煤粉炉点火系统

第六章燃烧原理和燃烧设备§1燃料燃烧的基本原理§2

直流煤粉燃烧器§3

旋流煤粉燃烧器§4

煤粉炉炉膛§5

煤粉炉点火系统§6

煤粉燃烧新技术§5

煤粉炉点火系统一、采用过渡燃料的点火系统二、等离子点火系统12/17/2022Page2PrinciplesofBoiler一般点火装置的容量应能满足锅炉20%负荷时对燃料量的要求。§5

煤粉炉点火系统煤粉炉点火系统的主要作用：①锅炉启动时利用它点燃主燃烧器的煤粉气流——点火暖炉；

②锅炉在低负荷运行时，或燃煤质量变差时，由于炉膛温度下降，使煤粉气流着火及燃烧稳定性变差，或炉内火焰脉动以至有熄火危险时，可投入点火装置来稳定燃烧和助燃。目前常用的点火技术有：①过渡燃料的点火技术；②等离子点火技术；③微油点火技术；④高温空气无油点火技术。一、采用过渡燃料的点火系统采用过渡燃料的点火系统有：

气—油—煤三级系统

油—煤二级系统（电厂燃煤锅炉常用）二级点火系统的组成：

点火器、油燃烧器、炉前油系统以及控制系统和火焰检测设备。

二级点火系统的工作过程：

先用点火器点燃油燃烧器喷出的雾化油，通过油的燃烧放出热量来加热炉膛，等到炉膛温度水平达到煤粉气流的着火温度后，投入煤粉，将煤粉点燃，最后在煤粉气流的燃烧稳定后，油燃烧器和点火器自动退出。㈠点火器

点火器的任务是：产生一定功率的点火能量，将过渡燃料（燃油）引燃。

点火器分类：

电火花点火器、电弧点火器和高能点火器。

高能点火器的组成：

点火激励器、点火枪、点火电缆和伸缩装置,如图6-18。图6-18高能点火器的组成图6-19点火枪的结构

图6-20半导体电嘴㈠点火器

高能点火器的结构，如图6-21所示，其组装图，如图6-22所示。图6-21高能点火器的结构图6-22高能点火器的组装图XDH型高能点火器属于低压电容放电装置。

工作原理：将220V交流电通过升压整流变换成直流脉动电流，对储能电容充电。当电容器充满时，放电电流经放电管、扼流圈、屏蔽电缆等传输至点火枪半导体电嘴，形成高能电弧火花，进而点燃油雾。当高能点火器停止工作时，电容器上的剩余电荷通过泄放电阻泄放。

组成：壳体、电路板、储能电容、变压器、高压硅堆。㈡油燃烧器

油燃烧器的组成：由油喷嘴和调风器组成。油喷嘴的作用：是将油雾化成细小的油滴以增加与空气的接触面积，强化燃烧，提高燃烧效率。调风器的作用：是及时给油雾火炬根部送风，并使油与空气能充分混合，造成良好的着火条件，保证燃烧迅速完全地进行。㈡油燃烧器

⒈油喷嘴（也称为油枪或油雾化器）：

按油的雾化方式不同可分为：

⑴蒸汽雾化式油喷嘴，如图6-23（a）所示。

⑵压力雾化式油喷嘴，如图6-23（b）所示。

⑶空气雾化式油喷嘴⒉调风器：一般分为：

⑴旋流式调风器，如图6-24所示。

⑵平流式调风器，结构如图6-25（a）所示，

其燃烧过程如图6-25（b）所示。

⑶文丘里式调风器，如图6-26所示。图6-23（a）蒸汽雾化式油喷嘴图6-23（b）简单机械（压力）雾化式油喷嘴1-喷嘴头；2、3-垫片；

4-压紧螺母；5-外管；

6-内管；7-油孔；

8-蒸汽孔；9-混合孔；

10-雾化片；11-旋流片；

12-分流片（分流嘴）；

13-旋流室；14-切向槽图6-24切向可动叶片旋流式调风器1-大风箱；2-点火嘴；3-主油嘴；4-筒形风门；5-套筒；6-叶片调节杆；7-切向可动叶片；8-一次风管；9-稳焰器；10-支架图6-25（a）平流式调风器图6-25（b）油火焰结构图6-26文丘里平流式调风器1-雾化器；2-稳焰器；3-大风箱；4-筒形风门㈢炉前油系统

炉前油系统的作用：是为点火设备输送合格的点火用燃油，并维持燃油压力的稳定。

炉前油系统的组成：

如图6-27所示，主要由燃油进油和回油管道、蒸汽管道、仪表空气管道、一次仪表、阀门和测温元件等组成。炉前油系统的工作过程：

锅炉燃油经进油母管送到炉前，接入锅炉前的环形管道，再用分管道送到锅炉四角，每角有多个分支，分别进入该角的每支油枪。回油接入锅炉前的回油环形管道，再用回油母管送回。吹扫蒸汽来自锅炉的辅助蒸汽，用管道送到炉前，再分别送入各个油枪。图6-27炉前油系统

㈣火焰检测设备

火焰检测设备的作用：

由利用光电原理检测和监视点火器、主燃烧器着火情况及炉内燃烧火焰是否正常。当点火或燃烧异常时，检测信号反馈到锅炉安全监视保护系统，报警或发出相应指令，防止锅炉灭火和炉内爆炸事故的发生，以确保锅炉的安全运行。什么是等离子点火系统呢？§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统

