微油纯氧强化等离子点火方法及点火器

摘要

本发明公开了一种微油纯氧强化等离子点火方法，该方法在对锅炉燃煤进行点燃时，首先利用等离子火焰发生器发出等离子火焰，围绕等离子火焰喷射燃油，燃油被等离子火焰热解形成气相混合物，氢气含量高达约90%，该气相混合物被等离子火焰点燃，同时配合纯氧气流助燃，形成的火焰炬较大，增强等离子火焰能量的同时，又节省了燃油。在锅炉点火过程中完全不需大油枪伴燃，有望将对无烟煤锅炉的点火节油率提高到85%-90%。同时也具备较强的低负荷稳燃能力，其低负荷稳燃时节油可达90%以上，甚至仅投运等离子和纯氧即可达到稳燃目的，完全不用投燃油。本发明同时还公开了应用于该方法中的点火器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于燃煤锅炉的微油纯氧强化等离子点火方法，同时还涉及该方法中使用的点火器。

 

背景技术

我国是能源消耗大国，目前我国的火力发电量约占全国总发电量的80%，大部分是燃煤发电机组，设置有燃煤锅炉，对燃煤锅炉采用传统的燃油点火方式和低负荷稳燃，每年点火及稳燃用油约达到1,000多万吨。到2020年，预计我国燃煤发电机组装机容量将达到6亿KW，燃油消耗还会激增。随着我国经济发展和国力的不断增强，已成为仅次于美国的全球第二大石油消费国。在这种背景下倡导能源节约，进行必要的节油工作就具有极为重要的特殊意义。

2000年以来我国倡导将电站锅炉的等离子点火技术和微油点火技术作为重点推广的节能项目，以节约大量的锅炉点火用油。等离子点火技术是不用油、仅利用等离子火焰直接点燃煤粉的技术；微油点火技术是用少量的燃油点燃小部分煤粉、再利用已经燃烧的煤粉点燃更多的煤粉、以粉代油的点火技术。

我国的煤粉锅炉等离子点火技术，是近10多年来经过技术引进、吸收、改进、提高而发展起来的，是具有自主知识产权和技术特色的技术。在技术推广和工业应用中，取得了许多可喜的节油效果，但同时也逐渐暴露了该技术的不足之处。大量的工业应用实践证明，现有的等离子技术可以顺利点燃挥发分大于25%的优质烟煤，和一些试验研究得出的“挥发分25%-40%的烟煤在等离子条件下热解、气化效果较好”的结论相一致。但现有的等离子技术，对于高水份褐煤、贫煤的点火效果尚不理想，还需大油枪伴燃，节油效果大受影响；对于无烟煤锅炉的等离子点火目前更没有成熟的工业应用案例。

微油点火技术是在我国成长起来的本土技术，微油点火技术是深入一次风管内部的点火技术，是我国20世纪90年代的一次风口中小油枪少油点火技术的进一步深入发展。运用微油点火技术进行烟煤锅炉的点火和低负荷稳燃，国内许多点火公司都已成熟掌握。但对于贫煤锅炉的点火技术尚不成熟，就全国范围讲，对于无烟煤锅炉的微油点火技术，目前尚处在初步探索阶段。

现有的等离子点火技术的缺点经工业应用实践表明，除了电极材料寿命不够长、成本较高、可靠性欠佳外，最主要的缺点是点火能量不足、煤种适应性差、需要大油枪伴燃等问题，不能点燃低挥发分煤种和无烟煤。

目前，国内的等离子点火器功率大多在150KW，少数为250KW，交流等离子点火器可达300KW但工业应用尚不成熟。由于功率小，不能满足点燃低挥发分煤种和无烟煤锅炉的要求。

对于现有的等离子点火技术，无论是直流等离子技术还是交流等离子技术，要增大点火能量和点火功率，需增加整流或变电的能力、输电能力、加大电极等，不仅成本进一步加大，安装空间也会加大，一些技术瓶颈短期内尚难突破。

