等離子體點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理

1、等離子體點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理一、點(diǎn)火機(jī)理本裝置利用直流電流（280-350A ）在介質(zhì)氣壓 的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場下獲得穩(wěn)定功 率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒 中形成T>5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過 該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出 揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng) 是在氣相中進(jìn)行，使混合物組成的粒級發(fā)生了變化，因而使 煤粉的燃燒速度加快，有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大 地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量E （ E等=1/6E油）。等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C、H、0）、原子團(tuán)（

2、OH、H2、02）、離子（02 、H2 、OH 、 0 、H + ）和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃 燒，除此之外，等離子體對于煤粉的作用，可比通常情況下 提高20%80%的揮發(fā)份，即等離子體有再造揮發(fā)份的效 應(yīng)，這對于點(diǎn)燃低揮發(fā)份煤粉強(qiáng)化燃燒有特別的意義。二、等離子發(fā)生器工作原理本發(fā)生器為磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器，它由線圈、陰 極、陽極組成。其中陰極材料采用高導(dǎo)電率的金屬材料或非金屬材料制成。陽極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬 材料制成，它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線 圈在高溫250C情況下具有抗2000V的直流電壓擊穿能力， 電源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧

3、原理為：首先設(shè) 定輸出電流，當(dāng)陰極 3前進(jìn)同陽極2接觸后，整個系統(tǒng)具有 抗短路的能力且電流恒定不變，當(dāng)陰極緩緩離開陽極時，電 弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。一定壓力的空氣在電 弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其能量密度高達(dá) 105106W/cm2，為點(diǎn)燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。、線圈2、陽極3、陰極4、電源圖5-2-1 等離子發(fā)生器原理圖三、燃燒機(jī)理根據(jù)高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及 風(fēng)速相匹配的原則設(shè)計了多級燃燒器。它的意義在于應(yīng)用多 級放大的原理，使系統(tǒng)的風(fēng)粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點(diǎn)火的工況條件，從而完成一個持續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火、燃 燒過程。實驗證明運(yùn)用這一原理及

4、設(shè)計方法使單個燃燒器的 出力可以從2T/H擴(kuò)達(dá)到10T/H。在建立一級點(diǎn)火燃燒過程 中我們采用了將經(jīng)過濃縮的煤粉垂直送入等離子火炬中心 區(qū)，10000 C的高溫等離子體同濃煤粉的匯合及所伴隨的物 理化學(xué)過程使煤粉原揮發(fā)份的含量提高了80%,其點(diǎn)火延遲時間不大于1秒。點(diǎn)火燃燒器的性能決定了整個燃燒器運(yùn)行的成敗，在設(shè) 計上該燃燒器出力約為 500800kg/h，其噴口溫度不低于 1200 C。另外加設(shè)了第一級氣膜冷卻技術(shù)避免了煤粉的貼壁 流動及掛焦，同時又解決了燃燒器的燒蝕問題，該區(qū)稱為第 區(qū)。第二區(qū)為混合燃燒區(qū)，在該區(qū)內(nèi)一般采用“濃點(diǎn)濃”的 原則，環(huán)形濃淡燃燒器的應(yīng)用將淡粉流貼壁而濃粉摻入主點(diǎn)

5、火燃燒器燃燒。這樣做的結(jié)果既利于混合段的點(diǎn)火，又冷卻 了混合段的壁面。如果在特大流量條件還可采用多級點(diǎn)火。第三區(qū)為強(qiáng)化燃燒區(qū)，在一、二區(qū)內(nèi)揮發(fā)分基本燃燼， 為提高疏松炭的燃燼率采用提前補(bǔ)氧強(qiáng)化燃燒措施，提前補(bǔ) 氧的原因在于提高該區(qū)的熱焓進(jìn)而提高噴管的初速達(dá)到加 大火焰長度提高燃盡度的目的，所采用的氣膜冷卻技術(shù)亦達(dá) 到了避免結(jié)焦的目的。第四區(qū)為燃燼區(qū)，疏松碳的燃燼率，決定于火焰的長度，隨煙氣的溫升燃燼率逐漸加大1圖5-2-2 燃燒機(jī)理圖四、等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)組成等離子燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點(diǎn)燃煤粉 的煤粉燃燒器，與以往的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在 煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用等離子

6、弧將煤粉點(diǎn)燃，并將 火焰在燃燒器內(nèi)逐級放大，屬內(nèi)燃型燃燒器，可在爐膛內(nèi)無 火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉，從而實現(xiàn)鍋爐的無油啟動和無油 低負(fù)荷穩(wěn)燃。等離子弧生器圖5-2-3等離子燃燒器示意圖如圖5-2-3所示，等離子發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的中心筒中形成T>5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火 核”受到高溫作用，并在3-10秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物， 并使 煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn) 行，使混合物組分的粒級發(fā)生了變化，因而使煤粉的燃燒速 度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少促使 煤粉燃燒所需要的引燃能量 E（

