專利名稱：交流等離子槍及其點火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由交流電源直接供電用于燃煤鍋爐點火的交流等 離子槍，以及由該交流等離子槍所構(gòu)成的無油點火裝置，屬于電力技術(shù) 領(lǐng)域。
技術(shù)背景石油是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，在我國的能源構(gòu)成中占有重要的戰(zhàn)略 地位，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對石油的需求急劇增加，使得我國石油消耗中的40%左右依賴于進口，石油安全問題引起國家的高度重 視，節(jié)約用油成為我國能源政策的重點工作之一。電力行業(yè)是石油消耗大戶，其中很大一部分用于火力發(fā)電廠機組的 啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃，因此應(yīng)用節(jié)油技術(shù)進行鍋爐機組的啟、停及低負(fù) 荷穩(wěn)燃，優(yōu)化我國的能源消費結(jié)構(gòu)，對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的 戰(zhàn)略意義。2000年以后，我國國內(nèi)已將直流等離子點火技術(shù)成功地應(yīng)用在鍋爐 上。所謂直流等離子點火技術(shù)是將直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下引 弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體，該等離 子體在點火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆 粒通過該等離子"火核"時，迅速釋放出揮發(fā)物、再造揮發(fā)份，并使煤 粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，達(dá)到點火并加速煤粉燃燒的目的。該 技術(shù)因?qū)崿F(xiàn)了無油點火系統(tǒng)而備受關(guān)注。目前，在我國主要采用的是以大電流熱電子發(fā)射方式的熱陰極直流 等離子點火技術(shù)。但是，這種直流等離子點火技術(shù)受其技術(shù)限制，存在 著諸多問題。該技術(shù)在工作時，電流隨功率越大而增大。因此，該技術(shù) 的功率一般只能達(dá)到150KW左右。并且，該技術(shù)的陰極壽命一般不超 過50小時。其電極需要由貴金屬制成，造價和運行成本都較高。直流等 離子點火技術(shù)需配置整流電源系統(tǒng)，造價高，占地多。并且，該技術(shù)只 能點燃Vdif》20X的煙煤，適用的煤種有限。而通過交流電直接供電實現(xiàn)交流等離子點火系統(tǒng)在國內(nèi)外尚無人應(yīng)用。鑒于上述現(xiàn)有等離子點火技術(shù)中的不足，本發(fā)明設(shè)計了一種直接由 交流電供電的冷電極低電流交流等離子點火技術(shù)，可以克服現(xiàn)有直流等 離子點火技術(shù)的不足。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種由交流電 源直接供電用于燃煤鍋爐點火的交流等離子槍。以及，由該交流等離子 槍所構(gòu)成的無油點火裝置。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 交流等離子槍，其特征在于包括第一管狀電極、第二管狀電極、 絕緣環(huán)、進氣環(huán)；所述第一管狀電極的一端封閉；該第一管狀電極通過高頻引弧裝置與電源的相線相連；在該第一管狀電極外側(cè)繞有磁控線圈；所述第二管狀電極與電源的零線相連；在該第二管狀電極的輸出端 設(shè)有噴嘴；所述絕緣環(huán)連接所述第一管狀電極和第二管狀電極，使兩電極絕緣；所述進氣環(huán)設(shè)置于所述第一管狀電極或第二管狀電極或絕緣環(huán)上， 在該進氣環(huán)上沿切向方向開設(shè)有進氣孔。所述第一管狀電極和第二管狀電極的管壁為夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu) 內(nèi)充水；所述夾層結(jié)構(gòu)與進水口、出水口相連通。所述高頻引弧裝置前端連接有限流電抗器；所述進氣孔與進氣管相 連；在該進氣管上設(shè)有進氣調(diào)壓閥。