等離子體點火煤粉燃燒器工作原理

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(zhì)氣壓0.01-0.03Mpa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(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(nèi)含有大量化學活性的粒子，如原子（ C、HO）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－O―、H+）和電子等，可加速熱化學轉(zhuǎn)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105?106W/cm2，為點燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。三、燃燒機理根據(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(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500?800kg/h,其噴口溫度不低于1200C。另外加設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)稱為第一區(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火燃燒器燃燒。這樣做的結(jié)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(nèi)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(shù)亦達到了避免結(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。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弧將煤粉點燃，并將周界風火焰在燃燒器內(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)下直接點燃煤粉，從而實現(xiàn)鍋爐的無油啟動和無油低負荷穩(wěn)燃。

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（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(jù)燃燒器的不同在500?800kg/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(nèi)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(nèi)空間的限制，燃燒室內(nèi)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(nèi)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(nèi)燃燒的結(jié)構(gòu)，燃燒的穩(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(nèi)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(xiàn)場燃燒器前有彎頭的鍋小改造工作量，可在彎頭內(nèi)加入彎板或扭轉(zhuǎn)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(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，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。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0-800°C,燃燒器的長期壁溫應控制在600°C以內(nèi)，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(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、僅作為點火燃燒器使用，這種等離子燃燒器用于代替原油燃燒器，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(chǎn)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(diào)整其出力和細度至最佳狀態(tài)，適當調(diào)整回粉門的開度、調(diào)整分離器開度，適當減小一次風量。風量的調(diào)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(diào)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 0.36?0.52kg/kg,最低不得低于0.3kg/kg。鍋爐冷態(tài)啟