一種電漿點火燃燒器

《一種電漿點火燃燒器》是煙臺龍源電力技術股份有限公司於2007年7月19日申請的專利，該專利的公布號為CN101349435，申請公布日為2009年1月21日，發明人是劉鵬、張孝勇、錢穎傑、王新光、於文波、蔡飛、苗雨旺、牛濤、王雨蓬。該發明涉及煤粉燃燒技術領域。

《一種電漿點火燃燒器》其包括至少兩級燃燒筒以及用於點燃所述至少兩級燃燒筒中的第一級燃燒筒中的煤粉的電漿發生器，其中上一級燃燒筒的燃燒火焰點燃下一級燃燒筒中的煤粉或者在下一級燃燒筒中與補充的空氣進一步燃燒，其特徵在於，所述電漿發生器的軸線方向與含煤粉空氣流進入第一級燃燒筒的方向平行，同時平行於燃燒筒的軸線。

2015年11月27日，《一種電漿點火燃燒器》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種電漿點火燃燒器》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種電漿點火燃燒器
• 申請人 ：煙臺龍源電力技術股份有限公司
• 申請日：2007年7月19日
• 申請號：2007101370082
• 公布號：CN101349435
• 公布日：2009年1月21日
• 發明人：劉鵬、張孝勇、錢穎傑、王新光、於文波、蔡飛、苗雨旺、牛濤、王雨蓬
• 地址：山東省煙臺開發區衡山路9號
• 分類號：F23Q3/00(2006.01)、F23Q9/00(2006.01)
• 代理機構：中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人：曲瑞
• 類別：發明專利

專利背景

燃煤火力發電是2007年前各國所採用的主要發電方式。點火是鍋爐燃燒過程的一個主要方面。隨著鍋爐容量的增大，如何快速經濟地完成鍋爐的啟動過程.是一個亟待解決的重大問題。為取代消耗大量燃油的油點火方式，2007年前發展了電漿點火技術。

傳統的等離子點火系統為了能夠點燃劣質煤，採用了“預燃室”技術。預燃室的構成是將燃燒筒進行保溫，通常是在燃燒室內襯一層耐火材料，通過初期的加熱，預燃室的筒壁已經有很高的溫度，有助於（甚至獨立地）將燃料點燃。預燃室較長（約2米），通過等離子的作用，將進入預燃室的含煤粉空氣流中的煤粉進行了氣化，生成了大量的可燃氣體，主要有CO等，再利用這些可燃氣體燃燒時釋放的熱量去點燃後續的煤粉，也是一種分級點火方式，但由於預燃室內溫度過高，煤粉很容易在裡面結渣，從而無法繼續套用。

為克服上述問題，已經提出了一種新的分級燃燒筒結構。如圖1所示，該電漿點火燃燒器包括多級燃燒筒，例如第一級燃燒筒104、第二級燃燒筒106、第三級燃燒筒108、第四級燃燒筒110等（根據功率大小和空間大小，可以多於四級也可以少於4級）。從含煤粉空氣流入口102進入的含煤粉空氣流（圖1中寬箭頭所示）被隔板116分為兩路分別進入第一級燃燒筒104和第二級燃燒筒106。電漿發生器沿著多級燃燒筒的軸向插入第一級燃燒筒104中，點燃進入第一級燃燒筒104的含煤粉空氣流，產生一級煤粉火焰A，後者進一步點燃第二級燃燒筒中的含煤粉空氣流，形成二級煤粉火焰B。同時，從空氣入口114進入的空氣流（圖1中窄箭頭所示）通過第三入口120進入第三級燃燒筒108，對燃燒不充分的二級煤粉火焰補充氧氣，形成三級煤粉火焰C。空氣還可以通過第四入口122進入第四級燃燒筒進一步補氧。與此同時，空氣流在進入下一級燃燒筒之前在前一級燃燒筒外壁和燃燒器外筒118之間的空間中流動，從而起到了冷卻燃燒筒的作用，防止結渣。

在上述技術中，電漿發生器沿著燃燒筒的軸向插入，而含煤粉空氣流入口和空氣流均垂直於燃燒筒軸線布置。也就是，電漿火焰的方向與進入一級燃燒筒的氣流方向相垂直，需要通過添加導流板（未圖示）將氣流轉為平行。同樣，第二級煤粉進入第二級燃燒筒的方向與第一級燃燒筒噴出的火焰方向也是垂直的，也需要通過導流板使其變為平行。但由於受到空間的限制，導流板無法將氣流完全轉向。由於兩股氣流不能完全平行，就會造成進入的氣流將電漿火焰（或前一級火焰）吹偏，從而使得筒壁溫度升高，使得煤粉結渣。此外，該技術中，由於含煤粉空氣流和空氣流都是在垂直於燃燒筒的方向進入，所以，在垂直於燃燒筒的橫截面上，煤粉密度以及氣流的速度等都不是均一的，從而影響燃燒質量。