交流等離子點火裝置，其特征在于包括三個結(jié)構(gòu)相同的交流等離 子槍和混合室；所述交流等離子槍包括第一管狀電極、第二管狀電極、絕緣環(huán)、進 氣環(huán)；所述第一管狀電極的一端封閉；該第一管狀電極通過高頻引弧裝 置與電源的相線相連；在該第一管狀電極外側(cè)繞有磁控線圈；所述第二 管狀電極與電源的零線相連；在該第二管狀電極的輸出端設(shè)有噴嘴；所 述絕緣環(huán)連接所述第一管狀電極和第二管狀電極，使兩電極絕緣；所述 進氣環(huán)設(shè)置于所述第一管狀電極或第二管狀電極或絕緣環(huán)上，在該進氣 環(huán)上沿切向方向開設(shè)有進氣孔。所述三個交流等離子槍的噴嘴均接于所述混合室。所述高頻引弧裝置前端連接有限流電抗器。在所述磁控線圈串接于所述高頻引弧裝置和限流電抗器之間；與第 一交流等離子槍連接的磁控線圈繞設(shè)于第二交流等離子槍上；與第二交 流等離子槍連接的磁控線圈繞設(shè)于第三交流等離子槍上；與第三交流等離子槍連接的磁控線圈繞設(shè)于第一交流等離子槍上。 所述混合室為一端封閉， 一端開口的容室結(jié)構(gòu)。 為兩端開口的中空結(jié)構(gòu)。還設(shè)置有三的倍數(shù)個與所述交流等離子槍結(jié)構(gòu)相同的交流等離子槍。本發(fā)明的有益效果是1、 交流等離子槍通過旋氣拉長電弧，實現(xiàn)小電流大功率的投入，這 是等離子槍長壽運行的決定性保證；2、 交流等離子槍通過旋動電弧弧根、拉長電弧、引入水冷系統(tǒng)等結(jié) 構(gòu)方法，避免了電極因高溫而燒損，保證了等離子槍的使用壽命；3、 交流等離子槍通過高頻引弧裝置使所產(chǎn)生的等離子電弧受擾動熄 弧時能瞬即引燃，從而保證了所產(chǎn)生電弧的穩(wěn)定性；4、 交流等離子點火裝置由三個或三的倍數(shù)個交流等離子槍組合構(gòu) 成，保證了交流等離子槍負(fù)載對電源的不平衡干擾；5、 本發(fā)明的交流等離子點火裝置直接使用交流電源，無需另加整流 電源設(shè)備，即可實現(xiàn)無油點火系統(tǒng)，節(jié)省投資，節(jié)省運行費用。


圖1為交流等離子槍結(jié)構(gòu)圖； 圖2為交流等離子點火裝置結(jié)構(gòu)圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步描述。圖1為本發(fā)明交流等離子槍結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該交流等離子槍包 括兩個管狀電極、絕緣環(huán)3和進氣環(huán)5。兩個管狀電極均為由金屬制成 的呈管狀的電極，分別稱為第一管狀電極1和第二管狀電極2。第一管狀電極1的一端封閉。該電極通過高頻引弧裝置11與電源中的一個相線(通常市電采用三相四線制供電方式，即包括A、 B、 C三個相線和一個零線。)相連。高頻引弧裝置11為以升壓變壓器為主構(gòu)成 的一個高頻振蕩器，用以將其輸入端的低頻信號轉(zhuǎn)換為高頻高壓信號。 由于該裝置結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)，在此就不再作進一步描述。在第一管狀電極1外側(cè)繞有磁控線圈12。第二管狀電極2與電源的零線相連。在第二管狀電極2的輸出端設(shè) 有噴嘴21。絕緣環(huán)3為一個由絕緣材料制成的套管。該絕緣環(huán)3用以連接第一 管狀電極1和第二管狀電極2,以保持兩個電極之間絕緣。應(yīng)當(dāng)指出， 絕緣環(huán)3在這里主要起到固定第一管狀電極1和第二管狀電極2，保持 兩電極之間絕緣的作用。該絕緣環(huán)3具體的位置和結(jié)構(gòu)，并不應(yīng)受圖1 所示示例的限制。如圖1所示，在絕緣環(huán)3上裝有進氣環(huán)5，并在該進氣環(huán)5上沿切 向方向開設(shè)有進氣孔51。待電離氣流通過該進氣孔51沿切向進入交流 等離子槍，并沿槍內(nèi)壁螺旋運動。如前所述，目前在我國所采用的等離子點火技術(shù)為熱陰極直流等離 子點火技術(shù)，該技術(shù)以大電流熱電子發(fā)射方式。這種點火方式在大功率 工作時，電極因工作電流過大而容易被燒損。上述本發(fā)明的交流等離子 槍的結(jié)構(gòu)正是基于解決這一問題所設(shè)計。本發(fā)明中在進氣環(huán)5上開設(shè)有進氣孔51。待電離氣流通過該進氣孔 51切向進入交流等離子槍，并沿槍內(nèi)壁螺旋運動。通過這種方法可以充 分拉長氣流經(jīng)電離所形成的電弧長度。由于電弧的特性是電弧電壓隨弧 長增大。在同等功率條件下，由于本發(fā)明等離子槍充分拉長電弧的長度， 因此可以以較低的電流進行工作，從而大大減輕了電極的燒損。