專利名稱：等離子體煤粉鍋爐點火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電站煤粉鍋爐點火、穩(wěn)燃技術(shù)領(lǐng)域。
本實用新型現(xiàn)有技術(shù)是目前電站煤粉鍋爐普遍的點火方式是用油槍點火，即在煤粉噴燃器附近規(guī)定位置布置一定數(shù)量的油槍，鍋爐啟動時，先點燃點火油槍，向爐膛噴射油火焰，將爐膛溫度升高到能使煤粉著火的溫度，然后噴入煤粉進行油煤混燒，直到規(guī)定負荷下，煤粉在爐膛穩(wěn)定燃燒時停止油槍運行，完成點火過程。其存在的不足之處是1、油點火方式是極不經(jīng)濟的，耗用了大量的液體燃燒料，大大增加了生產(chǎn)成本。2、增大了煤粉的機械不完全燃燒(10％～15％)，降低了鍋爐的總效率(4％～6％)。3、油煤混燒產(chǎn)生了大量的NOx、SOx，造成環(huán)境污染。4、油槍一般設(shè)置在高溫區(qū)，噴嘴處易形成碳粒堵塞，影響正常投入。5、使鍋爐受熱面受到高溫腐蝕。
本實用新型的設(shè)計目的是點火鍋爐燃燒過程的一個重要方面。目前煤粉鍋爐傳統(tǒng)的油點火方式需耗用大量的燃油，是極不經(jīng)濟的，我們必須尋找一種非傳統(tǒng)的點火方式來取代油點火方式，等離子體煤粉點火技術(shù)，它靠等離子體發(fā)生器發(fā)射的高溫等離子體射流，直接點燃鍋爐一次風煤粉，實現(xiàn)冷風點火，它代表了電站煤粉鍋爐無油點火技術(shù)的未來。
本實用新型的設(shè)計方案是1、等離子體煤粉點火裝置工作原理
①等離子體及其特性等離子體是由大量相互作用，但仍處于非束縛狀態(tài)下的帶電粒子組成的宏觀體系，是和固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)同一層次的物質(zhì)第四態(tài)。等離子體全部由離子和電子組成，它是一種高度電離而能導(dǎo)電的氣體。當離子和電子復(fù)合成原子時，能產(chǎn)生高達幾萬度以上的溫度，而且其具有極好的導(dǎo)電能力，可以承受極大的電流密度。它還有極好的導(dǎo)熱性，并能受電場和磁場的作用。
工業(yè)等離子體可用電極放電的方法產(chǎn)生。氣體在電弧中被加熱、電離而形成的等離子體，從噴嘴中噴出成等離子弧，等離子弧經(jīng)過了機械壓縮效應(yīng)、熱收縮效應(yīng)、磁收縮效應(yīng)的作用，大大地提高了弧柱的能量密度和溫度。
②等離子體點燃煤粉的工藝機理通常，煤粉的著火是從揮發(fā)物開始的。揮發(fā)物著火燃燒后，放出熱量，促使焦碳穩(wěn)定燃燒。為了實現(xiàn)著火，煤粉必須達到一定的溫度，這個溫度叫作著火溫度。煤粉的著火溫度主要與燃料種類及其所含揮發(fā)物的多少有關(guān)，一般來說，揮發(fā)份越高，著火越容易。
等離子體煤粉點火裝置可以直接點燃煤粉，其關(guān)鍵在于該點火裝置具有很大的能量。其產(chǎn)生的高溫可促使煤粉迅速氣化，生成CO、H2和CH4等可燃氣體，這些可燃氣體相當于高品位的點火劑，在足夠的助燃空氣作用下，促使煤粉迅速燃燒，實現(xiàn)鍋爐點火。
2、等離子體煤粉點火裝置系統(tǒng)根據(jù)上述工作原理，本實用新型設(shè)計的等離子體煤粉點火裝置為一種可實現(xiàn)電站鍋爐煤粉無油冷風點火的電站鍋爐等離子體煤粉點火裝置，其特征是由控制和整流供電電源(1)、發(fā)射高溫等離子體射流的等離子體發(fā)生器(2)、用于等離子發(fā)生器主要部件及控制和整流供電電源電氣元件的冷卻保護和供給離子體發(fā)生器工作氣體的冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)(3)，用于延長煤粉停留時間、保證煤粉在離子孤作用下被充分加熱、混合并確保提高揮發(fā)物釋放量、達到點火要求的燃料預(yù)燃室(4)構(gòu)成，冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)(3)連接控制和整流供電電源(1)和等離子體發(fā)生器(2)，等離子體發(fā)生器(2)位于燃料預(yù)燃室(4)上端，在燃料預(yù)燃室(4)內(nèi)和等離子體發(fā)生器(2)對應(yīng)位置固定有導(dǎo)流板(6)。
控制和整流控制電源(1)采用六路脈沖觸發(fā)集成控制電路，電氣主回路包括整流變壓器(15)、三相全波整流(16)、平波電抗器(17)，平波電抗器(17)接在整流電路的負極上。
等離子體發(fā)生器(2)由后電極(7)、進給機構(gòu)(8)、冷卻器(9)、壓縮空氣進口(10)、前電極(11)、電磁線圈(12)、極間絕緣材料(13)、冷卻水管(14)組成，后電極(7)穿過進給機構(gòu)(8)后位于冷卻器(9)內(nèi)，冷卻器(9)內(nèi)包覆有極間絕緣材料(13)，壓縮空氣進口(10)位于后電極(7)底部，前電極(11)位于電磁線圈(12)中且與后電極(7)底部相連，冷卻水管(14)接在前電極(11)上部。
