一种改进的粉煤气化炉等离子点火喷嘴制造技术

本实用新型专利技术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。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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一开工喷嘴一煤喷嘴。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. OMPa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、0)、离子(02-、Η+、0Η_)和电子等。该等离子体在点火喷嘴中 形成T > 5000Κ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，则是技术的设计课题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术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，本技术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。技术的优点在于1、本技术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、由于本技术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为本技术改造后的等离子点火喷嘴结构示意图；图3为本技术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技术的组成，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、稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛苗任，孙永斌，李新春，李现勇，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]