另外，這里所設(shè)計的進氣環(huán)5為一個單獨的部件，而非與絕緣環(huán)3 一體形成。這樣可以通過更換進氣環(huán)5方便的實現(xiàn)調(diào)節(jié)進氣孔51的大小 和角度的目的。并且應(yīng)當(dāng)指出，所述進氣環(huán)5所設(shè)置的位置并不僅限于 絕緣環(huán)3上。同時，也可以設(shè)置于第一管狀電極1或第二管狀電極2的 管壁上。本發(fā)明還通過繞設(shè)于第一管狀電極1外側(cè)的磁控線圈12，使第一管 狀電極1端電弧的弧根沿第一管狀電極1的管壁高速旋動。通過這一設(shè) 計可以避免電弧的弧根因處于固定位置而加快電極的燒損。另外，本發(fā)明為進一步減輕電極因高溫而引起的燒損，還為等離子 槍設(shè)計了水冷系統(tǒng)。如圖1所示，所述第一管狀電極1和第二管狀電極 2的管壁為夾層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)充水。該夾層結(jié)構(gòu)還分別與一個進水口和一 個出水口相連通，形成水冷系統(tǒng)。通過該水冷系統(tǒng)可以帶走電弧加給電極的高熱能，進一步降低電極因高溫?zé)龘p的可能。交流等離子點火技術(shù)由于采用交流電做電源，電極間的電壓在實時 變化。這使得采用交流等離子點火技術(shù)所形成的電弧易受擾動熄滅，火 焰的穩(wěn)定性較差。為解決這一問題，本發(fā)明在第一管狀電極1端串接有高頻引弧裝置u。通過高頻引弧裝置n產(chǎn)生高頻電火花跟蹤點燃熄滅的電弧，保持電弧穩(wěn)燃。為了實現(xiàn)交流等離子槍輸出功率、焓值可控，還可以在高頻引弧裝 置11前端設(shè)有限流電抗器13，在與進氣環(huán)5相連的進氣管上設(shè)有進氣 調(diào)壓閥。通過調(diào)節(jié)限流電抗器13，可以控制電弧電流；通過調(diào)節(jié)進氣調(diào) 壓閥可以控制進氣流量，從而達(dá)到匹配調(diào)控等離子槍功率、焓值的目的。上述提供的交流等離子槍結(jié)構(gòu)為利用三相四線制電源中的一個相線 所實現(xiàn)的單體等離子槍。但由于大功率單相等離子槍的單獨運行易造成 電網(wǎng)的不平衡。因此，為保證電網(wǎng)中各相線之間平衡，通常需要在三個 相線上均設(shè)置有等離子槍。下面，即以由三個等離子槍組合而成的交流 等離子點火裝置為例，介紹應(yīng)用本發(fā)明交流等離子槍的點火裝置。如圖2所示，交流等離子點火裝置由A槍41a、 B槍41b、 C槍41c 三個如上述圖1所示結(jié)構(gòu)的單體交流等離子槍構(gòu)成。A槍41a、B槍41b、 C槍41c分別由三相四線制電源的A、 B、 C三個相線供電。A槍41a、 B槍41b、 C槍41c的噴嘴均接于一個混合室42，將由A槍41a、 B槍 41b、 C槍41c分別產(chǎn)生的高溫火炬于混合室42混合，從而降低單體等 離子槍火炬的不穩(wěn)定性影響。另外，本發(fā)明為了進一步平衡A槍41a、 B槍41b、 C槍41c所產(chǎn)生 的火焰，還將磁控線圈12串接于相鄰等離子槍的供電電路上。如圖2 所示，磁控線圈12串聯(lián)于相鄰等離子槍的限流電抗器13和高頻引弧裝 置11之間，從而使該磁控線圈12所繞設(shè)的等離子槍受相鄰相線的影響。 例如，圖2中所示的實施例，該等離子點火裝置的連接結(jié)構(gòu)即為與A相 線相連的磁控線圈12a繞于C槍41c上；與B相線相連的磁控線圈12b 繞于A槍41a上；與C相線相連的磁控線圈12c繞于B槍41b上。但應(yīng) 指出，本發(fā)明的保護范圍并不應(yīng)僅限于上述實施例中所示的連接結(jié)構(gòu)。 各相線通過與其相連的磁控線圈影響相鄰等離子槍所產(chǎn)生電弧的電流， 從而使等離子點火裝置的三個等離子槍之間形成互補關(guān)系，均衡各等離 子槍輸出火炬的功率。所述混合室42為混合各個交流等離子槍火炬的容室結(jié)構(gòu)。該混合室42的具體形狀和結(jié)構(gòu)依據(jù)點火裝置所使用的環(huán)境狀況不同，也隨之改 變。當(dāng)點火裝置作為獨立的燃燒裝置時，該混合室42為一端封閉， 一端 開口的容室結(jié)構(gòu)，該開口即為點火裝置的噴火口。當(dāng)點火裝置與煤粉通 道相結(jié)合作為點燃煤粉的火源時，則該混合室42應(yīng)為兩端開口的中空結(jié) 構(gòu)。并且，該混合室42根據(jù)不同煤種和鍋爐燃燒器的現(xiàn)場狀況，可設(shè)計 成圓柱錐形、橢圓柱錐形、矩柱錐形等形狀。應(yīng)該指出，上述所舉實施例為由三個單體等離子槍所構(gòu)成的交流等 離子點火裝置。