等離子體發(fā)生器(2)中的壓縮空氣進口(10)位于后電極(7)入口處，冷卻器(9)與外殼合為一體位于最外層，極間絕緣材料(13)在冷卻器(9)內(nèi)。
后電極(7)可采用風冷式或水冷式冷卻。
水冷式后電極由鎢極(18)、后電極筒體(19)、進水管(20)、回水管(21)、端蓋(22)構(gòu)成，鎢極(18)位于最前端，進水管(20)在筒體(19)中心，回水管(21)接后電極筒體(19)上，端蓋(22)位于筒體(19)另一端。
電極中金屬鎢極可用炭棒代替。
壓縮空氣進口(10)采用旋氣流技術(shù)，在主進口上連通有一個與水平方向成-10°角的進氣口。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比由于其單位含能量高，等離子體含有大量的活性中性離子、游離原子、原子團和不穩(wěn)定化合物等，都具有很高的化學(xué)活性，而且可以保證提高揮發(fā)物的釋放量，因此是一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)方式的無油點火方式，有很大的優(yōu)點1、點火裝置可直接對風粉混合物實現(xiàn)點火，節(jié)約大量燃油；2、點火可靠，煤粉燃燒穩(wěn)定；3、環(huán)境污染小。


圖1為本實用新型原理總裝圖。
圖2為本實用新型中等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型中等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型中等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實用新型控制和整流控制電源電氣主回路。
圖6為本實用新型中的水冷式后電極示意圖。
圖7為本實用新型中的壓縮空氣進口示意圖。
圖8為圖7的俯視圖。
本實用新型設(shè)計并實施的等離子體發(fā)生器的三種結(jié)構(gòu)實施例示意圖見附圖2、3、4。
等離子體發(fā)生器三種結(jié)構(gòu)實施例的特點是a、電磁線圈與電弧電流串聯(lián)，等離子弧在電磁線圈軸向力的作用下沿前電極表面高速旋轉(zhuǎn)將電弧引出，提高了電弧的穩(wěn)定性，保護了前電極。
b、后電極可用消耗性材料(如炭棒)，也可用相對低消耗性材料(如金屬鎢極)。
c、設(shè)計中后電極的冷卻方式，對消耗性電極，采用風冷方式，直接用發(fā)生器中的壓縮空氣冷卻；而對相對低消耗性電極，采用水冷方式，水冷式后電極見附圖6。
d、極間絕緣材料選用耐高溫絕緣材料，避免極間因絕緣材料燒毀而造成的極間擊穿現(xiàn)象發(fā)生。
e、前電極出口直徑為重要設(shè)計參數(shù)，該參數(shù)直接影響等離子弧的引出。
f、壓縮空氣進口設(shè)計中采中了旋氣流技術(shù)，用以提高電弧穩(wěn)定性和保護前電極。其結(jié)構(gòu)見附圖7、8。
等離子體發(fā)生器三種實施例在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別及效果上異同點為附圖2所示結(jié)構(gòu)中，壓縮空氣進口4設(shè)計在前電極上部，冷卻器9設(shè)置在內(nèi)部。該結(jié)構(gòu)進氣口位置不合理，密封性能差，冷卻器9易發(fā)生電擊穿，結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。
附圖3及附圖4所示結(jié)構(gòu)中，壓縮空氣進氣口10設(shè)計在后電極入口處，冷卻器9與外殼合為一體，結(jié)構(gòu)簡化，進氣口位置合理，密封性好。但附圖3所示結(jié)構(gòu)中，極間絕緣材料7結(jié)構(gòu)不如附圖4結(jié)構(gòu)合理，加工、裝配性能差，由于裝配、運輸?shù)仍蛞讚p壞影響使用。
三種結(jié)構(gòu)實施例在效果上是相同的。在使用壽命上附圖4所示結(jié)構(gòu)最好。
等離子體發(fā)生器工作時，產(chǎn)生的等離子體從噴嘴狀前電極噴出，在氣動力和電極未端表面的磁壓力作用下將電弧引出，形成等離子弧，等離子弧在電磁線圈軸向力的作用下，沿前電極表面旋轉(zhuǎn)，將電弧噴入燃料預(yù)燃室。
冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)中冷卻水主要用于等離子體發(fā)生器主要部件及控制和整流供電電源電氣元件的冷卻保護。
壓縮空氣為工作氣體，用以產(chǎn)生等離子體。
燃料預(yù)燃室即是對鍋爐噴燃器主一次風管設(shè)計改造，內(nèi)部增加導(dǎo)流板，延長煤粉在預(yù)燃室的停留時間，保證煤粉在等離子弧作用下被充氣加熱、混合，確保提高揮發(fā)物的釋放量，達到點火要求。導(dǎo)流板焊接在預(yù)燃室中的位置見附圖1所示。