後來，為了現場便於布置，使用了如圖2結構的電漿點火燃燒器。為簡明起見，圖中僅圖示了含煤粉空氣流入口102、第一級燃燒筒104和第二級燃燒筒106，而未示出與圖1中的空氣入口114、燃燒器外筒118以及第三級燃燒筒、第四級燃燒筒相應的結構。含煤粉空氣流進入入口102之後被第一級燃燒筒的筒壁分為兩部分，中央部分進入第一級燃燒筒104，周圍部分沿第一級燃燒筒和外筒（上有含煤粉氣流入口102）202之間的空間前進而在第二級燃燒筒的第二入口204進入第二級燃燒筒如圖所示，等離子發生器沿燃燒器的徑向插入，而含煤粉空氣流沿燃燒筒的軸向吹入，二者仍然是垂直的。受到含煤粉空氣流的作用，電漿火焰被吹偏，造成吹偏側的溫度超溫，形成結渣。因此，需要一種新的技術進一步防止燃燒筒壁上煤粉結渣的問題。

發明內容

專利目的

《一種電漿點火燃燒器》的一個目的是提供一種儘量緩解結渣問題的電漿發生器。從以上對2007年7月之前技術的描述可以看出，電漿發生器插入方向（也就是電漿火焰的方向）與含煤粉氣流的方向之間有角度是造成結渣問題的原因之一。因此，針對前目的，該發明的要點在於重新布置含煤粉空氣流入口和電漿發生器，使得含煤粉空氣流進入第一級燃燒筒的方向和電漿火焰的方向一致。此外，為了進一步改善結渣問題，需要使下一級的含煤粉空氣流或者空氣流與前一級煤粉火焰的方向儘量一致。

技術方案

《一種電漿點火燃燒器》包括至少兩級燃燒筒以及用於點燃所述至少兩級燃燒筒中的第一級燃燒筒中的煤粉的電漿發生器，其中上一級燃燒筒的燃燒火焰點燃下一級燃燒筒中的煤粉或者在下一級燃燒筒中與補充的空氣進一步燃燒，其特徵在於，所述電漿發生器的軸線方向與含煤粉空氣流進入第一級燃燒筒的方向平行，同時平行於燃燒筒的軸線。

附圖說明

圖1是2007年7月之前技術的一種電漿點火燃燒器的示意剖面圖；

圖2是2007年7月之前技術的另一種電漿點火燃燒器的局部示意剖面圖；

圖3是該發明的電漿點火燃燒器的第一實施方式的局部示意剖面圖；

圖4是沿圖3中A-A線的剖視圖；

圖5是該發明的電漿點火燃燒器的第二實施方式的局部示意剖面圖；

圖6是一種2007年7月之前技術的軸向渦流旋流煤粉燃燒器的結構剖面圖。

權利要求

1.《一種電漿點火燃燒器》包括至少兩級燃燒筒以及用於點燃所述至少兩級燃燒筒中的第一級燃燒筒中的煤粉的電漿發生器，其中上一級燃燒筒的燃燒火焰點燃下一級燃燒筒中的煤粉或者在下一級燃燒筒中與補充的空氣進一步燃燒，其特徵在於，所述電漿發生器的軸線方向與含煤粉空氣流進入第一級燃燒筒的方向平行，同時平行於燃燒筒的軸線。

2.如權利要求1所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於還包括用於向所述至少兩級燃燒筒導入含煤粉空氣流的彎管，彎管在所述燃燒筒一側的一端平行於燃燒筒的軸線，所述電漿發生器沿燃燒筒的軸向穿過所述彎管壁插入第一級燃燒筒。

3.如權利要求2所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於還包括沿著彎管的軸線布置的導流板，導流板在燃燒筒一側的末端與電漿發生器軸線平行。

4.如權利要求3所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於所述導流板延伸到第一級燃燒筒的入口附近。

5.如權利要求4所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於，所述電漿發生器和導流板的末端都布置在燃燒筒軸線上或者相對於燃燒筒軸線偏移預定距離。

6.如權利要求3到5之一所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於，所述導流板的橫截面形狀是平。

7.如權利要求3到5之一所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於，所述導流板的橫截面形狀是彎曲面。

