专利名称：等离子体煤粉锅炉点火装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电站煤粉锅炉点火、稳燃技术领域。
本实用新型现有技术是目前电站煤粉锅炉普遍的点火方式是用油枪点火，即在煤粉喷燃器附近规定位置布置一定数量的油枪，锅炉启动时，先点燃点火油枪，向炉膛喷射油火焰，将炉膛温度升高到能使煤粉着火的温度，然后喷入煤粉进行油煤混烧，直到规定负荷下，煤粉在炉膛稳定燃烧时停止油枪运行，完成点火过程。其存在的不足之处是1、油点火方式是极不经济的，耗用了大量的液体燃烧料，大大增加了生产成本。2、增大了煤粉的机械不完全燃烧(10％～15％)，降低了锅炉的总效率(4％～6％)。3、油煤混烧产生了大量的NOx、SOx，造成环境污染。4、油枪一般设置在高温区，喷嘴处易形成碳粒堵塞，影响正常投入。5、使锅炉受热面受到高温腐蚀。
本实用新型的设计目的是点火锅炉燃烧过程的一个重要方面。目前煤粉锅炉传统的油点火方式需耗用大量的燃油，是极不经济的，我们必须寻找一种非传统的点火方式来取代油点火方式，等离子体煤粉点火技术，它靠等离子体发生器发射的高温等离子体射流，直接点燃锅炉一次风煤粉，实现冷风点火，它代表了电站煤粉锅炉无油点火技术的未来。
本实用新型的设计方案是1、等离子体煤粉点火装置工作原理
①等离子体及其特性等离子体是由大量相互作用，但仍处于非束缚状态下的带电粒子组成的宏观体系，是和固态、液态、气态同一层次的物质第四态。等离子体全部由离子和电子组成，它是一种高度电离而能导电的气体。当离子和电子复合成原子时，能产生高达几万度以上的温度，而且其具有极好的导电能力，可以承受极大的电流密度。它还有极好的导热性，并能受电场和磁场的作用。
工业等离子体可用电极放电的方法产生。气体在电弧中被加热、电离而形成的等离子体，从喷嘴中喷出成等离子弧，等离子弧经过了机械压缩效应、热收缩效应、磁收缩效应的作用，大大地提高了弧柱的能量密度和温度。
②等离子体点燃煤粉的工艺机理通常，煤粉的着火是从挥发物开始的。挥发物着火燃烧后，放出热量，促使焦碳稳定燃烧。为了实现着火，煤粉必须达到一定的温度，这个温度叫作着火温度。煤粉的着火温度主要与燃料种类及其所含挥发物的多少有关，一般来说，挥发份越高，着火越容易。
等离子体煤粉点火装置可以直接点燃煤粉，其关键在于该点火装置具有很大的能量。其产生的高温可促使煤粉迅速气化，生成CO、H2和CH4等可燃气体，这些可燃气体相当于高品位的点火剂，在足够的助燃空气作用下，促使煤粉迅速燃烧，实现锅炉点火。
2、等离子体煤粉点火装置系统根据上述工作原理，本实用新型设计的等离子体煤粉点火装置为一种可实现电站锅炉煤粉无油冷风点火的电站锅炉等离子体煤粉点火装置，其特征是由控制和整流供电电源(1)、发射高温等离子体射流的等离子体发生器(2)、用于等离子发生器主要部件及控制和整流供电电源电气元件的冷却保护和供给离子体发生器工作气体的冷却水及压缩空气系统(3)，用于延长煤粉停留时间、保证煤粉在离子孤作用下被充分加热、混合并确保提高挥发物释放量、达到点火要求的燃料预燃室(4)构成，冷却水及压缩空气系统(3)连接控制和整流供电电源(1)和等离子体发生器(2)，等离子体发生器(2)位于燃料预燃室(4)上端，在燃料预燃室(4)内和等离子体发生器(2)对应位置固定有导流板(6)。
控制和整流控制电源(1)采用六路脉冲触发集成控制电路，电气主回路包括整流变压器(15)、三相全波整流(16)、平波电抗器(17)，平波电抗器(17)接在整流电路的负极上。