 

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种微油纯氧强化等离子点火方法，该方法利用燃油火焰和等离子火焰共同对燃煤进行点燃，同时采用助燃气体辅助点火，既增强了等离子火焰的能量，又节省了燃油。本发明同时还提供了一种该方法中使用的微油纯氧强化等离子点火器。

为了达到上述目的，本发明一种微油纯氧强化等离子点火方法，在对锅炉燃煤进行点燃时，首先利用等离子火焰发生器发出等离子火焰，围绕等离子火焰喷射燃油，燃油喷射方向与等离子火焰喷射方向的夹角为锐角α，所喷射的燃油被等离子火焰热解呈气相混合物，进而被点燃发出燃气火焰，再利用等离子火焰和燃气火焰共同点燃锅炉燃煤。

进一步， 所述燃油为溶气燃油，热解后燃烧时配合纯氧气流助燃，纯氧气流围绕等离子火焰喷射，喷射区域位于燃油热解区域之后，喷射方向与等离子火焰喷射方向的夹角为锐角β。

进一步， 所述气相混合物的成分为（mol）:CH₄为1.65%、C₂H₄+C₂H₆为1.31%、C₂H₂为5.64%、C₃⁺为0.05%、H₂为89.80%、CO为0.41%、CO₂为1.32%。

进一步，所述α角度值的取值范围为35°-70°，所述β角度值的取值范围为20°-50°，α≥β。

本发明还可以采用单投等离子和纯氧进行点火或稳燃，不用投燃油，此时点火方法如下：

纯氧强化等离子点火方法，在对锅炉燃煤进行点燃时，首先利用等离子火焰发生器发出等离子火焰，围绕等离子火焰喷射助燃气体，助燃气体喷射方向与等离子火焰喷射方向的夹角为锐角β。

进一步， 所述助燃气体为纯氧，所述β角度值的取值范围为20°-50°。

在上述方法中使用的一种微油纯氧强化等离子点火器，设置有等离子火焰喷嘴，所述喷嘴设置有管状的阳极、阴极、介质气体流通室，所述流通室带有进气口和出气口，阳极设置在所述流通室的出气口端，阳极内部设置有异形的电弧腔与流通室相连通，所述电弧腔内壁呈凸凹状，阴极前端的一段管身穿套在流通室内，其前端延伸至所述电弧腔的进气口处，介质气体经流通室进入电弧腔时被电离然后喷出形成等离子火焰，在电弧腔的出气口处依次设置有环形的燃油喷嘴和助燃气体喷嘴，所述燃油喷嘴和助燃气体喷嘴的管壁上围绕电弧腔的轴线设置有若干个喷孔，喷孔朝向与该轴线的夹角呈锐角设置。

进一步， 所述燃油喷孔的朝向与等离子火焰喷嘴的轴线夹角为α，助燃气体喷孔的朝向与等离子火焰喷嘴的轴线夹角为β，α≥β。

进一步， 所述α角度值的取值范围为35°-70°，所述β角度值的取值范围为20°-50°。

进一步， 所述阳极的壳体上对称布置有沿阳极轴线方向延伸的凹槽，燃油喷嘴的输送管道和助燃气体喷嘴的输送管道的形状适配于所述凹槽，设置在所述凹槽内。

进一步， 所述阴极壳体内设置有冷却水流通管道，围绕阴极前端设置有约束等离子火焰的磁力线圈，该磁力线圈围绕在所述流通室外面的管壁上。

进一步， 所述阳极壳体内设置有冷却水流通管道，围绕阳极电弧腔设置有输送等离子火焰的磁力线圈。

 

本发明一种该微油纯氧强化等离子点火方法及点火器，具有以下优点：

①该方法利用等离子火焰和微油火焰共同点燃燃煤，需要的燃油量少，以微小燃油的能量来补充等离子点火器的能量不足，使等离子火炬得到放大；燃烧时辅助纯氧气流作为助燃气体，以氢气为主体的燃油气相产物和纯氧发生强烈的燃烧反应，形成的火焰炬较大，改变了等离子弧火焰区域较小的缺点。

