CN101886816A - 一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴及方式 - Google Patents

Abstract

本发明一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴，与等离子发生器连接，包含外套筒，自外套筒中心向外依次设置有中心筒一级燃烧室和内套筒二级燃烧室，于中心筒一级燃烧室中引入浓缩后的煤粉与空气，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃，产生一级火焰；于内套筒二级燃烧室内挥发份及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧，产生二级火焰；于外套筒内利用高速氧气冷却二级燃烧室，同时进行助燃，补充二级燃烧室喷出的未燃尽固定碳在炉膛内燃烧需要的氧气，产生三级火焰。此点火方式，便于安装，效果稳定可靠，可广泛在各种粉煤进料的气化炉中应用，结构简单，造价低，操作安全。

Description

一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴及方式

技术领域

本发明属于煤气化设备点火领域，尤其是指粉煤进料的气化炉的等离子点火方式，是对现有粉煤气化炉点火方式的改进。

背景技术

目前，粉煤气化炉主要有Shell气化炉、Prenflo气化炉、西安热工院的两段气化炉等，其开车点火过程的共同特点是点火方式过于繁琐，喷嘴结构和逻辑控制非常复杂。该类气化炉根据不同的用途配置了三类喷嘴：点火喷嘴(1个)、开工喷嘴(1个)和煤喷嘴(4-8个)。其在气化炉投料开车中使用的先后顺序为：点火喷嘴→开工喷嘴→煤喷嘴。即通过点火喷嘴点火器电打火将合适配比的仪表空气与液化石油气点燃，接着依托点火喷嘴稳定的火源加上开工喷嘴恰当的氧油比将开工喷嘴点燃。开工喷嘴点燃后，气化炉逐渐升压，压力接近1.0MPa时投入第1个煤喷嘴(在压力接近0.65MPa时，启动激冷气压缩机并调整稳定)，在第1个煤喷嘴成功点燃后，稳定几分钟，再投入第2个煤喷嘴，最终将4个煤喷嘴投入，气化炉投料初步成功。此点火过程的缺点是：

1、在整个气化炉投料开车中，点火喷嘴很容易点着，开工喷嘴点火成功却存在一定难度，并且在开工喷嘴的点火过程中很容易出现问题：点火热量不足，尤其对挥发份值低的燃煤不易点燃；开工喷嘴头部经常烧坏，生产使用及维修成本高；设备使用寿命短，且燃料燃烧不充分，燃料热利用率低；启动过程复杂，启动和停炉不方便。

2、要装设独立的燃料供应和贮存系统。通常燃油和燃气的价格比所用固体燃料高，并且点火需要大量的燃油、燃气，随着油品和燃气价格的持续上涨，增加了工厂运行费用。

3、由于点火不利，从而造成后续燃烧不完全，产生对能源的浪费和对环境的污染。未燃尽的粉煤粒子对燃烧口以及燃烧口附近的内壁面产生贴壁结渣现象，从而导致高温腐蚀的发生，极大地影响了喷嘴的使用寿命。

已有技术中，已有相关专利对点火喷嘴进行了改造，比如，专利号为200820152717.8，名称为“一种粉煤气化炉用复合式开工喷嘴”的专利；专利号为200820020573.0，名称为“组合式粉煤气化燃烧装置”的专利。这些专利虽然对喷嘴进行了改造，但仍然采用天然气和燃油进行点火，没有从根本上消除传统点火存在的弊端。

等离子点火及稳燃技术是一项粉煤锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的新技术，在燃煤电厂中，成功实现了冷炉启动前不需要投入油枪，即可实现等离子直接点火的功能。在等离子点火启动过程中，等离子点火喷嘴不超温，锅炉升温曲线完全满足启动要求，已成功的应用于多台电站锅炉。等离子火焰易控制并能稳定燃烧，根据它稳定燃烧的特性，通过调节供应燃料的速率可灵活控制，因此，等离子装置适于作为所有固体燃料气化炉的点火，不必附加使用燃油或燃气等燃料，灭火和产生爆炸的危险性极小。