等离子体发生器(2)由后电极(7)、进给机构(8)、冷却器(9)、压缩空气进口(10)、前电极(11)、电磁线圈(12)、极间绝缘材料(13)、冷却水管(14)组成，后电极(7)穿过进给机构(8)后位于冷却器(9)内，冷却器(9)内包覆有极间绝缘材料(13)，压缩空气进口(10)位于后电极(7)底部，前电极(11)位于电磁线圈(12)中且与后电极(7)底部相连，冷却水管(14)接在前电极(11)上部。
等离子体发生器(2)中的压缩空气进口(10)位于后电极(7)入口处，冷却器(9)与外壳合为一体位于最外层，极间绝缘材料(13)在冷却器(9)内。
后电极(7)可采用风冷式或水冷式冷却。
水冷式后电极由钨极(18)、后电极筒体(19)、进水管(20)、回水管(21)、端盖(22)构成，钨极(18)位于最前端，进水管(20)在筒体(19)中心，回水管(21)接后电极筒体(19)上，端盖(22)位于筒体(19)另一端。
电极中金属钨极可用炭棒代替。
压缩空气进口(10)采用旋气流技术，在主进口上连通有一个与水平方向成-10°角的进气口。
本实用新型与现有技术相比由于其单位含能量高，等离子体含有大量的活性中性离子、游离原子、原子团和不稳定化合物等，都具有很高的化学活性，而且可以保证提高挥发物的释放量，因此是一种完全区别于传统方式的无油点火方式，有很大的优点1、点火装置可直接对风粉混合物实现点火，节约大量燃油；2、点火可靠，煤粉燃烧稳定；3、环境污染小。
图1为本实用新型原理总装图。
图2为本实用新型中等离子体发生器结构示意图。
图3为本实用新型中等离子体发生器结构示意图。
图4为本实用新型中等离子体发生器结构示意图。
图5为本实用新型控制和整流控制电源电气主回路。
图6为本实用新型中的水冷式后电极示意图。
图7为本实用新型中的压缩空气进口示意图。
图8为图7的俯视图。
本实用新型设计并实施的等离子体发生器的三种结构实施例示意图见附图2、3、4。
等离子体发生器三种结构实施例的特点是a、电磁线圈与电弧电流串联，等离子弧在电磁线圈轴向力的作用下沿前电极表面高速旋转将电弧引出，提高了电弧的稳定性，保护了前电极。
b、后电极可用消耗性材料(如炭棒)，也可用相对低消耗性材料(如金属钨极)。
c、设计中后电极的冷却方式，对消耗性电极，采用风冷方式，直接用发生器中的压缩空气冷却；而对相对低消耗性电极，采用水冷方式，水冷式后电极见附图6。
d、极间绝缘材料选用耐高温绝缘材料，避免极间因绝缘材料烧毁而造成的极间击穿现象发生。
e、前电极出口直径为重要设计参数，该参数直接影响等离子弧的引出。
f、压缩空气进口设计中采中了旋气流技术，用以提高电弧稳定性和保护前电极。其结构见附图7、8。
等离子体发生器三种实施例在结构上的区别及效果上异同点为附图2所示结构中，压缩空气进口4设计在前电极上部，冷却器9设置在内部。该结构进气口位置不合理，密封性能差，冷却器9易发生电击穿，结构也较为复杂。
附图3及附图4所示结构中，压缩空气进气口10设计在后电极入口处，冷却器9与外壳合为一体，结构简化，进气口位置合理，密封性好。但附图3所示结构中，极间绝缘材料7结构不如附图4结构合理，加工、装配性能差，由于装配、运输等原因易损坏影响使用。
三种结构实施例在效果上是相同的。在使用寿命上附图4所示结构最好。
等离子体发生器工作时，产生的等离子体从喷嘴状前电极喷出，在气动力和电极未端表面的磁压力作用下将电弧引出，形成等离子弧，等离子弧在电磁线圈轴向力的作用下，沿前电极表面旋转，将电弧喷入燃料预燃室。
冷却水及压缩空气系统中冷却水主要用于等离子体发生器主要部件及控制和整流供电电源电气元件的冷却保护。
压缩空气为工作气体，用以产生等离子体。
燃料预燃室即是对锅炉喷燃器主一次风管设计改造，内部增加导流板，延长煤粉在预燃室的停留时间，保证煤粉在等离子弧作用下被充气加热、混合，确保提高挥发物的释放量，达到点火要求。导流板焊接在预燃室中的位置见附图1所示。