②等离子喷嘴的电极设置有冷却水进行冷却，工作时保持较低的温度，使用寿命长。

③该点火器对火焰能量可以灵活调节，不仅微油量、纯氧量可以调节，也可以根据需要在等离子火炬稳定的情况下单投微油或者单投纯氧进行强化燃烧。还可以在微油、纯氧燃烧火焰稳定后，等离子火焰喷嘴以电极断电方式退出运行。此时，良好雾化的燃油在纯氧助燃的情况下火焰温度可达3000℃-3300℃，仍然对进入火焰区的煤粉有较强的热解作用。

④该点火器不仅能够适应低挥发分煤种及无烟煤的点火，适应锅炉运行工况的波动，在点火过程中完全不需大油枪伴燃，有望将对无烟煤锅炉的点火节油率提高到85%-90%。同时也具备较强的低负荷稳燃能力，其低负荷稳燃时节油可达90%以上，甚至仅投运等离子和纯氧即可达到稳燃目的，完全不投燃油。

 

附图说明

图1为本发明中点火器实施例1的结构剖视图；

图2为本发明中点火器实施例1的燃油喷嘴结构视图；

图3为本发明中点火器实施例1的右视图；

图4为本发明中点火器实施例1的左视图；

图5为本发明中点火器实施例2的结构剖视图；

图6为本发明中点火器实施例2的右视图；

图7为本发明中点火器实施例2的左视图；

图8为图5中沿Ｃ－Ｃ的剖视图；

图9为本发明中点火器实施例２的阳极左视图；

图10为图９中沿Ｅ－Ｅ的剖视图；

图11为图10中沿Ｆ－Ｆ的剖视图；

图中：1.绝缘密封块、2.压缩空气室、3.阳极冷却水出口接头、4.法兰、5.螺孔、6.阳极冷却水出水管、7.燃油输送管、8.壳体、9.磁力线圈、10.阳极、11.磁力线圈、12.定位环、13.燃油喷嘴、14.燃油喷孔、15.纯氧喷孔、16.纯氧喷嘴、17.阳极密封块、18.电弧腔、19.阳极冷却水室、20.阴极头、21.绝缘定位块、22.阴极冷却水中心进水管、23.阴极冷却水出水环形通道、24.阴极、25.纯氧输送管、26.阳极冷却水进水管、27.阳极冷却水进口接头、28.压缩空气进口接头、29.阴极冷却水进口接头、30.阴极冷却水出口接头。

 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。

 

实施例1

如图1、图3、图4所示，本发明所使用的微油纯氧强化等离子点火器的实施例之一，在该实施例中点火器设置有等离子火焰喷嘴，该喷嘴设置有管状的阳极10、阴极24和压缩空气室2，阴极24的一段管身嵌套在压缩空气室2的壳体内，阴极24和压缩空气室2之间设置有绝缘定位块21，压缩空气室2和阴极24管壁夹持的空间构成介质气体流通路径。

压缩空气室2的一端开口，另一端设置有绝缘密封块1进行密封，压缩空气室2在密封端附近设置有压缩空气进口接头28。

阳极10设置在压缩空气室2的开口端，其内部设置有异形的电弧腔18，电弧腔18内部管壁呈凸凹状，有利于对流经电弧腔18的介质气体进行电离，介质气体流经电弧腔18时被电离然后喷出形成等离子火焰。等离子火焰喷嘴包覆有壳体8，壳体8前端设置有开孔适配电弧腔18，电弧腔18的出口端与壳体8之间设置有阳极密封块17，防止等离子火焰喷入壳体8的缝隙内。

