CN211290142U - 一种等离子耦合燃气燃烧点火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，包括阳极、阴极、第一线圈、引弧装置、助燃气体室，所述阳极与阴极邻接设置，所述阴极的外表面套设有所述助燃气体室，所述第一线圈部分的套设在所述助燃器气体室上，所述述助燃气体室上设有燃气进口以提供燃气，通过引弧装置产生的等离子体与燃气混合后喷出以点火。本实用新型所述的等离子耦合燃气燃烧点火装置通过引入燃气后使等离子体中富含燃气，从而使燃煤锅炉在低煤粉浓度和低送风温度下即可燃烧，提高了煤粉的燃尽率和火焰温度，具有高燃烧温度和高燃烧效率的优点。

Description

一种等离子耦合燃气燃烧点火装置

技术领域

本实用新型涉及点火设备，特别涉及一种等离子耦合燃气燃烧点火装置。

背景技术

等离子点火是一种新型的锅炉启停与稳燃技术，可实现煤粉锅炉无油点火和低负荷稳燃，节省燃油资源，并大大节省运行费用，具有巨大的经济效益和社会效益。对于配有电除尘器的机组，由于不用燃油点火，因此点火期间就可投运电除尘器，有良好的环保效益。

等离子点火装置的基本原理是以大功率电弧直接点燃煤粉。电弧的电源由200kW的直流电源柜供给，在阴极和阳极间产生电弧。其功率在50～150kW间连续可调，中心温度可达6000℃。一次风粉送入等离子点火装置经浓淡分离后，使浓煤粉进入电弧核心，在约1/10s内迅速着火，并稳定燃烧；经浓淡分离后的淡煤粉在补入足够二次风的氧量支持下，借助于已燃烧的煤粉火焰接力燃烧，燃烧器向炉内喷出煤粉炬。在合理的风粉配比情况下，能良好地控制锅炉升温升压速度，在达到一定的炉膛温度下，投入其它燃烧器，安全可靠地启动锅炉。同时在锅炉低负荷情况下，可随时投入运行，起到良好的稳燃作用。

但由于燃烧的需要，点火时需要具有一定温度的空气，因此需要配备暖风器等加热系统。而且，着火阶段的煤粉燃尽率较低，等离子发生器点火持续的时间相对较长。而且等离子点火依靠大功率电弧点燃煤粉，电弧的产生需要消耗大量电源，如果能够借助氧气及其他助燃气体的参与，相信可以大大降低煤粉锅炉等离子点火装置的耗电量和暖风器加热耗能。

实用新型内容

本实用新型创新性地提出利用富氧气体及燃气为介质，代替原先等离子点火装置中的空气，从而增加锅炉点火启动的灵活性。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，包括阳极、阴极、第一线圈、引弧装置、助燃气体室，所述阳极与阴极邻接设置，所述阴极的外表面套设有所述助燃气体室，所述第一线圈部分的套设在所述助燃气体室上，所述述助燃气体室的侧壁面上设有燃气进口以提供燃气，通过引弧装置产生的等离子体与燃气混合后喷出以点火。

进一步的，燃气进口内的燃气为天然气、沼气、生物质气、煤气、氢气、氨气中的任意一种。

再进一步的，所述阳极内设有异形的放电腔，所述放电腔的入口端与所述助燃气体室相连通。

进一步的，所述放电腔由第一收缩部、第一外扩部、第二收缩部、第二外扩部依次连接组成，所述第一收缩部的进口端与助燃气体室相连。

进一步的，所述装置还包括第二线圈，所述第二线圈套设在第二外扩部的外周。

更进一步的，所述阴极在靠近阳极的一端设有喷嘴，所述喷嘴与引弧装置相连以产生电弧。

进一步的，所述阳极或阴极通过通入循环的冷却介质以降温。

进一步的，所述冷却介质包括冷却水或冷却风中的任意一种。

更进一步的，所述阴极上设有冷却进气口、冷却排气口，分别位于阴极的侧面及下端部；所述阳极上设有冷却水进口、冷却水出口，所述冷却水进口、冷却水出口分别位于阳极的上下两侧。