结合附图1～附图8，对本实用新型使用过程进一步地说明锅炉点火前，检查等离子体点火装置各部分无缺陷后，先开启冷却水、压缩空气阀门(压缩空气必须干燥洁净)，调节其压力达到规定值，向点火装置供给压缩空气和冷却水，然后点火操作过程如下1、合上电源开关向点火装置供电，调整电流、电压至额定值，操作控制按钮，引燃电弧；2、予热几分种后，向燃料预燃室投入煤粉，煤粉迅速燃烧，给粉量的大小根据燃烧稳定用设置的调节挡板进行调整，保证火焰稳定，温度约1300℃～1400℃，煤粉火焰进入炉膛继续燃烧，待锅炉定温定压、机组带70％负荷时，关闭点火电源，点火装置退出运出，锅炉点火过程完成。
权利要求1.一种可实现电站锅炉煤粉无油冷风点火的电站锅炉等离子体煤粉点火装置，其特征是由控制和整流供电电源(1)、发射高温等离子体射流的等离子体发生器(2)、用于等离子发生器主要部件及控制和整流供电电源电气元件的冷却保护和供给离子体发生器工作气体的冷却水及压缩空气系统(3)，用于延长煤粉停留时间、保证煤粉在离子孤作用下被充分加热、混合并确保提高挥发物所释放量、达到点火要求的燃料预燃室(4)构成，冷却水及压缩空气系统(3)连接控制和整流供电电源(1)和等离子体发生器(2)，等离子体发生器(2)位于燃料预燃室(4)上端，在燃料预燃室(4)内和等离子体发生器(2)对应位置固定有导流板(6)。
2.权利要求1所述点火装置，其特征是控制和整流控制电源(1)采用六路脉冲触发集成控制电路，电气主回路包括整流变压器(15)、三相全波整流(16)、平波电抗器(17)，平波电抗器(17)接在整流电路的负极上。
3.根据权利要求1所述点火装置，其特征是等离子体发生器(2)由后电极(7)、进给机构(8)、冷却器(9)、压缩空气进口(10)、前电极(11)、电磁线圈(12)、极间绝缘材料(13)、冷却水管(14)组成，后电极(7)穿过进给机构(8)后位于冷却器(9)内，冷却器(9)外包覆有极间绝缘材料(13)，压缩空气进口(10)位于后电极(7)底部，前电极(11)位于电磁线圈(12)中且与后电极(7)底部相连，冷却水管(14)接在前电极(11)上部。
4.根据权利要求1或3所述的点火装置，其特征是等离子体发生器(2)中的压缩空气进口(10)位于后电极(7)入口处，冷却器(9)与外壳合为一体位于最外层，极间绝缘材料(13)在冷却器(9)内。
5.根据权利要求3、4所述的点火装置，其特征是后电极(7)可采用风冷式或水冷式冷却。
6.根据权利要求5所述点火装置，其特征是水冷式后电极由钨极(18)、后电极筒体(19)、进水管(20)、回水管(21)、端盖(22)构成，钨极(18)位于最前端，进水管(20)在筒体(19)中心，回水管(21)接后电极筒体(19)上，端盖(22)位于筒体(19)另一端。
7.根据权利要求6所述点火装置，其特征是后电极中金属钨极可用炭棒代替。
8.根据权利要求3、4所述点火装置，其特征是压缩空气进口(10)采用旋气流技术，在主进口上连通有一个与水平方向成-10°角的进气口。
专利摘要本实用新型属于电站煤粉锅炉点火、稳燃技术领域。它靠等离子发生器发射的高温等离子体流,直接点燃锅炉一次风煤粉,实现冷风点火。它主要由电源、等离子体发生器、压缩空气系统、燃料预燃室构成,代表了煤粉锅炉无油点火技术的未来。
文档编号F23Q13/00GK2338633SQ9823307
公开日1999年9月15日 申请日期1998年10月7日 优先权日1998年10月7日
发明者张新录, 王建民, 张宗卷, 樊卫民, 李贵生, 谢桂林 申请人:宝鸡电力设备厂