大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，近年来，采用等离子煤粉点火燃烧器——等离子点火系统。等离子煤粉点火燃烧器的优点等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点燃挥发份较低的（Vdaf=10%～20%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备，采用等离子点火燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下五大优点：①经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；②环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；③高效：等离子体内含有大量化学活性的粒子，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧；④简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；⑤安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。等离子体内含有大量的化学活性粒子，如（C、H、O）原子，（OH、H2、O2）原子团、（OH—、O2—、H+

）离子和电子等，这些化学活性粒子可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。等离子体可将煤粉的挥发分比通常情况下提高20%～80%，使得等离子体具有再造挥发分的效应，这对低挥发分煤的点燃和强化燃烧有特别意义。§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统利用直流电流（280～350A）在介质气压为0.01～0.03MPa的条件下，通过阴极和阳极接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体射流，该等离子体射流在专门设计的燃烧器的中心筒子一级燃烧室中形成温度t＞6000℃的梯度极大的局部高温区（即等离子“火核”）。煤粉颗粒通过该等离子“火核”时受到高温作用，在0.001s内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。㈠等离子点火技术的机理§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统等离子点火系统的作用：

实现煤粉锅炉无油（或少油）点火和低负荷无油稳燃。㈡等离子点火系统的组成：等离子点火设备及其辅助系统组成等离子点火设备（等离子发生器、等离子燃烧器、等离子电源系统及控制系统等）

辅助系统（冷风蒸汽加热系统、等离子载体风系统、等离子冷却水系统、图像火检系统、一次风在线监测系统及等离子燃烧器壁温度监测系统等）§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒈等离子发生器——强磁场控制下的空气载体等离子发生器

阴极和阳极材料都采用具有高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，且均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。电源采用全波整流并具有恒流性能。绕组的作用是产生一个磁场压缩等离子体，并且能在250℃高温情况下具有抗2000V的直流电压击穿能力。直流电动机的作用是在投运等离子点火器时，驱动阴极进、退。拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极前进同阳极接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105～106W/cm2,为点燃不同煤种创造了良好的条件。组成：绕组、阳极组件、阴极组件等。如图6-28所示。图6-28等离子发生器结构示意图§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒉等离子燃烧器——与等离子发生器配套使用来点燃煤粉的设备。目前有两种形式：一种是兼有主燃烧器功能的等离子燃烧器——在锅炉启动时能采用等离子点火，正常运行时能喷射煤粉作为主燃烧器；另一种是专门用于点火及稳燃的等离子燃烧器——单独布置在主燃烧器旁边组成：主要由中心筒一级燃烧室、内套筒二级燃烧室、圆形外套筒和煤粉浓缩结构等组成。等离子燃烧器结构，如图6-29所示。⑴等离子燃烧器工作原理：等离子燃烧器的点火示意图，如图6-30所示。

首先，等离子发生器的引弧管先将等离子体射流引至中心筒一级燃烧室，在这里，等离子体射流与经过浓缩的煤粉发生强烈的电化学反应，煤粉裂解产生大量挥发分并被点燃。接着，中心筒中燃烧着的煤粉火炬进入内套筒二级燃烧室继续燃烧，并成为引入二级燃烧室的煤粉的稳定点火源，从而实现分级燃烧。图6-29等离子燃烧器结构示意图

Ⅰ-中心筒一级燃烧室；Ⅱ-内套筒二级燃烧室；Ⅲ-圆形外套筒三级燃烧室图6-30等离子燃烧器点火示意图

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煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒉等离子燃烧器等离子燃烧器——煤粉浓缩：采用等离子点火技术，通常必须对进入等离子燃烧器中的点火煤粉进行浓缩。因为煤粉浓度会影响点火温度，适当提高煤粉浓度有利于点火。常见的煤粉浓缩结构有弧形导板式、百叶窗叶栅式和撞击分离式。工作原理：等离子燃烧器的点火示意图，如图6-30所示。

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煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒊冷风蒸汽加热系统冷风蒸汽加热系统使得锅炉冷态条件下直接启动制粉的能力。即在磨煤机入口的与等离子燃烧器相连接的一次风道中加装了一套蒸汽暖风器，采用辅助蒸汽加热一次风，如图6-31所示。暖风器仅用于锅炉启动点火和低负荷稳燃用。故而在磨煤机的入口风道上设置旁路风道来安装暖风器（可将冷态时的磨入口风温加热至满足制粉要求）。暖风器蒸汽汽源取自厂用辅汽联箱，疏水排至地沟。图6-31暖风器布置图§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒋等离子载体风系统等离子发生器的载体为稳压、洁净、干燥的压缩空气，因此等离子点火系统要消耗一定量的压缩空气。这些压缩空气来自高压离心风机或仪用压缩空气系统。前者风压比较稳定，有利于稳定等离子发生器产生的电弧，使等离子点火系统投入更快。另外，该风机出口风还可以作为等离子点火燃烧器的图像火检探头的冷却风。§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒌等离子冷却水系统冷却水系统采用闭式循环系统，由冷却水箱、冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵两台互为备用。主要是通过水冷的方式对形成电弧的等离子发生器的阴极、阳极和绕组进行冷却，否则会被弧柱温度高达5000～10000K的等离子电弧而烧毁。冷却水采用化学除盐水。§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒍电气系统等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。其基本原理是通过三相全控桥式晶闸管整流电路将三相交流电源变为稳定的直流电源。其由隔离变压器和电源柜两大部分组成。电源柜内主要有由六组大功率晶闸管组成的三相全控整流桥、大功率直流调速器6RA70、直流电抗器、交流接触器、控制PLC等。§5

煤粉炉点火系统二、等离子点火系统——㈡等离子点火系统的组成⒎控制系统等离子控制系统由等离子控制柜和触摸屏组成，柜内