專利名稱：一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種火力發(fā)電領(lǐng)域中的煤粉鍋爐的點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)火電大國(guó)。煤粉鍋爐是我國(guó)的發(fā)電主體。在長(zhǎng)期的運(yùn)行當(dāng)中，有一個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)能很好的解決，這就是在煤粉鍋爐的啟動(dòng)暖爐、助燃、穩(wěn)燃過(guò)程中，需要燒掉大量的燃油。在此期間，煤粉就顯得無(wú)能為力。因此，每年全國(guó)在這方面消耗的燃油價(jià)值上百億元，如果在鍋爐燃燒的全過(guò)程中使用煤粉，將可以節(jié)省80億人民幣以上。
近年來(lái)，各國(guó)都在研究等離子點(diǎn)火技術(shù)，力圖取代用燃油點(diǎn)燃煤粉鍋爐的方法，由于種種原因，未能取得實(shí)質(zhì)性的技術(shù)突破。沒(méi)有一個(gè)具有商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品得到應(yīng)用推廣，隨著世界石油危機(jī)的日益嚴(yán)重，迫切需要一種替代燃油的點(diǎn)火方法和點(diǎn)火裝置。
目前使用的等離子煤粉點(diǎn)火技術(shù)，存在明顯問(wèn)題是點(diǎn)火能量不足，與過(guò)去采用的電弧點(diǎn)火器沒(méi)有本質(zhì)上的改進(jìn)，照這個(gè)思路發(fā)展下去，勢(shì)必需要更大功率的等離子電弧。碩大的陰極是這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展難以跨越的障礙，巨大的空氣氣流快速的燒蝕陰極，是一個(gè)必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，陰極的造價(jià)和工藝成為焦點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)有方法的另一個(gè)途徑是將等離子體與一次風(fēng)煤粉置于一體，昂貴的成本和可靠性要求制約了它的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供利用現(xiàn)有的等離子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)分體、小功率等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉，避免頻繁更換電極和提高點(diǎn)火系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠性的鍋爐煤粉點(diǎn)火裝置。
本實(shí)用新型所述一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置包括等離子發(fā)生裝置和載流噴頭；所述載流噴頭包括能量轉(zhuǎn)換室和等離子噴射口；所述能量轉(zhuǎn)換室的側(cè)壁為與水蒸汽或氧氣輸送管道連通的縫隙或孔道，所述能量轉(zhuǎn)換室的內(nèi)端為等離子發(fā)生裝置的等離子體輸出端、其外端為等離子噴射口；上述點(diǎn)火裝置被固定在一個(gè)外套筒的端部，該外套筒的端部呈向上傾斜彎頭結(jié)構(gòu)，其傾斜角度應(yīng)滿足等離子噴射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°-90°的夾角，所述外套筒除端部彎頭結(jié)構(gòu)外，其它部分被置于鍋爐的一次風(fēng)煤粉口下方的油槍管道內(nèi)，使等離子體置于煤粉流之外，從煤粉流的下方點(diǎn)燃煤粉。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其中外套呈圓筒形，在筒體前部底端設(shè)有一個(gè)支腿，有一點(diǎn)火裝置支撐架固定在筒體后端，該點(diǎn)火裝置支撐架下部連接有一個(gè)油槍連接座，該油槍連接座與原鍋爐的油槍座相連接。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，在外套內(nèi)，設(shè)置有用于氣管通道的上通管和用于電纜通道的下通管，上、下通管的外側(cè)為冷確水腔體。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，所述等離子體噴射口的火焰方向和煤粉流方向呈60°夾角。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，所述能量轉(zhuǎn)換室的側(cè)壁與水蒸汽輸送管道連通的縫隙切口或孔道呈環(huán)形分布，并且與能量轉(zhuǎn)換室側(cè)壁成一個(gè)傾斜角度。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，所述等離子體發(fā)生裝置是采用具有惰性氣體保護(hù)陰極結(jié)構(gòu)的等離子設(shè)備。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其等離子體發(fā)生裝置為轉(zhuǎn)移弧類型，在能量轉(zhuǎn)換室與等離子體發(fā)生裝置的陰極之間加100V以上的正電壓，轉(zhuǎn)移電弧的末端落在等離子噴射口的內(nèi)壁上。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，所述油槍底座為移動(dòng)式時(shí)，外套長(zhǎng)度應(yīng)滿足，在煤粉被點(diǎn)燃之后，通過(guò)移動(dòng)點(diǎn)火裝置，使一次風(fēng)的火焰中心由風(fēng)口前端移到遠(yuǎn)離風(fēng)口前端，所述遠(yuǎn)近變化，應(yīng)保證等離子明焰與煤粉接觸。