該裝置結(jié)構(gòu)是根據(jù)市電中包括三個相線所設(shè)計的一個典 型結(jié)構(gòu)。但在實際使用時，根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)單體等離子槍的數(shù)量為三 個或三的倍數(shù)個單體等離子槍均應(yīng)視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、交流等離子槍，其特征在于包括第一管狀電極、第二管狀電極、絕緣環(huán)、進氣環(huán)；所述第一管狀電極的一端封閉；該第一管狀電極通過高頻引弧裝置與電源的相線相連；在該第一管狀電極外側(cè)繞有磁控線圈；所述第二管狀電極與電源的零線相連；在該第二管狀電極的輸出端設(shè)有噴嘴；所述絕緣環(huán)連接所述第一管狀電極和第二管狀電極，使兩電極絕緣；所述進氣環(huán)設(shè)置于所述第一管狀電極或第二管狀電極或絕緣環(huán)上，在該進氣環(huán)上沿切向方向開設(shè)有進氣孔。
2、 如權(quán)利要求1所述的交流等離子槍，其特征在于所述第一管狀 電極和第二管狀電極的管壁為夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)充水；所述夾層 結(jié)構(gòu)與進水口、出水口相連通。
3、 如權(quán)利要求1所述的交流等離子槍，其特征在于所述高頻引弧 裝置前端連接有限流電抗器；所述進氣孔與進氣管相連；在該進氣管上 設(shè)有進氣調(diào)壓閥。
4、 交流等離子點火裝置，其特征在于包括三個結(jié)構(gòu)相同的交流等 離子槍和混合室；所述交流等離子槍包括第一管狀電極、第二管狀電極、絕緣環(huán)、進 氣環(huán)；所述第一管狀電極的一端封閉；該第一管狀電極通過高頻引弧裝 置與電源的相線相連；在該第一管狀電極外側(cè)繞有磁控線圈；所述第二 管狀電極與電源的零線相連；在該第二管狀電極的輸出端設(shè)有噴嘴；所 述絕緣環(huán)連接所述第一管狀電極和第二管狀電極，使兩電極絕緣；所述 進氣環(huán)設(shè)置于所述第一管狀電極或第二管狀電極或絕緣環(huán)上，在該進氣 環(huán)上沿切向方向開設(shè)有進氣孔。所述三個交流等離子槍的噴嘴均接于所述混合室。
5、 如權(quán)利要求4所述的交流等離子點火裝置，其特征在于所述高 頻引弧裝置前端連接有限流電抗器。
6、 如權(quán)利要求5所述的交流等離子點火裝置，其特征在于在所述 磁控線圈串接于所述高頻引弧裝置和限流電抗器之間；與第一交流等離子槍連接的磁控線圈繞設(shè)于第二交流等離子槍上；與第二交流等離子槍 連接的磁控線圈繞設(shè)于第三交流等離子槍上；與第三交流等離子槍連接 的磁控線圈繞設(shè)于第一交流等離子槍上。
7、 如權(quán)利要求4所述的交流等離子點火裝置，其特征在于所述混 合室為一端封閉， 一端開口的容室結(jié)構(gòu)。
8、 如權(quán)利要求4所述的交流等離子點火裝置，其特征在于為兩端 開口的中空結(jié)構(gòu)。
9、 如權(quán)利要求4至8中任何一項所述的交流等離子點火裝置，其特 征在于還設(shè)置有三的倍數(shù)個與所述交流等離子槍結(jié)構(gòu)相同的交流等離 子槍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種交流等離子槍及其點火裝置。該交流等離子槍，包括第一管狀電極、第二管狀電極、絕緣環(huán)、進氣環(huán)；所述第一管狀電極的一端封閉；該第一管狀電極通過高頻引弧裝置與電源的相線相連；在該第一管狀電極外側(cè)繞有磁控線圈；所述第二管狀電極與電源的零線相連；在該第二管狀電極的輸出端設(shè)有噴嘴；所述絕緣環(huán)連接所述第一管狀電極和第二管狀電極，使兩電極絕緣；所述進氣環(huán)設(shè)置于所述第一管狀電極或第二管狀電極或絕緣環(huán)上，在該進氣環(huán)上沿切向方向開設(shè)有進氣孔。該點火裝置由多個等離子槍構(gòu)成。該交流等離子槍及其點火裝置不需配置整流電源，具有功率大、壽命長、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
文檔編號F23Q7/02GK101216183SQ20071030441
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者云 丁, 周大齊, 濱 李, 雪 楊, 迪 蔣, 謝正祿, 趙虎軍, 鄒維國, 陳光榮, 軍 高 申請人:北京光耀環(huán)境工程有限公司