进一步的，所述助燃气体室的侧壁面上还设有富氧气体进口，所述富氧气体的氧气含量为80-99.9％。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过富氧气体进口引入高浓度的氧气使等离子体中富含氧离子，从而使燃煤锅炉在低煤粉浓度和低送风温度下即可燃烧，提高了煤粉的燃尽率和火焰温度。

(2)本实用新型将等离子技术与富氧燃烧结合，可以在等离子点火节油优点基础上，达到富氧燃烧低氮排放、高燃烧温度和高燃烧效率的优点。

(3)本实用新型对二次风温度没有要求，可以降低暖风器加热耗能量，节省能耗。

(4)本实用新型通过添加其他可燃气体，例如天然气、沼气、生物质气、煤气、氢气、氨等其他燃料气体，增加了锅炉燃料灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中实施例1所述一种等离子耦合燃气燃烧点火装置的示意图；

图2为实施例2所述一种等离子耦合燃气燃烧点火装置的结构示意图；

图3为本实用新型中所述阳极的的结构示意图；

附图标记说明

阳极-1、阴极-2、第一线圈-3、引弧装置-4、富氧气体进口-5、燃气进口-6、放电腔-7、第一收缩部-71、第一外扩部-72、第二收缩部-73、第二外扩部-74、助燃气体室-8、等离子体-9、电弧-10、第二线圈-11、冷却进气口-12、冷却排气口-13、冷却水进口-14、冷却水出口-15、喷嘴-16。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1所示，一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，包括阳极1、阴极2、第一线圈3、引弧装置4及助燃气体室8，所述阳极1与阴极2均呈管状且邻接设置。作为优选，所述阳极1与阴极2为同轴设置，在工作中不作相对运动，直流电源的正负极分别与阳极1与阴极2相连。所述阴极2的外表面设有所述助燃气体室8，所述第一线圈3部分的套设在所述助燃气体室8上，利用磁场的力量将产生的电弧10推送入阳极内1，所述述助燃气体室8上设有富氧气体进口5以提供富氧气体，通过引弧装置4产生的等离子体9与富氧气体混合后喷出以点火。

所述富氧气体可采用采用外购氧气或自设制氧装置制备，所述制氧装置为小型变压吸附制氧装置或大型深冷空分制氧装置中的任意一种。作为本实用新型的一个示例，所述富氧气体的氧气含量为80％～99.9％。作为优选，所述富氧气体的氧气含量为94-99％。

所述阳极1是由金属材料制成的空心筒体。作为优选，所述阳极1的材质为铜合金。所述阳极1内设有异形的放电腔7，所述放电腔7的进口端与所述助燃气体室8相连通。所述放电腔7的形状为先收敛后扩散再收敛再扩散的类似于拉法尔喷管式的结构。如图3所示，所述放电腔7由第一收缩部71、第一外扩部72、第二收缩部73、第二外扩部74依次连接组成，所述第一收缩部71 的进口端与助燃气体室8的出口端相连。所述放电腔7的内部管壁呈凸凹不平状，有利于对流经放电腔7的介质气体进行电离，介质气体流经放电腔7时被电离然后喷出形成等离子火焰。作为本实用新型的一个示例，所述阳极1外还包覆有壳体，壳体的前端设置有开孔以适配放电腔7。作为优选，所述放电腔7 的出口端与壳体之间设置有阳极密封块，防止等离子火焰喷入壳体的缝隙内。

作为本实用新型的一个优选示例，所述装置还包括第二线圈11，所述第二线圈11套设在第二外扩部74的外周。与第一线圈3的原理相同，所述第二线圈11通过磁场的作用，将形成的等离子火焰从放电腔7内进一步推出以构成强劲的火焰。

