等離子體點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理

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0.01-0.03Mpa的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場(chǎng)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(guò)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(jí)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、HO）、原子團(tuán)（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－O―、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(duì)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(duì)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(yáng)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(yáng)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。其拉弧原理為：首先設(shè)定輸出電流，當(dāng)陰極3前進(jìn)同陽(yáng)極2接觸后，整個(gè)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(kāi)陽(yáng)極時(shí)，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)105?106W/cm2，為點(diǎn)燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。三、燃燒機(jī)理根據(jù)高溫等離子體有限能量不可能同無(wú)限的煤粉量及風(fēng)速相匹配的原則設(shè)計(jì)了多級(jí)燃燒器。它的意義在于應(yīng)用多級(jí)放大的原理，使系統(tǒng)的風(fēng)粉濃度、氣流速度處于一個(gè)十分有利于點(diǎn)火的工況條件，從而完成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火、燃燒過(guò)程。實(shí)驗(yàn)證明運(yùn)用這一原理及設(shè)計(jì)方法使單個(gè)燃燒器的出力可以從2T/H擴(kuò)達(dá)到10T/H。在建立一級(jí)點(diǎn)火燃燒過(guò)程中我們采用了將經(jīng)過(guò)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(guò)程使煤粉原揮發(fā)份的含量提高了80%，其點(diǎn)火延遲時(shí)間不大于1秒。點(diǎn)火燃燒器的性能決定了整個(gè)燃燒器運(yùn)行的成敗，在設(shè)計(jì)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(shè)了第一級(jí)氣膜冷卻技術(shù)避免了煤粉的貼壁流動(dòng)及掛焦，同時(shí)又解決了燃燒器的燒蝕問(wèn)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(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)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(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)度，隨煙氣的溫升燃燼率逐漸加大。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(lái)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弧將煤粉點(diǎn)燃，并將周界風(fēng)火焰在燃燒器內(nèi)逐級(jí)放大，屬內(nèi)燃型燃燒器，可在爐膛內(nèi)無(wú)火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的無(wú)油啟動(dòng)和無(wú)油低負(fù)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(guò)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(jí)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(diǎn)燃，進(jìn)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(jí)煤粉的點(diǎn)火源，并以次逐級(jí)放大，最大可點(diǎn)燃 12t/h的粉量。為了擴(kuò)大燃燒器對(duì)一次風(fēng)速的適應(yīng)范圍，等離子燃燒器的最后一級(jí)煤粉可不在燃燒室內(nèi)燃燒而直接進(jìn)入爐膛，因?yàn)槊悍廴紵蟮臒崃渴沟每諝怏w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(huì)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(shí)際的運(yùn)行實(shí)踐證明：采用最后一級(jí)煤粉進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒的結(jié)構(gòu)，燃燒的穩(wěn)定度大大提高，對(duì)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(guò)采用撞擊式濃縮塊獲得點(diǎn)火區(qū)的相對(duì)較高濃度。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)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(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(shí)也避免了煤粉的貼壁流動(dòng)及掛焦。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(cè)點(diǎn)，以防止燃燒器因超溫而被燒蝕。對(duì)溫度的測(cè)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(cè)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(cè)溫范圍為0-800°C,燃燒器的長(zhǎng)期壁溫應(yīng)控制在600°C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(chǎng)管路連接時(shí)須正確選用焊條型號(hào)。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油燃燒器，起到啟動(dòng)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(shí)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(tái)龍?jiān)垂狙兄粕a(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(kāi)度、調(diào)整分離器開(kāi)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(dòng)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