等離子體點火煤粉燃燒器工作原理

1、等離子體點火煤粉燃燒器工作原理一、點火機理本裝置利用直流電流（280-350A ）在介質氣壓 的條件下接觸引弧，并在強磁場下獲得穩(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 是在氣相中進行，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）。等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、0）、原子團（

2、OH、H2、02）、離子（02 、H2 、OH 、 0 、H + ）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃 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，這對于點燃低揮發(fā)份煤粉強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電率的金屬材料或非金屬材料制成。陽極由高導電率、高導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 定輸出電流，當陰極 3前進同陽極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 105106W/cm2，為點燃不同的煤種創(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、燃燒機理根據高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及 風速相匹配的原則設計了多級燃燒器。它的意義在于應用多 級放大的原理，使系統(tǒng)的風粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點火的工況條件，從而完成一個持續(xù)穩(wěn)定的點火、燃 燒過程。實驗證明運用這一原理及

4、設計方法使單個燃燒器的 出力可以從2T/H擴達到10T/H。在建立一級點火燃燒過程 中我們采用了將經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 理化學過程使煤粉原揮發(fā)份的含量提高了80%,其點火延遲時間不大于1秒。點火燃燒器的性能決定了整個燃燒器運行的成敗，在設 計上該燃燒器出力約為 500800kg/h，其噴口溫度不低于 1200 C。另外加設了第一級氣膜冷卻技術避免了煤粉的貼壁 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)內一般采用“濃點濃”的 原則，環(huán)形濃淡燃燒器的應用將淡粉流貼壁而濃粉摻入主點

5、火燃燒器燃燒。這樣做的結果既利于混合段的點火，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火。第三區(qū)為強化燃燒區(qū)，在一、二區(qū)內揮發(fā)分基本燃燼， 為提高疏松炭的燃燼率采用提前補氧強化燃燒措施，提前補 氧的原因在于提高該區(qū)的熱焓進而提高噴管的初速達到加 大火焰長度提高燃盡度的目的，所采用的氣膜冷卻技術亦達 到了避免結焦的目的。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 燃燒機理圖四、等離子點火燃燒系統(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 煤粉進入燃燒器的初始階段就用等離子

6、弧將煤粉點燃，并將 火焰在燃燒器內逐級放大，屬內燃型燃燒器，可在爐膛內無 火焰狀態(tài)下直接點燃煤粉，從而實現鍋爐的無油啟動和無油 低負荷穩(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。由于反應是在氣相中進 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燃，進入中心筒的粉量根據燃燒 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)定的二級煤粉的點火 源，并以次逐級放大，最大可點燃12t/h的粉量。為了擴大燃燒器對一次風速的適應范圍，等離子燃燒器 的最后一級煤粉可不在燃燒室內燃燒而直接進入爐膛，因為 煤粉燃燒后的熱量使得空氣體積迅速膨脹，受燃燒器內空間 的限制，燃燒室內的風速會成倍提高，造成火焰擴散的速度 小于煤粉的傳播速度而使燃燒不穩(wěn)，當采取前面所述措施 后，有利于減小燃燒室內的風速，使燃燒穩(wěn)定。實際的運行 實踐證明：采用最后一級煤粉進入爐膛內燃燒的結構，燃

8、燒 的穩(wěn)定度大大提高，對風速的要求降低了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，在點火區(qū)適當提高煤 粉濃度有利于點火。等離子燃燒器內通過采用撞擊式濃縮塊 獲得點火區(qū)的相對較高濃度。對于現場燃燒器前有彎頭的鍋一次風爐，因彎頭的離心濃淡作用及現場安裝位置的限制，有可能 會造成中心筒點火區(qū)的濃度降低，為了解決這個問題同時減 小改造工作量，可在彎頭內加入彎板或扭轉板，改變進入點 火區(qū)的濃度分布（如圖 5-2-4所示）圖5-2-4扭轉板示意圖由于等離子燃燒器采用內燃方式，燃燒器的壁面要承受 高溫，因此加入了氣膜冷卻風，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，也可采取用一次風直接冷卻的辦法但須在燃燒器壁面上增加壁溫測點，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管插入到測點，再 用螺母固定到導管上，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控制在 600C以內，如 果超溫，可采取提高一次風速和降低一次風濃度的手段進行 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)，包括一次風管路及給粉機；2、既作為點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，在鍋爐正常運行時又可作為主燃燒器投入。五、磨煤機二期工程鍋爐安裝的是煙臺龍源公司研制生產的等離子煤粉點火燃燒器，選定 A、B磨煤機作為點火用磨煤機。 點火前，應調整其出力和細度至最佳狀態(tài)，適當調整回粉門 的開度、調整分離器開度，適當減小一次風量。風量的調整 應滿足一次風管的最低流速和允許的風環(huán)風速，還應適當調整碾磨壓力。等離子燃燒器在鍋爐點火啟動初期，燃燒的煤 粉濃度較好的適用范圍在0.360.52kg/kg，最低不