所述阴极2上设有喷嘴16，所述喷嘴16与引弧装置4相连，当引弧装置4 发出高频、高压信号时，在两极之间产生电弧10，此电弧10使空气电离从而形成等离子体9。作为优选，所述引弧装置4位引弧电机。所述喷嘴16的轴向与助燃气体室8在喷嘴16一端的气体流向的夹角为α，所述α角度值的取值范围为20-50°，所述α的角度设置需要保证富氧与等离子体9喷射后可进行充分的混合，从而有利于点火器火焰的形成和放大并获得较好的火焰结构。所述喷嘴16 工作时，内部会产生高温，因此需要对阴极2和阳极1内通入循环的冷却介质进行持续冷却。所述冷却介质包括冷却水或冷却风中的任意一种。作为本实用新型的一个示例，所述阴极2上设有冷却进气口12、冷却排气口13，分别位于阴极2的侧面及下端部，通过向阴极2内通入冷却气体以降温；所述阳极1上设有冷却水进口14、冷却水出口15，所述冷却水出口15、冷却水进口14分别位于阳极1的上下两侧。作为本实用新型的又一个示例，所述阳极1、阴极2 可采用相同的冷却介质进行冷却。

当电站锅炉采用上述装置进行点火时，打开富氧气体进口5，同时通过喷嘴16释放电弧10，产生的电弧9将空气电离成等离子体9，等离子体9与富氧气体混合后，通过第二线圈11的作用以加速喷出并与煤粉接触引燃；由于富氧的作用，煤粉流的着火热大大降低，燃烧速度加快，燃烧温度提高，比普通等离子点火技术更能点燃煤粉流，从而大大减少点燃煤粉流所需的引燃能量，且在同样大小的等离子点火引燃能量情况下，可引燃劣质煤种，实现富氧等离子点火稳燃技术煤种适应性更广泛的目的。若在更难被引燃的煤质的情况下，其它点火过程不变，可考虑将富氧气体进行压缩。由于氧的离解热比空气更高，携热性更好，粒子复合时的放热量更大，且氧-碳反应时提供大量的反应热，从而进一步提高相同功率的等离子点火温度，更易点燃已呈富氧的一次风煤粉流。

实施例2

如图2所示，一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，包括阳极1、阴极2、第一线圈3、引弧装置4及助燃气体室8，所述阳极1与阴极2均呈管状且邻接设置。作为优选，所述阳极1与阴极2为同轴设置，在工作中不作相对运动，直流电源的正负极分别与阳极1与阴极2相连。所述阴极2的外表面设有所述助燃气体室8，所述第一线圈3部分的套设在所述助燃气体室8上，利用磁场的力量将产生的电弧10推送入阳极内1，所述助燃气体室8的上下两侧设有富氧气体进口5及燃气进口6以分别提供富氧气体及燃气，通过引弧装置4产生的等离子体9与富氧气体、燃气混合后喷出以点火。作为本实用新型的一个示例，所述富氧气体进口5位于助燃气体室8的上壁面上，所述燃气进口6位于助燃气体室8的下壁面上；也可以将富氧气体进口5设在下壁面上；燃气进口6设在助燃气体室8的上壁面上。

所述富氧气体可采用采用外购氧气或自设制氧装置制备，所述制氧装置为小型变压吸附制氧装置或大型深冷空分制氧装置中的任意一种。作为本实用新型的一个示例，所述富氧气体的氧气含量为80％～99.9％。作为优选，所述富氧气体的氧气含量为90-99.9％。

所述燃气进口6的燃气包括天然气、沼气、生物质气、煤气、氢气、氨等燃料气体中的任意一种。具体的，所述燃气可以来自天然气管道或火电厂内设置的煤、生物质或垃圾热解制取的煤气、生物质气或垃圾可燃气，也可以是火电厂内电解制氢或与空分氮气合成的氨气，通过设置燃气进口6，可有效降低煤粉浓度或煤粉的使用量，比纯煤粉等离子点火更容易，锅炉稳燃助燃效果更好。

所述阳极1是由金属材料制成的空心筒体。作为优选，所述阳极1的材质为铜合金。所述阳极1内设有异形的放电腔7，所述放电腔7的进口端与所述助燃气体室8相连通。所述放电腔7的形状为先收敛后扩散再收敛再扩散的类似于拉法尔喷管式的结构。如图3所示，所述放电腔7由第一收缩部71、第一外扩部72、第二收缩部73、第二外扩部74依次连接组成，所述第一收缩部71 的进口端与助燃气体室8的出口端相连。所述放电腔7的内部管壁呈凸凹不平状，有利于对流经放电腔7的介质气体进行电离，介质气体流经放电腔7时被电离然后喷出形成等离子火焰。作为本实用新型的一个示例，所述阳极1外还包覆有壳体，壳体的前端设置有开孔以适配放电腔7。作为优选，所述放电腔7 的出口端与壳体之间设置有阳极密封块，防止等离子火焰喷入壳体的缝隙内。