8.如權利要求2到7之一所述的電漿點火燃燒器，其特徵在於，設定有防磨護套保護電漿發生器。

9.如權利要求8所述的電漿點火燃燒體，其特徵在於所述防磨護套的迎風面為V形。

實施方式

圖3圖示了該發明第一方面的電漿點火燃燒器的第一實施方式的局部示意剖面圖。為簡明起見，該圖同樣只示出了與圖2類似的含煤粉空氣流入口102、第一級燃燒筒104和第二級燃燒筒106。由於前文也已描述了多級燃燒筒結構，在此也不再重複。需要明確的是，如背景技術部分所述，含煤粉空氣流進入的燃燒筒級數、空氣直接進入的燃燒筒技術和總的燃燒筒級數都沒有限制，可以根據功率要求和空間大小而定，總級數從二級到三級、四級或者更多級不等，根據套用的場合，如圖1所示的空氣流也可以是含煤粉空氣流。

該發明的關鍵在於使電漿發生器302的插入方向與含煤粉空氣流進入第一級燃燒筒104的方向平行，同時平行於燃燒筒的軸線。這樣，含煤粉空氣流平行於燃燒筒軸線進入燃燒筒，不會由於含煤粉空氣流的慣性而使煤粉在燃燒筒的橫截面上的分布不對稱。同時，電漿發生器的電漿火焰的噴出方向與含煤粉空氣流進入燃燒筒時的方向是一致的，從而不會將電漿火焰吹偏到燃燒筒壁上。以上兩點有效緩解了燃燒筒壁結渣的問題。

在圖3所示的第一實施方式中，上述技術方案是通過提供導入含煤粉空氣流的彎管308並將電漿發生器302沿燃燒筒的軸向穿過所述彎管壁插入第一級燃燒筒104而實現的。為使含煤粉空氣流在A-A截面處進入直燃燒筒時，在截面上的分布儘量均衡而不因為離心力偏向一側，彎管308的弧度應儘量平緩。然而，只要有弧度，離心力總是不可避免，這樣，煤粉就會在燃燒筒中偏向一側。為避免此問題，在一種優選實施方式中，沿著彎管308的軸線布置導流板306，並使導流板在燃燒筒一側的末端與電漿發生器軸線平行，甚至延伸到第一級燃燒筒104入口310附近。同時，將電漿發生器302和導流板306末端都布置在燃燒筒軸線上（當然，導流板306末端的位置也可以相對於燃燒筒軸線有一定的偏離）。這樣，導流板306不僅改變了含煤粉空氣流的流向，使其與電漿火焰平行，還藉助於離心分離作用使部分煤粉濃縮於燃燒器中軸線及電漿火焰附近，使得進入中心筒的煤粉濃度提高，有利於點火。與圖1所示結構相比，僅使用一支導流板即可同時改變進入各級燃燒筒的含煤粉空氣流的流向，結構簡單，阻力較小。由於彎頭內空間較大，彎板的形狀可以是平的，也可以是各種彎曲面（圖4圖示了一個例子），進一步提高進入中心筒的煤粉濃度。

如圖3所示，電漿發生器302有很大一部分暴露於含煤粉空氣流中。為了防止電漿發生器被含煤粉空氣流磨損，可以用防磨護套（例如陶瓷護套）保護電漿發生器。同時，為了減小阻力，護套的迎風面可以做成V形。

上述燃燒器與圖2的徑向插入的燃燒器相比，除了解決了結渣問題，該燃燒器還具有更強的點火能力，具體來講是因為：電漿火焰處於燃燒器的中心線，由於中心筒是圓形的，電漿火焰對於各個方向的點火能力是相同的，火焰均勻，傳播能力強，如果電漿火焰布置在燃燒器中心筒的一側，則會造成電漿火焰一側火焰溫度高，另一側火焰溫度低，如果燃用劣質煤，甚至有可能不著火。

在前面描述的第一實施方式中，燃燒器中心筒的煤粉濃縮依靠彎管308中導流板306的濃縮作用。但由於受到空間的限制，中心筒的濃度不可能無限度的提高，這影響了點火的效果。為此，作為該發明的第二方面，提供了如圖5所示的該發明的第二實施方式。

為簡明起見，圖5僅示出了與圖2、圖3中對應的部件第一級燃燒筒104和燃燒器內筒202。與前文所描述的實施方案一樣，在第一級燃燒筒104之後，在燃燒器內筒202中可以布置更多級的燃燒筒。在燃燒器內筒202之外，還可以有對應於圖1中的燃燒器外筒118以及燃燒器內筒之後、燃燒器外筒118之內的多級燃燒筒的相應部件。

