一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴及方式的製作方法

2023-04-24 05:42:06

專利名稱：一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴及方式的製作方法
技術領域：
本發明屬於煤氣化設備點火領域，尤其是指粉煤進料的氣化爐的等離子點火方 式，是對現有粉煤氣化爐點火方式的改進。
背景技術：
目前，粉煤氣化爐主要有Shell氣化爐、Prenflo氣化爐、西安熱工院的兩段氣化 爐等，其開車點火過程的共同特點是點火方式過於繁瑣，噴嘴結構和邏輯控制非常複雜。該 類氣化爐根據不同的用途配置了三類噴嘴點火噴嘴(1個)、開工噴嘴(1個)和煤噴嘴 (4-8個)。其在氣化爐投料開車中使用的先後順序為點火噴嘴一開工噴嘴一煤噴嘴。即 通過點火噴嘴點火器電打火將合適配比的儀表空氣與液化石油氣點燃，接著依託點火噴嘴 穩定的火源加上開工噴嘴恰當的氧油比將開工噴嘴點燃。開工噴嘴點燃後，氣化爐逐漸升 壓，壓力接近1. OMPa時投入第1個煤噴嘴(在壓力接近0. 65MPa時，啟動激冷氣壓縮機並 調整穩定)，在第1個煤噴嘴成功點燃後，穩定幾分鐘，再投入第2個煤噴嘴，最終將4個煤 噴嘴投入，氣化爐投料初步成功。此點火過程的缺點是1、在整個氣化爐投料開車中，點火噴嘴很容易點著，開工噴嘴點火成功卻存在一 定難度，並且在開工噴嘴的點火過程中很容易出現問題點火熱量不足，尤其對揮發份值低 的燃煤不易點燃；開工噴嘴頭部經常燒壞，生產使用及維修成本高；設備使用壽命短，且燃 料燃燒不充分，燃料熱利用率低；啟動過程複雜，啟動和停爐不方便。2、要裝設獨立的燃料供應和貯存系統。通常燃油和燃氣的價格比所用固體燃料 高，並且點火需要大量的燃油、燃氣，隨著油品和燃氣價格的持續上漲，增加了工廠運行費 用。3、由於點火不利，從而造成後續燃燒不完全，產生對能源的浪費和對環境的汙染。 未燃盡的粉煤粒子對燃燒口以及燃燒口附近的內壁面產生貼壁結渣現象，從而導致高溫腐 蝕的發生，極大地影響了噴嘴的使用壽命。已有技術中，已有相關專利對點火噴嘴進行了改造，比如，專利號為 200820152717.8，名稱為「一種粉煤氣化爐用複合式開工噴嘴」的專利；專利號為 200820020573. 0，名稱為「組合式粉煤氣化燃燒裝置」的專利。這些專利雖然對噴嘴進行了 改造，但仍然採用天然氣和燃油進行點火，沒有從根本上消除傳統點火存在的弊端。等離子點火及穩燃技術是一項粉煤鍋爐點火及穩燃過程中以煤代油的新技術，在 燃煤電廠中，成功實現了冷爐啟動前不需要投入油槍，即可實現等離子直接點火的功能。在 等離子點火啟動過程中，等離子點火噴嘴不超溫，鍋爐升溫曲線完全滿足啟動要求，已成功 的應用於多臺電站鍋爐。等離子火焰易控制並能穩定燃燒，根據它穩定燃燒的特性，通過調 節供應燃料的速率可靈活控制，因此，等離子裝置適於作為所有固體燃料氣化爐的點火，不 必附加使用燃油或燃氣等燃料，滅火和產生爆炸的危險性極小。在已有技術中等離子發生器裝置的結構如圖1所示，等離子發生器3包含陽極31、 陰極32和線圈33。其中陰極32和陽極31由高導電率、高導熱率及抗氧化的特殊材料製成，以承受高溫電弧衝擊。線圈33在高溫情況下具有抗直流高壓擊穿能力。其發火原理為 在一定輸出電流條件下，當陰極前進同陽極接觸後，系統處在短路狀態，當陰極緩緩離開陽 極時，放電腔34內產生電弧35，電弧35在線圈磁場的作用下被拉出噴管外部。於壓縮空氣 入口 36進入的壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體37，等離子體內含有大量 的化學活性粒子，如原子(C、H、0)、離子(02-、Η+、0Η_)和電子等。該等離子體在點火噴嘴中 形成T > 5000Κ的梯度極大的局部高溫火核，粉煤顆粒通過該等離子「火核」時，迅速釋放 出揮發物，並使粉煤顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，達到點火併加速粉煤燃燒的目的。為保 護等離子發生器裝置本身，需用水冷卻陰、陽極和線圈，等離子發生器設置有冷卻水進水口 38和冷卻水出口 39。