在已有技术中等离子发生器装置的结构如图1所示，等离子发生器3包含阳极31、阴极32和线圈33。其中阴极32和阳极31由高导电率、高导热率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高温电弧冲击。线圈33在高温情况下具有抗直流高压击穿能力。其发火原理为：在一定输出电流条件下，当阴极前进同阳极接触后，系统处在短路状态，当阴极缓缓离开阳极时，放电腔34内产生电弧35，电弧35在线圈磁场的作用下被拉出喷管外部。于压缩空气入口36进入的压缩空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体37，等离子体内含有大量的化学活性粒子，如原子(C、H、O)、离子(O^2-、H⁺、OH^-)和电子等。该等离子体在点火喷嘴中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温火核，粉煤颗粒通过该等离子“火核”时，迅速释放出挥发物，并使粉煤颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，达到点火并加速粉煤燃烧的目的。为保护等离子发生器装置本身，需用水冷却阴、阳极和线圈，等离子发生器设置有冷却水进水口38和冷却水出口39。

如何采用等离子技术解决上述技术问题，则是发明的设计课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种粉煤气化炉点火方式，尤其是提供一种粉煤气化炉等离子点火方式，代替现存的点火喷嘴和开工喷嘴，不需要燃油和燃气，直接将煤喷嘴点燃，功能上实现“二合一”，从而达到点火热量充足、点火燃烧容易、燃料燃烧充分、节约能源、利于环保、适应燃煤能力强、延长设备使用寿命、降低使用成本的目的。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴，与等离子发生器连接，包含外套筒，自外套筒中心向外依次设置有中心筒一级燃烧室和内套筒二级燃烧室，内套筒二级燃烧室空间大于中心筒一级燃烧室，中心筒一级燃烧室连接粉煤及空气入口，内套筒二级燃烧室连接氧气入口。

一种改进的粉煤气化炉等离子点火方式，于中心筒一级燃烧室中引入浓缩后的煤粉与空气，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃，产生一级火焰；于内套筒二级燃烧室内挥发份及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧，产生二级火焰；于外套筒内利用高速氧气冷却二级燃烧室，同时进行助燃，补充二级燃烧室喷出的未燃尽固定碳在炉膛内燃烧需要的氧气，产生三级火焰。

发明的优点在于：

1、本发明应用等离子点火技术，对粉煤气化炉原有开工喷嘴进行改造，直接用粉煤点火。由于此点火方式，便于安装，效果稳定可靠，可广泛在各种粉煤进料的气化炉中应用，结构简单，造价低，操作安全。

2、由于本发明所述的等离子点火发生器为市场购置而通用的装置，从而获得了便于实施的有益效果。

3、等离子点火喷嘴既能安装在新气化炉上，也可以用于代替现有气化炉中点火和开工喷嘴，气化炉结构不必做较大改动。

4、采用等离子点火技术节约了燃油和燃气成本，具有良好的经济效益，同时克服了燃油点火时冒黑烟造成的环境污染，提高了环保效益。

5、由于等离子点火喷嘴使用固体燃料，避免使用燃油或燃气的贮存和供应设备，因而使燃料贮存管理更加方便。

6、当满足气化炉点火要求后，等离子点火喷嘴可以利用自动伸缩装置退出。

附图说明

图1为现有的等离子发生器装置结构示意图；

图2为本发明改造后的等离子点火喷嘴结构示意图；

图3为本发明改进的粉煤气化炉等离子点火方式的整体结构示意图。

具体实施方式

为能使贵审查员清楚本发明的组成，以及实施方式，兹配合图式说明如下：

在低炉膛温度下，因含粉射流无法靠卷吸炉内热烟气加热点燃，必须靠自身火焰传播作用，促使射流全部着火，因此为了利用等离子点火技术，需将气化炉原有开工喷嘴进行改造，改造后的等离子点火喷嘴结构如图2所示，特点为：与气化炉原有开工喷嘴的几何外型尺寸相同；与原有开工喷嘴出口气流的动量矩保持相近；且应用多级放大原理，等离子点火装置由等离子发生器3、等离子点火喷嘴2、外套筒5、内套筒二级燃烧室6、中心筒一级燃烧室7等部分组成。