在該實施方式中，供應含煤粉空氣流的管路分叉為兩個管路，即主管508和分叉管502。主管508可以按照傳統方式或者採用第一實施方式中的彎管308與燃燒器內筒202連線。同時從第一級燃燒筒104引出中心筒510連線到分叉管502。同樣，分叉管502和中心筒510的連線可以採用傳統方式也可以採用類似於第一實施方式中的彎管308的第二彎管512，並且其中也可以使用第一實施方式中的導流板306（圖5中未圖示），電漿發生器302的布置方式也可以類似於第一種實施方式。

這樣，通過用分叉管將含煤粉空氣流直接引入中心筒，可以使進入中心筒從而進入第一級燃燒筒的煤粉濃度較高，從而利於點火。作為優選實施方案，需要可以調節進入的含煤粉空氣流的量，並且/或者需要儘量提高進入等離子點火燃燒器的含煤粉空氣流中的煤粉濃度。為此，可以在主管和分叉管分叉處設定調節器，靈活調節進入分叉管的煤粉量。

作為上述方案的變型，如果燃燒器中引入含煤粉空氣流的燃燒筒具有三級或者三級以上，則各級燃燒筒可以在中心筒和燃燒器內筒之間任意分配。比如，以三級燃燒筒為例，可以將等離子點火燃燒器的第一級燃燒筒、第二級燃燒筒的煤粉同時通過中心筒和分叉管引入（在此情況下，中心筒及其內部結構與圖2所示是類似的，只不過圖2中的燃燒器內筒變為圖5中的中心筒），第三級燃燒筒的煤粉從主管路進入。也可以反過來，即等離子點火燃燒器的第一級燃燒筒的煤粉通過中心筒和分叉管引入，第二級和第三級燃燒筒的煤粉從主管路進入。

在一種優選實施方式中，可以在分叉管中設定一個開關504。在燃燒器點火和低負荷穩燃階段該開關打開。點火完成、燃燒器燃燒穩定之後則可關閉該開關504。該開關504也可以設計為與調節器506合併，從而使調節器同時用作調節器和分叉管開關。

從前面對第二實施方式的說明可知，該實施方式的要點在於利用分叉管提高第一級燃燒筒的煤粉濃度，並不限於用電漿發生器點火，也不限於電漿發生器沿燃燒筒軸向布置。因此，第二實施方式的各方面細節可以與第一實施方式的方案的各方面細節結合或者不結合。具體而言，點火裝置除了等離子發生器之外也可以是油槍，其布置方式除了軸向插入之外也可以是任何方向的插入，包括徑向插入和斜插入。

在上述方案中，由於布置有分叉管，並且裝有調節器，可以獨立地調節燃燒器中心筒內的含煤粉空氣流速和煤粉濃度，從而達到最優的點火工況。此外，對於已經安裝在現場的某些舊式燃燒器，利用上述第二實施方案可以提供一種方便、低成本的改造手段，使其能夠套用該發明。

例如，很多燃煤火力發電廠所採用的旋流式煤粉燃燒器帶有中心筒，煤粉和風的混合物是從中心筒的外層送入爐膛的，例如由三井巴布科克能源有限公司於20世紀80年代開發的LNASB軸向渦流旋流煤粉燃燒器（見圖6）即採用此結構，其中在中心筒602中插入油槍，油槍火焰點燃從中心筒外層送入爐膛的煤粉。對於此種類型的燃燒器如果直接進行等離子點火技術的改造需要將中心筒602結構拆除，這樣燃燒器內部的煤粉濃度分布、風速等會發生很大變化，將會影響燃燒器的原有性能。而採用該發明的第二實施方案即可解決此問題，在進行等離子技術改造時，只需要將中心筒602改造成如圖5所示的第一級燃燒筒104、中心筒510、點火裝置（例如電漿發生器302），並加上與之相連的分叉管502即可，不需要對原有燃燒器的含煤粉空氣流機構（即圖6中所示的一次風/煤粉一直到三次風管的結構）進行任何改造，從而最大限度地和原燃燒器做到了性能一致。

上述的改造方式形成了一種三級燃燒器（第一級燃燒筒、中心筒和外筒）。事實上，如果情況允許，可以不增加第一級燃燒筒，從而僅由中心筒和外筒構成二級燃燒器。此外，在中心筒中也可以增加更多的燃燒筒級，或者也可以在外筒中增加更多的燃燒筒級。此外，無論是在原有的燃燒器中，還是改造後的燃燒器中，點火裝置都可以是任何點火裝置，包括油槍和電漿點火裝置等。

榮譽表彰

2015年11月27日，《一種電漿點火燃燒器》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。