如何採用等離子技術解決上述技術問題，則是發明的設計課題。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種粉煤氣化爐點火方式，尤其是提供一種粉煤氣化爐等 離子點火方式，代替現存的點火噴嘴和開工噴嘴，不需要燃油和燃氣，直接將煤噴嘴點燃， 功能上實現「二合一」，從而達到點火熱量充足、點火燃燒容易、燃料燃燒充分、節約能源、利 於環保、適應燃煤能力強、延長設備使用壽命、降低使用成本的目的。為達上述目的，本發明採用如下技術方案一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴，與等離子發生器連接，包含外套筒，自外 套筒中心向外依次設置有中心筒一級燃燒室和內套筒二級燃燒室，內套筒二級燃燒室空間 大於中心筒一級燃燒室，中心筒一級燃燒室連接粉煤及空氣入口，內套筒二級燃燒室連接 氧氣入口。一種改進的粉煤氣化爐等離子點火方式，於中心筒一級燃燒室中引入濃縮後的煤 粉與空氣，等離子電弧與煤粉在此發生強烈的電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發份並被 點燃，產生一級火焰；於內套筒二級燃燒室內揮發份及煤粉繼續燃燒，並將後續引入的煤粉 點燃，實現分級燃燒，產生二級火焰；於外套筒內利用高速氧氣冷卻二級燃燒室，同時進行 助燃，補充二級燃燒室噴出的未燃盡固定碳在爐膛內燃燒需要的氧氣，產生三級火焰。發明的優點在於1、本發明應用等離子點火技術，對粉煤氣化爐原有開工噴嘴進行改造，直接用粉 煤點火。由於此點火方式，便於安裝，效果穩定可靠，可廣泛在各種粉煤進料的氣化爐中應 用，結構簡單，造價低，操作安全。2、由於本發明所述的等離子點火發生器為市場購置而通用的裝置，從而獲得了便 於實施的有益效果。3、等離子點火噴嘴既能安裝在新氣化爐上，也可以用於代替現有氣化爐中點火和 開工噴嘴，氣化爐結構不必做較大改動。4、採用等離子點火技術節約了燃油和燃氣成本，具有良好的經濟效益，同時克服 了燃油點火時冒黑煙造成的環境汙染，提高了環保效益。5、由於等離子點火噴嘴使用固體燃料，避免使用燃油或燃氣的貯存和供應設備， 因而使燃料貯存管理更加方便。6、當滿足氣化爐點火要求後，等離子點火噴嘴可以利用自動伸縮裝置退出。


圖1為現有的等離子發生器裝置結構示意圖；圖2為本發明改造後的等離子點火噴嘴結構示意圖；圖3為本發明改進的粉煤氣化爐等離子點火方式的整體結構示意圖。
具體實施例方式為能使貴審查員清楚本發明的組成，以及實施方式，茲配合圖式說明如下在低爐膛溫度下，因含粉射流無法靠卷吸爐內熱煙氣加熱點燃，必須靠自身火焰 傳播作用，促使射流全部著火，因此為了利用等離子點火技術，需將氣化爐原有開工噴嘴進 行改造，改造後的等離子點火噴嘴結構如圖2所示，特點為與氣化爐原有開工噴嘴的幾何 外型尺寸相同；與原有開工噴嘴出口氣流的動量矩保持相近；且應用多級放大原理，等離 子點火裝置由等離子發生器3、等離子點火噴嘴2、外套筒5、內套筒二級燃燒室6、中心筒一 級燃燒室7等部分組成。中心筒一級燃燒室7 引入濃縮後的含粉氣流(煤粉與空氣1)，等離子電弧與煤粉 在此發生強烈的電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發份並被點燃，產生一級火焰；內套筒二級燃燒室6 揮發份及煤粉繼續燃燒，並將後續引入的煤粉點燃，實現分 級燃燒，產生二級火焰；外套筒5 利用高速氧氣4冷卻二級燃燒室，同時進行助燃，補充二級燃燒室噴出 的未燃盡的固定碳在爐膛內燃燒需要的氧氣，產生三級火焰。之後氣化爐逐漸升壓，後續工 作與氣化爐點火程序相同。將等離子點火噴嘴安裝在粉煤氣化爐上。等離子火炬可以由直流或交流電源供 能，形成等離子的氣體可以是任何適宜的氣體如氮氣、二氧化碳、壓縮空氣等。等離子發生 器在兩電極間產生電弧，等離子體在煤噴嘴出口處形成T > 5000K的梯度極大的局部高溫 火核，噴嘴連續不斷地輸送粉煤，粉煤顆粒通過該等離子「火核」時，立即釋放出揮發物、使 粉煤顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，使碳著火，達到點火、穩定的燃燒，然後進一步氣化更多 的煤粒，因此增加了等離子火焰的作用，並且加速了粉煤的燃燒。