如上所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，所述等離子發(fā)生裝置的功率大于60千瓦。
本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的油點(diǎn)火裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型以氧代油，其意義在于油是不可再生的資源，而氧是可以再生的，符合國(guó)家潔凈生產(chǎn)所倡導(dǎo)的利用再生資源實(shí)現(xiàn)環(huán)保的原則。本實(shí)用新型是在大功率等離子體發(fā)生裝置的前端增加一個(gè)載流噴頭，用于輸送含氧氣體及包括純氧和水蒸氣在內(nèi)的載流氣體。在載流噴頭的前端設(shè)置一個(gè)壓縮空氣噴頭，壓縮空氣在載流體的周圍形成一股空氣保護(hù)膜，使載流體平穩(wěn)而集中，避免空氣的卷吸影響。載流體越集中燃燒條件越好。
2.氧等載流體通過(guò)等離子體獲得大于5000度的高溫能量，這一溫度表現(xiàn)在裝置的出口，有一條明亮的火焰，加上氧的助燃作用足以將一次風(fēng)煤粉輕松點(diǎn)燃。
3.本裝置利用了原鍋爐的油槍活動(dòng)臂，用來(lái)調(diào)整點(diǎn)火器與煤粉的位置，在點(diǎn)火的初期點(diǎn)火裝置靠近煤粉利用明焰將煤粉點(diǎn)燃。點(diǎn)燃后的煤粉形成一條火龍，為了保護(hù)等離子體發(fā)生器和一次風(fēng)口，調(diào)整點(diǎn)火器的位置，使火焰中心遠(yuǎn)離風(fēng)口前端，僅用高能量氧流甚至常溫氧流就足以維持一次風(fēng)煤粉的燃燒。
4.由于煤粉是在燃燒過(guò)程中與氧氣混合的，未燃燒的煤粉接觸不到氧氣，因此有效的避免了煤粉爆炸的發(fā)生。以往的煤粉爆炸都是因?yàn)閷⒚悍酆透谎蹩諝庠谖慈紵隣顟B(tài)下溫合，形成了煤粉的爆炸條件，本裝置有效的避免了煤粉爆炸條件的形成，因此，是一種安全的實(shí)用點(diǎn)火裝置。
5.本裝置的陰極采用惰性氣體保護(hù)，有效的避免了空氣中的氧對(duì)電極的侵蝕。本裝置采用水冷使其可以在高溫下長(zhǎng)期工作。


圖1是本實(shí)用新型的點(diǎn)燃煤粉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的點(diǎn)火裝置主體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的點(diǎn)火裝置及外套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方式
在煤粉鍋爐的燃燒器上，點(diǎn)火油槍總是和一次風(fēng)煤粉的出口相鄰，這種安排是為了借助油槍點(diǎn)燃一次風(fēng)煤粉。在不改變?cè)仩t設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的情況下，本發(fā)明裝置替代油槍，直接點(diǎn)燃一次風(fēng)煤粉。這種設(shè)計(jì)的目的是充分考慮了產(chǎn)品的市場(chǎng)要求，因?yàn)楸狙b置是針對(duì)原有鍋爐市場(chǎng)，對(duì)鍋爐進(jìn)行改進(jìn)。所以按市場(chǎng)要求不應(yīng)改動(dòng)鍋爐的原有結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)突破。當(dāng)然本裝置也適用于新建的鍋爐。
下面以利用水的第四態(tài)特性實(shí)現(xiàn)的煤粉鍋爐的點(diǎn)火裝置為例，說(shuō)明如下由等離子發(fā)生裝置9產(chǎn)生等離子體電弧，在能量轉(zhuǎn)換室13內(nèi)由蒸汽管道2輸送進(jìn)來(lái)的水蒸氣被等離子電弧電離，生成氫氧等離子體。高能量的氫氧離子，高速?gòu)狞c(diǎn)火裝置的氫氧等離子噴射口15中噴出直到煤粉流7的內(nèi)部，在這過(guò)程中，氫氧離子復(fù)合，產(chǎn)生高溫火焰5和水，高溫火焰將煤粉點(diǎn)燃并形成穩(wěn)定的燃燒核進(jìn)而在燃燒核的周圍形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)。氫氧等離子火焰5比其它含氧氣體等離子火焰6長(zhǎng)數(shù)倍。冷卻水套16在裝置主體1的最外層，為整個(gè)裝置降溫。點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)主體1的最外層，為整個(gè)裝置降溫。點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)主體1的高度小于鍋爐油槍管道4的高度，點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)主體1在鍋爐油槍管道4內(nèi)可以前后移動(dòng)。在點(diǎn)火裝置不用時(shí)，可以退入鍋爐油槍管道4內(nèi)收藏。圖1中8是一次風(fēng)煤粉的管道出口，3是等離子電弧電離電源線。
