有相同方向，增加煤粉气流与等离子电弧的接触时间，同时等离子电弧喷枪能够在支撑管内作轴向前后移动。

本实用新型的特点如下：

①煤粉燃烧器对煤粉采用多级浓缩方式，其锥环形浓缩器至少3级，同时各级浓缩器之间的距离也可以进行调整，各级浓缩器以中心线作对称分布，撞击式煤粉浓缩燃烧器的一级锥环形浓缩器、二级锥环形浓缩器、三级锥环形浓缩器、环形浓缩块与点火段燃烧室均通过各自的支撑棒固定在燃烧器外层的内壁上，除去锥管和弯头部分，其余所有部分以中心线呈轴对称结构，等离子电弧喷枪喷嘴、磁场线圈、阴极和阳极以中心线呈轴对称结构，磁场线圈的外径与等离子电弧喷枪支撑管的内径正好相等，等离子电弧喷枪通过连接导管、法兰盘、连接螺栓固定在煤粉燃烧器上。

②煤粉燃烧器外层是一个锥形结构，其角度可以根据煤粉类型的不同，锥形角度有所调整。

③环形浓缩块采用的是具有喉道结构形式的喷射口，其前锥形角度为20°～60°左右，后锥形角度为10°～50°左右。

④点火段燃烧室与着火喷出段燃烧室两者是中心环套装结构，两者的长度可以进行改变，其材料选用耐热不锈钢。

⑤等离子电弧喷枪与锥环形浓缩器、环形浓缩块，点火段燃烧室、着火喷出段燃烧室共轴。

⑥等离子电弧喷枪的阴、阳极均为紫铜或锆合金材料制成的电极，结构简单，电极本身损耗小，能够获得更长的使用寿命，使用维护成本低。

⑦在阴、阳极外加有水冷磁场线圈，增加电弧根部的旋转，使电极烧蚀均匀。磁场线圈同主回路串联连接，节省了单独额外供电的电源。

⑧采用高频发生器作为等离子电弧喷枪的启动源，电弧启动方式可靠、运行稳定。

⑨等离子电弧喷枪与煤粉燃烧器是同心结构，等离子电弧喷枪能够在支撑管内作相对于煤粉燃烧器的前后移动，其基本位置为等离子电弧喷枪前端喷口与锥环形浓缩器的最前端齐平。

附图说明

图1为本新型专利的系统结构示意图

图2为煤粉燃烧器的结构示意图

图3为等离子电弧喷枪的结构示意图

图中结构说明为：1、锥管，2、弯头，3、一级锥环形浓缩器支撑棒，4、一级锥环形浓缩器，5、二级锥环形浓缩器支撑棒，6、二级锥环形浓缩器，7、三级锥环形浓缩器支撑棒，8、三级锥环形浓缩器，9、浓缩器锥形管，10、环形浓缩块，11、点火段燃烧室，12、着火喷出段燃烧室，13、环形浓缩块支撑棒，14、等离子电弧喷枪支撑管支撑棒，15、等离子电弧喷枪喷嘴，16、磁场线圈，17、阴极，18、阳极，19、等离子电弧喷枪支撑管，20、连接导管，21、法兰盘，22、连接螺栓。

具体实施方式

本实用新型所述新型等离子电弧点火装置系统，可以应用在包含贫煤在内的电站煤粉锅炉，以及水泥旋转窑、陶瓷等以煤作为能源的行业，它既可以安装在点火油枪的位置，来代替油枪的点火功能；也可以直接安装在锅炉的主燃烧器位置，直接来代替主煤粉燃烧器，实现锅炉的点火与稳燃。

等离子电弧喷枪与锥环形浓缩器、环形浓缩块，点火段燃烧室、着火喷出段燃烧室共轴在使用的过程中，弯头1与一次风口或外接风口进行连接，着火喷出段燃烧室12与锅炉进行连接，等离子电弧喷枪通过法兰盘21与螺栓22同煤粉燃烧器进行固定连接。连通与等离子喷枪连接的介质空气接口、冷却水接口、电源接口等各项接口，启动高频高压线圈将等离子电弧喷枪的阴、阳极间隙击穿，形成电弧，然后高频启动源退出，由大功率整流电源给等离子电弧喷枪供电，阴、阳极之间形成稳定的等离子电弧气流，在等离子喷枪出口处形成中间粗、两端细的等离子弧，该等离子体气流具有很高的焓值，这些高焓气流能够使粒径在20-200μm的煤粉颗粒受到加热发生爆裂，再造挥发份，所以这种等离子弧对于点燃煤粉具有良好的效果。在启动等离子电弧喷枪的同时开通一次风粉混合物，风粉混合物经过煤粉燃烧器的多次浓缩，形成内层的浓煤粉流与外层的淡煤粉流，这样内层的浓煤粉流与等离子电弧具有了平行运动状态，与等离子电弧具有了一定的接触时间，由于等离子电弧的高焓气流加热作用，煤粉中的挥发份首先被点燃，在煤粉前进的过程中，形成一个挥发份首被点燃，风粉气流边运动边膨胀的过程，浓煤粉流通过点火段燃烧室后，与点火燃烧室外层的淡煤粉流再进行接触混合，这样浓煤粉流加热放出的热量点燃了外层淡煤粉流的煤粉，然后浓煤粉流与淡煤粉流在着火喷出段燃烧室内共同前进，从着火喷出段燃烧室进入到锅炉内继续燃烧。由于本实用新型等离子电弧点火装置系统中的煤粉燃烧器良好的煤粉浓淡分离效果，以及双层燃烧室结构，使得在煤粉燃烧过程中避免了在燃烧器外层燃烧室的结焦，省去了常规的为了避免煤粉燃烧器壁结焦而要使风粉气流向内聚集，安装气膜冷却风或小孔喷射气流的结构形式，简化了设备结构，提高了设备使用效果。