通過調節電流強度，來控 制等離子火炬的能量，使之與噴嘴輸出能力相匹配，實現可控地點火，完成氣化爐的點火任 務。點燃粉煤後，熄滅電弧利用自動伸縮裝置，將等離子點火噴嘴從氣化爐中退出。如圖3所示，等離子點火噴嘴2與氣化爐8煤噴嘴平面成α °角。等離子發生器 3設有一套本體控制系統，負責完成等離子發生器內部各被控設備的啟動、停止、打開、關閉 及聯鎖保護等控制。該本體控制系統包含控制系統9、電源櫃10和隔離變壓器11。點火時 爐膛溫度低，應有足夠燃料量燃燒放熱，以穩定燃燒。初投燃料量應適應氣化爐升溫、升壓 的要求。按照等離子點火噴嘴點火程序啟動等離子發生器3及其輔助系統12。來自廠內空 壓機13的壓縮空氣，經調節閥14調節到設定值，與自粉煤給料罐15進入粉煤加料器16的 粉煤在混合器17中混合後，進入等離子點火噴嘴2，在等離子發生器3的作用下，產生火焰， 進行燃燒。為了保證火焰的穩定性，來自空分單元的氧氣4經過調節閥，進入等離子點火噴 嘴2，進行助燃，氣化爐8逐漸升壓。點火後要注意氧氣量的調節和噴嘴的霧化情況。當爐 內壓力達到某一設定值時，按照合適配比的氧氣與粉煤，投入第1個煤噴嘴，在第1個煤噴嘴成功點燃後，穩定幾分鐘，氣化爐進行升溫、升壓。對於不同的氣化爐，根據升溫升壓控制 要求，待達到氣化爐點火程序設定的爐內溫度和壓力要求時，再對角投入第2個煤噴嘴，這 樣不僅爐溫均勻，且對角互相點燃、利於著火穩定。氣化爐都有觀火孔，配有火焰監測系統， 當檢測到有至少2個煤噴嘴被點燃後等離子點火噴嘴就會利用自動伸縮裝置退出，其他噴 嘴就由已經點燃的噴嘴進行點火。最終將4個煤噴嘴投入，氣化爐投料初步成功。
以上所述，僅供說明本發明之用，而非對本發明作任何形式上的限制；有關技術領 域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以利用上述揭示的技術內容 加以變更或改型為等同變化的等效實例，因此，所有等同的技術方案也應該屬於本發明的 範疇，均仍屬於本發明的技術方案的範圍內。
權利要求
一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴，與等離子發生器連接，其特徵在於包含外套筒，自外套筒中心向外依次設置有中心筒一級燃燒室和內套筒二級燃燒室，內套筒二級燃燒室空間大於中心筒一級燃燒室，中心筒一級燃燒室連接粉煤及空氣入口，內套筒二級燃燒室連接氧氣入口。
2.一種改進的粉煤氣化爐等離子點火方式，其特徵在于于中心筒一級燃燒室中引入濃縮後的煤粉與空氣，等離子電弧與煤粉在此發生強烈的 電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發份並被點燃，產生一級火焰；於內套筒二級燃燒室內揮發份及煤粉繼續燃燒，並將後續引入的煤粉點燃，實現分級 燃燒，產生二級火焰；於外套筒內利用高速氧氣冷卻二級燃燒室，同時進行助燃，補充二級燃燒室噴出的未 燃盡固定碳在爐膛內燃燒需要的氧氣，產生三級火焰。
全文摘要
本發明一種改進的粉煤氣化爐等離子點火噴嘴，與等離子發生器連接，包含外套筒，自外套筒中心向外依次設置有中心筒一級燃燒室和內套筒二級燃燒室，於中心筒一級燃燒室中引入濃縮後的煤粉與空氣，等離子電弧與煤粉在此發生強烈的電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發份並被點燃，產生一級火焰；於內套筒二級燃燒室內揮發份及煤粉繼續燃燒，並將後續引入的煤粉點燃，實現分級燃燒，產生二級火焰；於外套筒內利用高速氧氣冷卻二級燃燒室，同時進行助燃，補充二級燃燒室噴出的未燃盡固定碳在爐膛內燃燒需要的氧氣，產生三級火焰。此點火方式，便於安裝，效果穩定可靠，可廣泛在各種粉煤進料的氣化爐中應用，結構簡單，造價低，操作安全。
文檔編號F23Q7/02GK101886816SQ201010148590
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者孫永斌, 李新春, 李現勇, 牛苗任 申請人:中國電力工程顧問集團華北電力設計院工程有限公司