本實(shí)用新型是利用水實(shí)現(xiàn)能量的高效率存儲(chǔ)和釋放的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐點(diǎn)火。水作為能量的載體在很多方面得到應(yīng)用，比如利用水的勢(shì)能落差實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電。水的分子間存在鍵能，水從液態(tài)到氣態(tài)的相變過(guò)程中吸收大量的潛熱，這種潛熱又可以被轉(zhuǎn)換成其它能量形式，如蒸汽機(jī)、火力發(fā)電等。水作為能量的載體具有能量的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、釋放的作用早已被人們認(rèn)識(shí)。本實(shí)用新型涉及一種裝置，利用水的第四態(tài)即等離子態(tài)，從原子鍵能的級(jí)別上實(shí)現(xiàn)水的能量轉(zhuǎn)換的進(jìn)一步應(yīng)用。
水的成份是由氫H和氧O兩種元素組成，氫氧之間是由原子鍵相連。水的原子鍵比分子鍵具有更高的鍵能。氫氣和氧氣在燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的熱能，這種能量足以使火箭推動(dòng)承衛(wèi)星上天。同樣的道理利用電解水產(chǎn)生氧氣和氧氣時(shí)，需要同樣大的電能有打開(kāi)原子鍵。這就是說(shuō)水在分解時(shí)，巨大的能量用氫和氧的電離方式得到了儲(chǔ)存。氫氧在燃燒時(shí)通過(guò)程一成水，又會(huì)將這部分能量釋放出來(lái)。水的這一性質(zhì)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)煤粉的點(diǎn)火是非常適宜的。本實(shí)用新型的特征是采用熱等離子體將水的蒸汽電離。水在電離過(guò)程中使用大量的電能發(fā)生了的轉(zhuǎn)換。能量被存儲(chǔ)在離子態(tài)的氫離子中，與氣體等離子體相比點(diǎn)火裝置的能量密度提高了數(shù)十倍。另一方面，由于存在著氫氧離子的復(fù)合燃燒，使等離子體火焰的長(zhǎng)度比氣體等離子體延長(zhǎng)了數(shù)倍?；鹧婺軌蜓由斓揭淮物L(fēng)口煤粉流的深處，在煤粉流的內(nèi)部形成了一個(gè)以氫氧火焰為燃燒核的中內(nèi)燃燒區(qū)。氫氧燃燒產(chǎn)生的高能量火焰將煤粉點(diǎn)燃。
本實(shí)用新型用于煤粉點(diǎn)火具有獨(dú)到的安全性。氫和氧的離子以等量的摩爾數(shù)參與燃燒，不會(huì)有過(guò)多的氧或者氫存在。氫氧離子復(fù)合的特征是產(chǎn)生火焰，火焰與煤粉燃燒的頻率。由于沒(méi)有助燃?xì)怏w，不會(huì)增加煤粉燃燒的猛烈度。減少了煤粉的爆炸機(jī)會(huì)。增加了鍋爐的安全性。
本實(shí)用新型所述等離子體發(fā)生裝置采用工業(yè)等離子焊接、等離子切割以及等離子體噴涂設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)等離子體發(fā)生裝置。等離子體發(fā)生裝置中采用的惰性保護(hù)氣體為單原子分子結(jié)構(gòu)的保護(hù)氣體，如氬Ar。等離子體的電弧功率為90kw。
本裝置使用的水蒸氣由工業(yè)純水制成，水蒸氣的預(yù)熱溫度為500。
本裝置中的等離子發(fā)生裝置為轉(zhuǎn)移弧類型，能量轉(zhuǎn)換室與等離子體發(fā)生裝置的陰極之間加有100V以上的正電壓。能量轉(zhuǎn)換室內(nèi)的等離子電弧的一個(gè)端點(diǎn)在噴射口的內(nèi)壁上。
本裝置中氫氧離子的噴射流產(chǎn)生于水蒸氣的壓力，并通過(guò)對(duì)水蒸氣的壓力調(diào)節(jié)、控制噴射流的速度。
本裝置可以根據(jù)不同點(diǎn)火功率要求的鍋爐，選擇相應(yīng)的等離子體發(fā)生裝置的功率、能量轉(zhuǎn)換室內(nèi)腔及噴射口的尺寸大小、以及水蒸氣壓力。
本裝置的氫氧等離子噴射口與一次風(fēng)煤粉通道口平面成小于90°的夾角，其作用是使煤粉的燃燒區(qū)遠(yuǎn)離一次風(fēng)煤粉通道口，保護(hù)鍋爐燃燒器。
本裝置還可以用純氧或富氧作為等離子體的點(diǎn)燃?xì)怏w，其原理就不在敘述。
圖3、圖4中，外套27為圓筒形，端部是向上傾斜的彎頭結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火裝置置于其中，外套27的直筒部分內(nèi)設(shè)有上通管19和下通管20，其中上通管19為氣體或蒸汽通道，下通管20為電纜通道，它們均與水壁隔離。在外套27后端，為點(diǎn)火裝置支撐架21，上、下通管引出管23、26延伸出點(diǎn)火裝置支撐架21。外套27的內(nèi)腔為水套結(jié)構(gòu)，冷卻水上下水管24、25位于外套27的后端。在點(diǎn)火裝置支撐架21的下端為油槍連接座22，通過(guò)油槍連接座22將外套27固定在鍋爐油道中的移動(dòng)裝置上。在外套27中，社有管支撐17，在外套27的直筒部分前端下方，設(shè)有支腿18。