该点火器工作时需要配置整流电路，从整流电路出来的负极导线连接点火器的阴极24，正极导线连接点火器的阳极10。

如图1、图2所示，在电弧腔18的出口处依次设置有环形的燃油喷嘴13和纯氧喷嘴16，燃油喷嘴13和纯氧喷嘴16的管壁上围绕等离子火焰喷嘴的轴线设置有若干个喷孔，喷孔朝向与该轴线呈锐角设置。喷孔大小和数量可根据燃油及纯氧的需求量、出口速度确定。

溶气燃油从燃油喷孔14喷出后，首先被等离子火焰热解后呈气相混合物，成分为（mol）:CH₄为1.65%、C₂H₄+C₂H₆为1.31%、C₂H₂为5.64%、C₃⁺为0.05%、H₂为89.80%、CO为0.41%、CO₂为1.32%；其次被等离子火焰点燃。以氢气为主体的燃油气相产物和纯氧发生强烈的燃烧反应，形成的火焰炬较大，改变了等离子弧火焰区域较小的缺点，增强了等离子火焰的能量。

从燃油喷嘴13喷出的燃油量远小于大油枪的出油量，无论是进行初始点火还是低负荷稳燃，均能够大幅度节约燃油。

燃油喷嘴13配置有燃油输送管7，其环状管身与燃油输送管7一体制成；纯氧喷嘴16配置有纯氧输送管25，其环状管身与纯氧输送管25一体制成，均设置在壳体8的外部。

等离子火焰喷嘴、燃油喷嘴13、纯氧喷嘴16由法兰4固定连接在一起，法兰4上设置有螺孔5，方便点火器在工作现场的安装。

如图2所示，燃油喷孔14的朝向与等离子火焰喷嘴的轴线夹角为α，纯氧喷孔15的朝向与等离子火焰喷嘴的轴线夹角为β，α≥β，α角度值的取值范围为35°-70°，所述β角度值的取值范围为20°-50°。α和β的角度设置需要保证纯氧喷射区域位于燃油热解区域之后，燃油充分热解后再被点燃（热解前的液态燃油是不燃烧的），以此促使点火器火焰的形成和放大，以获得较好的火焰结构。

等离子火焰喷嘴工作时内部会产生高温，此时需要对阴极24和阳极10进行持续冷却。如图1所示，阴极24壳体内设置有冷却水流通管道，分别是阴极冷却水中心进水管22和阴极冷却水出水环形通道23，并且在后端设置有阴极冷却水进口接头29、阴极冷却水出口接头30。阴极24前端设置锥形的阴极头20，围绕阴极24前端设置有约束等离子火焰的磁力线圈9，该磁力线圈9与阴极24并不接触，围绕在压缩空气室2外面的管壁上。

如图1所示，阳极10的电弧腔18外围设置有阳极冷却水室19，阳极冷却水室19设置有冷却水流通管道，分别是阳极冷却水进水管26和阳极冷却水出水管6，并且在后端设置有阳极冷却水进口接头27、阳极冷却水出口接头3。

围绕电弧腔18设置有输送等离子火焰的磁力线圈11，磁力线圈11通过定位环12固定在电弧腔18的外管壁上。磁力线圈9和磁力线圈11所起的作用是利用磁场的力量，在等离子火焰形成后，将其推出电弧腔18，构成强劲的火焰。

 

实施例2

如图5、图6、图7所示，为本发明点火器的实施例之二，在该实施例中，阳极10的壳体上对称布置有沿阳极轴线方向延伸的凹槽，燃油输送管7和纯氧输送管25的形状适配于该凹槽，设置在凹槽内。

细节如图8、图9、图10、图11所示。此时壳体8同时包覆等离子火焰喷嘴、燃油喷嘴13、纯氧喷嘴16。

因为壳体8不再紧邻电弧腔18，与电弧腔18出口紧邻的是环形燃油喷嘴13，所以电弧腔18与燃油喷嘴13之间需要设置阳极密封块17。

采用该结构设置，点火器的内部结构更加紧凑，外形更加简洁。

 

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。