等离子体点火煤粉燃烧器工作原理

等离子体点火煤粉燃烧器工作原理一、点火机理本装置利用直流电流（280―-350A）在介质气压0.01-0.03Mpa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒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。由于反应是在气相中进行，使混合物组成的粒级发生了变化，因而使煤粉的燃烧速度加快，有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量 E（E等=1/6E油）。等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（ C、HO）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－O―、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，除此之外，等离子体对于煤粉的作用，可比通常情况下提高20%〜80%的挥发份，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。二、等离子发生器工作原理本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250C情况下具有抗2000V的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2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，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。三、燃烧机理根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。在建立一级点火燃烧过程中我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，10000°C的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500〜800kg/h,其喷口温度不低于1200C。另外加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题，该区称为第一区。第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃烬，为提高疏松炭的燃烬率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦的目的。第四区为燃烬区，疏松碳的燃烬率，决定于火焰的长度，随烟气的温升燃烬率逐渐加大。图5-2-2燃烧机理图四、等离子点火燃烧系统组成等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将周界风火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。

图5-2-3 等离子燃烧器示意图如图5-2-3所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成 T>5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火

核”受到高温作用，并在3-10秒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。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化，因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）。煤粉首先在中心筒中点燃，进入中心筒的粉量根据燃烧器的不同在500〜800kg/h之间，这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧，并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源，并以次逐级放大，最大可点燃 12t/h的粉量。为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围，等离子燃烧器的最后一级煤粉可不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛，因为煤粉燃烧后的热量使得空气体积迅速膨胀，受燃烧器内空间的限制，燃烧室内的风速会成倍提高，造成火焰扩散的速度小于煤粉的传播速度而使燃烧不稳，当采取前面所述措施后，有利于减小燃烧室内的风速，使燃烧稳定。实际的运行实践证明：采用最后一级煤粉进入炉膛内燃烧的结构，燃烧的稳定度大大提高，对风速的要求降低了30%，煤粉的燃烬度也大大提高。煤粉的浓度影响煤粉的着火温度，在点火区适当提高煤粉浓度有利于点火。等离子燃烧器内通过采用撞击式浓缩块获得点火区的相对较高浓度。对于现场燃烧器前有弯头的锅小改造工作量，可在弯头内加入弯板或扭转板，改变进入点火区的浓度分布（如图5-2-4所示）。图5-2-4扭转板示意图由于等离子燃烧器采用内燃方式，燃烧器的壁面要承受高温，因此加入了气膜冷却风，避免了火焰和壁面的直接接触，同时也避免了煤粉的贴壁流动及挂焦。为了减小燃烧器的尺寸，也可采取用一次风直接冷却的办法但须在燃烧器壁面上增加壁温测点，以防止燃烧器因超温而被烧蚀。对温度的测量采用K分度凯装热电偶，热电偶的外径3mm，具有很好的挠性，可直接伸到炉外热电偶导管插入到测点，再用螺母固定到导管上，具有良好的可更换性。热电偶的测温范围为0-800°C,燃烧器的长期壁温应控制在600°C以内，如果超温，可采取提高一次风速和降低一次风浓度的手段进行降温。等离子燃烧器的高温部分采用高温耐热铸钢，其余和煤粉接触部位采用高耐磨铸钢。和现场管路连接时须正确选用焊条型号。等离子燃烧器按功能可分为两类： 1、仅作为点火燃烧器使用，这种等离子燃烧器用于代替原油燃烧器，起到启动锅炉和在低负荷助燃的作用。采用该种燃烧器需为其附加给粉系统，包括一次风管路及给粉机；2、既作为点火燃烧器又作为主燃烧器使用，这种等离子燃烧器具有和1所述同样的功能，在锅炉正常运行时又可作为主燃烧器投入。五、磨煤机二期工程锅炉安装的是烟台龙源公司研制生产的等离子煤粉点火燃烧器，选定A、B磨煤机作为点火用磨煤机。点火前，应调整其出力和细度至最佳状态，适当调整回粉门的开度、调整分离器开度，适当减小一次风量。风量的调整应满足一次风管的最低流速和允许的风环风速，还应适当调整碾磨压力。等离子燃烧器在锅炉点火启动初期，燃烧的煤粉浓度较好的适用范围在 0.36〜0.52kg/kg,最低不得低于0.3kg/kg。锅炉冷态启