中心筒一级燃烧室7：引入浓缩后的含粉气流(煤粉与空气1)，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃，产生一级火焰；

内套筒二级燃烧室6：挥发份及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧，产生二级火焰；

外套筒5：利用高速氧气4冷却二级燃烧室，同时进行助燃，补充二级燃烧室喷出的未燃尽的固定碳在炉膛内燃烧需要的氧气，产生三级火焰。之后气化炉逐渐升压，后续工作与气化炉点火程序相同。

将等离子点火喷嘴安装在粉煤气化炉上。等离子火炬可以由直流或交流电源供能，形成等离子的气体可以是任何适宜的气体如氮气、二氧化碳、压缩空气等。等离子发生器在两电极间产生电弧，等离子体在煤喷嘴出口处形成T＞5000K的梯度极大的局部高温火核，喷嘴连续不断地输送粉煤，粉煤颗粒通过该等离子“火核”时，立即释放出挥发物、使粉煤颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，使碳着火，达到点火、稳定的燃烧，然后进一步气化更多的煤粒，因此增加了等离子火焰的作用，并且加速了粉煤的燃烧。通过调节电流强度，来控制等离子火炬的能量，使之与喷嘴输出能力相匹配，实现可控地点火，完成气化炉的点火任务。点燃粉煤后，熄灭电弧利用自动伸缩装置，将等离子点火喷嘴从气化炉中退出。

如图3所示，等离子点火喷嘴2与气化炉8煤喷嘴平面成α°角。等离子发生器3设有一套本体控制系统，负责完成等离子发生器内部各被控设备的启动、停止、打开、关闭及联锁保护等控制。该本体控制系统包含控制系统9、电源柜10和隔离变压器11。点火时炉膛温度低，应有足够燃料量燃烧放热，以稳定燃烧。初投燃料量应适应气化炉升温、升压的要求。按照等离子点火喷嘴点火程序启动等离子发生器3及其辅助系统12。来自厂内空压机13的压缩空气，经调节阀14调节到设定值，与自粉煤给料罐15进入粉煤加料器16的粉煤在混合器17中混合后，进入等离子点火喷嘴2，在等离子发生器3的作用下，产生火焰，进行燃烧。为了保证火焰的稳定性，来自空分单元的氧气4经过调节阀，进入等离子点火喷嘴2，进行助燃，气化炉8逐渐升压。点火后要注意氧气量的调节和喷嘴的雾化情况。当炉内压力达到某一设定值时，按照合适配比的氧气与粉煤，投入第1个煤喷嘴，在第1个煤喷嘴成功点燃后，稳定几分钟，气化炉进行升温、升压。对于不同的气化炉，根据升温升压控制要求，待达到气化炉点火程序设定的炉内温度和压力要求时，再对角投入第2个煤喷嘴，这样不仅炉温均匀，且对角互相点燃、利于着火稳定。气化炉都有观火孔，配有火焰监测系统，当检测到有至少2个煤喷嘴被点燃后等离子点火喷嘴就会利用自动伸缩装置退出，其他喷嘴就由已经点燃的喷嘴进行点火。最终将4个煤喷嘴投入，气化炉投料初步成功。

以上所述，仅供说明本发明之用，而非对本发明作任何形式上的限制；有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实例，因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴，与等离子发生器连接，其特征在于：

包含外套筒，自外套筒中心向外依次设置有中心筒一级燃烧室和内套筒二级燃烧室，内套筒二级燃烧室空间大于中心筒一级燃烧室，中心筒一级燃烧室连接粉煤及空气入口，内套筒二级燃烧室连接氧气入口。

2.一种改进的粉煤气化炉等离子点火方式，其特征在于：

于中心筒一级燃烧室中引入浓缩后的煤粉与空气，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃，产生一级火焰；

于内套筒二级燃烧室内挥发份及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧，产生二级火焰；

于外套筒内利用高速氧气冷却二级燃烧室，同时进行助燃，补充二级燃烧室喷出的未燃尽固定碳在炉膛内燃烧需要的氧气，产生三级火焰。

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