結(jié)合附圖1～附圖8，對本實用新型使用過程進一步地說明鍋爐點火前，檢查等離子體點火裝置各部分無缺陷后，先開啟冷卻水、壓縮空氣閥門(壓縮空氣必須干燥潔凈)，調(diào)節(jié)其壓力達到規(guī)定值，向點火裝置供給壓縮空氣和冷卻水，然后點火操作過程如下1、合上電源開關(guān)向點火裝置供電，調(diào)整電流、電壓至額定值，操作控制按鈕，引燃電??；2、予熱幾分種后，向燃料預(yù)燃室投入煤粉，煤粉迅速燃燒，給粉量的大小根據(jù)燃燒穩(wěn)定用設(shè)置的調(diào)節(jié)擋板進行調(diào)整，保證火焰穩(wěn)定，溫度約1300℃～1400℃，煤粉火焰進入爐膛繼續(xù)燃燒，待鍋爐定溫定壓、機組帶70％負荷時，關(guān)閉點火電源，點火裝置退出運出，鍋爐點火過程完成。
權(quán)利要求1.一種可實現(xiàn)電站鍋爐煤粉無油冷風點火的電站鍋爐等離子體煤粉點火裝置，其特征是由控制和整流供電電源(1)、發(fā)射高溫等離子體射流的等離子體發(fā)生器(2)、用于等離子發(fā)生器主要部件及控制和整流供電電源電氣元件的冷卻保護和供給離子體發(fā)生器工作氣體的冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)(3)，用于延長煤粉停留時間、保證煤粉在離子孤作用下被充分加熱、混合并確保提高揮發(fā)物所釋放量、達到點火要求的燃料預(yù)燃室(4)構(gòu)成，冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)(3)連接控制和整流供電電源(1)和等離子體發(fā)生器(2)，等離子體發(fā)生器(2)位于燃料預(yù)燃室(4)上端，在燃料預(yù)燃室(4)內(nèi)和等離子體發(fā)生器(2)對應(yīng)位置固定有導(dǎo)流板(6)。
2.權(quán)利要求1所述點火裝置，其特征是控制和整流控制電源(1)采用六路脈沖觸發(fā)集成控制電路，電氣主回路包括整流變壓器(15)、三相全波整流(16)、平波電抗器(17)，平波電抗器(17)接在整流電路的負極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述點火裝置，其特征是等離子體發(fā)生器(2)由后電極(7)、進給機構(gòu)(8)、冷卻器(9)、壓縮空氣進口(10)、前電極(11)、電磁線圈(12)、極間絕緣材料(13)、冷卻水管(14)組成，后電極(7)穿過進給機構(gòu)(8)后位于冷卻器(9)內(nèi)，冷卻器(9)外包覆有極間絕緣材料(13)，壓縮空氣進口(10)位于后電極(7)底部，前電極(11)位于電磁線圈(12)中且與后電極(7)底部相連，冷卻水管(14)接在前電極(11)上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的點火裝置，其特征是等離子體發(fā)生器(2)中的壓縮空氣進口(10)位于后電極(7)入口處，冷卻器(9)與外殼合為一體位于最外層，極間絕緣材料(13)在冷卻器(9)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述的點火裝置，其特征是后電極(7)可采用風冷式或水冷式冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述點火裝置，其特征是水冷式后電極由鎢極(18)、后電極筒體(19)、進水管(20)、回水管(21)、端蓋(22)構(gòu)成，鎢極(18)位于最前端，進水管(20)在筒體(19)中心，回水管(21)接后電極筒體(19)上，端蓋(22)位于筒體(19)另一端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述點火裝置，其特征是后電極中金屬鎢極可用炭棒代替。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4所述點火裝置，其特征是壓縮空氣進口(10)采用旋氣流技術(shù)，在主進口上連通有一個與水平方向成-10°角的進氣口。
專利摘要本實用新型屬于電站煤粉鍋爐點火、穩(wěn)燃技術(shù)領(lǐng)域。它靠等離子發(fā)生器發(fā)射的高溫等離子體流,直接點燃鍋爐一次風煤粉,實現(xiàn)冷風點火。它主要由電源、等離子體發(fā)生器、壓縮空氣系統(tǒng)、燃料預(yù)燃室構(gòu)成,代表了煤粉鍋爐無油點火技術(shù)的未來。
文檔編號F23Q13/00GK2338633SQ9823307
公開日1999年9月15日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月7日
發(fā)明者張新錄, 王建民, 張宗卷, 樊衛(wèi)民, 李貴生, 謝桂林 申請人:寶雞電力設(shè)備廠