權(quán)利要求1.一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，包括等離子發(fā)生裝置和載流噴頭；其特征在于所述載流噴頭包括能量轉(zhuǎn)換室和等離子噴射口；所述能量轉(zhuǎn)換室的側(cè)壁為與水蒸汽或氧氣輸送管道連通的縫隙或孔道，所述能量轉(zhuǎn)換室的內(nèi)端為等離子發(fā)生裝置的等離子體輸出端、其外端為等離子噴射口；上述點(diǎn)火裝置被固定在一個(gè)外套筒的端部，該外套筒的端部呈向上傾斜彎頭結(jié)構(gòu)，其傾斜角度應(yīng)滿足等離子噴射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°-90°的夾角，所述外套筒除端部彎頭結(jié)構(gòu)外，其它部分被置于鍋爐的一次風(fēng)煤粉口下方的油槍管道內(nèi)，使等離子體置于煤粉流之外，從煤粉流的下方點(diǎn)燃煤粉。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述外套呈圓筒形，在筒體前部底端設(shè)有一個(gè)支腿，有一點(diǎn)火裝置支撐架固定在筒體后端，該點(diǎn)火裝置支撐架下部連接有一個(gè)油槍連接座，該油槍連接座與原鍋爐的油槍座相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述在外套內(nèi)，設(shè)置有用于氣管通道的上通管和用于電纜通道的下通管，上、下通管的外側(cè)為冷確水腔體。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述等離子體噴射口的火焰方向和煤粉流方向呈60°夾角。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換室的側(cè)壁與水蒸汽輸送管道連通的縫隙切口或孔道呈環(huán)形分布，并且與能量轉(zhuǎn)換室側(cè)壁成一個(gè)傾斜角度。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述等離子體發(fā)生裝置是采用具有惰性氣體保護(hù)陰極結(jié)構(gòu)的等離子設(shè)備。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述等離子體發(fā)生裝置為轉(zhuǎn)移弧類型，在能量轉(zhuǎn)換室與等離子體發(fā)生裝置的陰極之間加100V以上的正電壓，轉(zhuǎn)移電弧的末端落在等離子噴射口的內(nèi)壁上。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述油槍底座為移動(dòng)式時(shí)，外套長(zhǎng)度應(yīng)滿足，在煤粉被點(diǎn)燃之后，通過(guò)移動(dòng)點(diǎn)火裝置，使一次風(fēng)的火焰中心由風(fēng)口前端移到遠(yuǎn)離風(fēng)口前端，所述遠(yuǎn)近變化，應(yīng)保證等離子明焰與煤粉接觸。
9.如權(quán)利要求1所述的一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，其特征在于所述等離子發(fā)生裝置的功率大于60千瓦。
專利摘要一種用等離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉的無(wú)油點(diǎn)火裝置，包括等離子發(fā)生裝置、水蒸汽或氧氣輸送管道、能量轉(zhuǎn)換室和等離子噴射口；所述能量轉(zhuǎn)換室的側(cè)壁為與水蒸汽或氧氣輸送管道連通的縫隙或孔道，所述縫隙切口或孔道為一組或多組；所述能量轉(zhuǎn)換室的內(nèi)端為等離子發(fā)生裝置的等離子體輸出端、其外端為等離子噴射口；上述點(diǎn)火裝置被固定在一個(gè)外套筒的端部，該外套筒的端部呈向上傾斜彎頭結(jié)構(gòu)，其傾斜角度應(yīng)滿足等離子噴射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°－90°的夾角，所述外套筒除端部彎頭結(jié)構(gòu)外，其它部分被置于鍋爐的一次風(fēng)煤粉口下方的油槍管道內(nèi)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)小功率離子體點(diǎn)燃鍋爐煤粉，避免頻繁更換電極和提高點(diǎn)火系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠性的鍋爐煤粉點(diǎn)火裝置。
文檔編號(hào)F23Q7/00GK2665548SQ200320101460
公開(kāi)日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者黃繼祥, 王屹東, 王滿家 申請(qǐng)人:黃繼祥, 王屹東, 王滿家