目前以煤作燃烧介质的行业，由于煤自身的燃烧特性，低温时煤粉无法直接点燃着火，必须首先将炉膛加热到一定的温度，然后再投入煤粉，在加热的过程中，要消耗大量的燃油与天然气，目前在液体燃料与气体燃料价格高涨的情况下，每年我国仅电站锅炉就烧掉300万吨的燃油，以每吨燃油价格4000.00元计算，折合人民币120.00亿元，再加上其它的水泥、陶瓷、冶金等行业，国内消耗的液体燃料费用大约在200.00亿元左右，因此点火与稳燃所用液体燃料的消耗费用是一个极大的数字。同时应用这项技术在目前能源供给紧张的情况下，将对燃油与燃气的安全供应提供强大的支持。

Claims (9)

1、一种新型等离子电弧点火装置系统，由撞击式煤粉浓缩燃烧器与等离子电弧喷枪组成，撞击式煤粉浓缩燃烧器包括锥管(1)、弯头(2)、一级锥环形浓缩器支撑棒(3)、一级锥环形浓缩器(4)、二级锥环形浓缩器支撑棒(5)、二级锥环形浓缩器(6)、三级锥环形浓缩器支撑棒(7)、三级锥环形浓缩器(8)、浓缩器锥形管(9)、环形浓缩块(10)、点火段燃烧室(11)、着火喷出段燃烧室(12)、环形浓缩块支撑棒(13)，等离子电弧喷枪包括等离子电弧喷枪支撑管支撑棒(14)、等离子电弧喷枪喷嘴(15)、磁场线圈(16)、阴极(17)、阳极(18)、等离子电弧喷枪支撑管(19)、连接导管(20)、法兰盘(21)、连接螺栓(22)，其特征是：煤粉燃烧器对煤粉采用多级浓缩方式，锥环形浓缩器(4、6、8)至少3级，浓缩器的锥环形角度可以根据具体不同的煤粉质量采用不同的角度，同时各级浓缩器之间的距离也可以进行调整，撞击式煤粉浓缩燃烧器的一级锥环形浓缩器(4)、二级锥环形浓缩器(6)、三级锥环形浓缩器(8)、环形浓缩块(10)与点火段燃烧室(11)均通过各自的支撑棒固定在燃烧器外层的内壁上，除去锥管(1)和弯头(2)部分，其余所有部分以中心线呈轴对称结构，等离子电弧喷枪喷嘴(15)、磁场线圈(16)、阴极(17)和阳极(18)以中心线呈轴对称结构，磁场线圈(16)的外径与等离子电弧喷枪支撑管(19)的内径正好相等，等离子电弧喷枪通过连接导管(20)、法兰盘(21)、连接螺栓(22)固定在煤粉燃烧器上。

2、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：浓缩器锥形管(9)是一个锥形结构，其角度可以根据煤粉的不同，锥形角度有所调整。

3、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：环形浓缩块(10)采用的是具有喉道结构形式的喷射口，其前锥形角度为20°～60°，后锥形角度为10°～50°。

4、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：点火段燃烧室(11)与着火喷出段燃烧室(12)两者是中心环套装结构，两者的长度可以进行改变，其材料选用耐热不锈钢。

5、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：等离子电弧喷枪与锥环形浓缩器(4、6、8)、环形浓缩块(10)，点火段燃烧室(11)、着火喷出段燃烧室(12)共轴。

6、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：等离子电弧喷枪的阴极(17)、阳极(18)均为紫铜或锆合金材料制成的电极。

7、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：在等离子电弧喷枪的阴极(17)、阳极(18)外加有水冷磁场线圈(16)，磁场线圈(16)同主回路串联连接。

8、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：等离子电弧喷枪采用高频发生器作为启动源。

9、如权利要求1所述的新型等离子电弧点火装置系统，其特征是：等离子电弧喷枪外层有等离子电弧喷枪支撑管(19)，等离子电弧喷枪可以在支撑管内作前后移动，其基本位置为等离子电弧喷枪前端喷口与锥环形浓缩器的最前端齐平。

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