作为本实用新型的一个优选示例，所述装置还包括第二线圈11，所述第二线圈11套设在第二外扩部74的外周。与第一线圈3的原理相，所述第二线圈 11通过磁场的作用，将形成的等离子火焰从放电腔7内进一步推出以构成强劲的火焰。

所述阴极2上设有喷嘴16，所述喷嘴16与引弧装置4相连以产生电弧10 从而形成等离子体9。所述喷嘴16的轴向与助燃气体室8在喷嘴16一端的气流流向的夹角为α，所述α角度值的取值范围为30-45°，所述α的角度设置需要保证富氧与等离子体9喷射后可进行充分的混合，从而有利于点火器火焰的形成和放大并获得较好的火焰结构。所述喷嘴16工作时，内部会产生高温，因此需要对阴极2和阳极1内通入循环的冷却介质进行持续冷却。所述冷却介质包括冷却水或冷却风中的任意一种。作为本实用新型的一个示例，所述阴极2上设有冷却进气口12、冷却排气口13，分别位于阴极2的侧面及下端部，通过向阴极2内通入冷却气体以降温；所述阳极1上设有冷却水进口14、冷却水出口15，所述冷却水出口15、冷却水进口14分别位于阳极1的上下两侧。作为本实用新型的又一个示例，所述阳极1、阴极2可采用相同的冷却介质进行冷却。

当电站锅炉采用上述装置进行点火时，打开富氧气体进口5及燃气进口6，同时通过喷嘴16释放电弧10，产生的电弧9将空气电离成等离子体9，与富氧气体、燃气混合后，通过第二线圈11的作用以加速喷出并与煤粉接触引燃；由于富氧的作用，该煤粉流着火热大大降低，燃烧速度大大加快，燃烧温度大大提高，同时混入燃气后比普通等离子点火技术更能点燃煤粉流，大大降低了点燃煤粉流的难度，实现富氧等离子点火稳燃技术煤种适应性更广泛的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，包括阳极(1)、阴极(2)、第一线圈(3)、引弧装置(4)、助燃气体室(8)，所述阳极(1)与阴极(2)邻接设置，所述阴极(2)的外表面套设有所述助燃气体室(8)，所述第一线圈(3)部分的套设在所述助燃气体室(8)上，所述助燃气体室(8)的侧壁面上设有燃气进口(6)以提供燃气，通过引弧装置(4)产生的等离子体(9)与燃气混合后喷出以点火。

2.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述燃气进口(6)内的燃气为天然气、沼气、生物质气、煤气、氢气、氨气中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述阳极(1)内设有异形的放电腔(7)，所述放电腔(7)的入口端与所述助燃气体室(8)相连通。

4.根据权利要求3所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述放电腔(7)由第一收缩部(71)、第一外扩部(72)、第二收缩部(73)、第二外扩部(74)依次连接组成，所述第一收缩部(71)的进口端与助燃气体室(8)相连。

5.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述装置还包括第二线圈(11)，所述第二线圈(11)套设在第二外扩部(74)的外周。

6.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述阴极(2)在靠近阳极(1)的一端设有喷嘴(16)，所述喷嘴(16)与引弧装置(4)相连以产生电弧(10)。

7.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述阳极(1)或阴极(2)通过通入冷却介质以降温。

8.根据权利要求7所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述冷却介质包括冷却水或冷却风中的任意一种。

9.根据权利要求7所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述阴极(2)上设有冷却进气口(12)、冷却排气口(13)，分别位于阴极(2)的侧面及下端部；所述阳极(1)上设有冷却水进口(14)、冷却水出口(15)，所述冷却水进口(14)、冷却水出口(15)分别位于阳极(1)的上下两侧。

10.根据权利要求1所述的一种等离子耦合燃气燃烧点火装置，其特征在于，所述助燃气体室(8)的侧壁面上设有富氧气体进口(5)，所述富氧气体的氧气含量为80％～99.9％。

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