7、 E等=1/6E油）。煤粉首先在中心筒中點(diǎn)燃，進(jìn)入中心筒的粉量根據(jù)燃燒 器的不同在500800kg/h之間，這部分煤粉在中心筒中穩(wěn) 定燃燒，并在中心筒的出口處形成穩(wěn)定的二級煤粉的點(diǎn)火 源，并以次逐級放大，最大可點(diǎn)燃12t/h的粉量。為了擴(kuò)大燃燒器對一次風(fēng)速的適應(yīng)范圍，等離子燃燒器 的最后一級煤粉可不在燃燒室內(nèi)燃燒而直接進(jìn)入爐膛，因為 煤粉燃燒后的熱量使得空氣體積迅速膨脹，受燃燒器內(nèi)空間 的限制，燃燒室內(nèi)的風(fēng)速會成倍提高，造成火焰擴(kuò)散的速度 小于煤粉的傳播速度而使燃燒不穩(wěn)，當(dāng)采取前面所述措施 后，有利于減小燃燒室內(nèi)的風(fēng)速，使燃燒穩(wěn)定。實際的運(yùn)行 實踐證明：采用最后一級煤粉進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒的結(jié)構(gòu)，燃

8、燒 的穩(wěn)定度大大提高，對風(fēng)速的要求降低了30%，煤粉的燃燼度也大大提高。煤粉的濃度影響煤粉的著火溫度，在點(diǎn)火區(qū)適當(dāng)提高煤 粉濃度有利于點(diǎn)火。等離子燃燒器內(nèi)通過采用撞擊式濃縮塊 獲得點(diǎn)火區(qū)的相對較高濃度。對于現(xiàn)場燃燒器前有彎頭的鍋一次風(fēng)爐，因彎頭的離心濃淡作用及現(xiàn)場安裝位置的限制，有可能 會造成中心筒點(diǎn)火區(qū)的濃度降低，為了解決這個問題同時減 小改造工作量，可在彎頭內(nèi)加入彎板或扭轉(zhuǎn)板，改變進(jìn)入點(diǎn) 火區(qū)的濃度分布（如圖 5-2-4所示）圖5-2-4扭轉(zhuǎn)板示意圖由于等離子燃燒器采用內(nèi)燃方式，燃燒器的壁面要承受 高溫，因此加入了氣膜冷卻風(fēng)，避免了火焰和壁面的直接接 觸，同時也避免了煤粉的貼壁流動及掛焦。

9、為了減小燃燒 器的尺寸，也可采取用一次風(fēng)直接冷卻的辦法但須在燃燒器壁面上增加壁溫測點(diǎn)，以防止燃燒器因超溫而被燒蝕。對溫 度的測量采用 K分度凱裝熱電偶，熱電偶的外徑3mm，具有很好的撓性，可直接伸到爐外熱電偶導(dǎo)管插入到測點(diǎn)，再 用螺母固定到導(dǎo)管上，具有良好的可更換性。熱電偶的測溫 范圍為0800C，燃燒器的長期壁溫應(yīng)控制在 600C以內(nèi)，如 果超溫，可采取提高一次風(fēng)速和降低一次風(fēng)濃度的手段進(jìn)行 降溫。等離子燃燒器的高溫部分采用高溫耐熱鑄鋼，其余和煤 粉接觸部位采用高耐磨鑄鋼。和現(xiàn)場管路連接時須正確選用 焊條型號。等離子燃燒器按功能可分為兩類：1、僅作為點(diǎn)火燃燒器使用，這種等離子燃燒器用于代替原

10、油燃燒器，起到啟動 鍋爐和在低負(fù)荷助燃的作用。采用該種燃燒器需為其附加給 粉系統(tǒng)，包括一次風(fēng)管路及給粉機(jī)；2、既作為點(diǎn)火燃燒器又作為主燃燒器使用，這種等離子燃燒器具有和1所述同樣的功能，在鍋爐正常運(yùn)行時又可作為主燃燒器投入。五、磨煤機(jī)二期工程鍋爐安裝的是煙臺龍源公司研制生產(chǎn)的等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器，選定 A、B磨煤機(jī)作為點(diǎn)火用磨煤機(jī)。 點(diǎn)火前，應(yīng)調(diào)整其出力和細(xì)度至最佳狀態(tài)，適當(dāng)調(diào)整回粉門 的開度、調(diào)整分離器開度，適當(dāng)減小一次風(fēng)量。風(fēng)量的調(diào)整 應(yīng)滿足一次風(fēng)管的最低流速和允許的風(fēng)環(huán)風(fēng)速，還應(yīng)適當(dāng)調(diào)整碾磨壓力。等離子燃燒器在鍋爐點(diǎn)火啟動初期，燃燒的煤 粉濃度較好的適用范圍在0.360.52kg/kg，最低不