本實(shí)用新型涉及一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，屬于等離子點(diǎn)火技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

等離子點(diǎn)火技術(shù)是利用等離子噴槍獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體氣團(tuán)在燃燒器的一次燃燒筒內(nèi)形成T＞5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過(guò)該等離子“火核”時(shí)與等離子火焰進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，使得煤粉顆粒10^-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)份，煤粉迅速著火。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鍋爐無(wú)油(或少油)點(diǎn)火和低負(fù)荷無(wú)油穩(wěn)燃，大大節(jié)約了燃油耗量，降低基建和發(fā)電成本，同時(shí)，電除塵器可以在鍋爐點(diǎn)火初期正常投入運(yùn)行，大大減少了粉塵的排放量，避免了環(huán)境污染，帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。因此，近些年來(lái)，煤粉鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)在我國(guó)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。

等離子燃燒器是等離子點(diǎn)火技術(shù)的核心設(shè)備之一，是借助等離子噴槍噴出的高溫等離子體來(lái)點(diǎn)燃煤粉燃燒器，與傳統(tǒng)的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就與等離子火焰接觸，煤粉被點(diǎn)燃，火焰在燃燒器內(nèi)逐步放大，因此，等離子燃燒器屬于內(nèi)燃型燃燒器，可以在爐膛內(nèi)無(wú)火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的無(wú)油啟動(dòng)和無(wú)油低負(fù)荷穩(wěn)燃。

等離子點(diǎn)火技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中仍存在部分尚需改善的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在目前的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)基本上采用布置濃縮塊的等離子燃燒器，依賴與各級(jí)燃燒區(qū)間的“濃點(diǎn)濃”效應(yīng)，等離子噴槍輸出功率普遍在100kW級(jí)水平，在這種等離子點(diǎn)火系統(tǒng)條件下，對(duì)于燃燒揮發(fā)份較高且進(jìn)料煤質(zhì)穩(wěn)定的鍋爐點(diǎn)火效果較好，然而我國(guó)的燃煤品質(zhì)變化較大，在點(diǎn)火過(guò)程中容易出現(xiàn)點(diǎn)火困難或燃燒不充分的情況，更有甚者，冬季低溫環(huán)境下，燃煤溫度低，也會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火和著火變差，有的電力企業(yè)甚至新安裝的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，卻因?yàn)槊嘿|(zhì)的改變導(dǎo)致點(diǎn)火困難和燃燒不充分，不得不重新恢復(fù)傳統(tǒng)的油槍點(diǎn)火。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，能夠強(qiáng)化燃燒器內(nèi)各級(jí)煤粉氣流之間的混合和換熱，解決了煤質(zhì)變化或外界溫度降低時(shí)等離子點(diǎn)火困難和著火燃盡惡化的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，包括中心筒、二級(jí)燃燒筒、三級(jí)燃燒筒、外筒、濃縮塊、二級(jí)旋流葉片和三級(jí)旋流葉片，中心筒、二級(jí)燃燒筒、三級(jí)燃燒筒和外筒均采用圓筒狀結(jié)構(gòu)且筒徑依次增大，中心筒、二級(jí)燃燒筒和三級(jí)燃燒筒依次同心嵌套在外筒中，濃縮塊設(shè)置在中心筒內(nèi)，二級(jí)旋流葉片設(shè)置在中心筒與二級(jí)燃燒筒之間，三級(jí)旋流葉片設(shè)置在二級(jí)燃燒筒與三級(jí)燃燒筒之間，三級(jí)旋流葉片的旋角小于二級(jí)旋流葉片的旋角。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，還包括熱電偶和支撐肋板，支撐肋板設(shè)置在中心筒、二級(jí)燃燒筒、三級(jí)燃燒筒和外筒之間，用于監(jiān)測(cè)筒壁溫度的熱電偶設(shè)置在中心筒和外筒上，將低溫煤粉氣流通入等離子燃燒器。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，中心筒的直徑為等離子火焰直徑的1.5～2.0倍，中心筒的長(zhǎng)度為其直徑的1.8～3.0倍。該尺寸設(shè)計(jì)一方面保證進(jìn)入中心筒內(nèi)的煤粉量滿足設(shè)計(jì)需求，使得等離子體火焰的能量能夠?qū)⑵潼c(diǎn)燃，另一方面保證了中心筒內(nèi)煤粉迅速裂解產(chǎn)生揮發(fā)份，便于引燃二級(jí)燃燒筒內(nèi)的煤粉。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，二級(jí)旋流葉片的數(shù)量為12～18個(gè)，二級(jí)旋流葉片的旋角范圍是40～60°。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，三級(jí)旋流葉片的數(shù)量為12～18個(gè)，三級(jí)旋流葉片的旋角范圍是25～35°。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，二級(jí)旋流葉片與三級(jí)旋流葉片的旋向相同，能夠在強(qiáng)化各級(jí)煤粉氣流的混合的條件下最大程度的保證煤粉氣流和火焰的剛度。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，二級(jí)旋流葉片與三級(jí)旋流葉片的形狀均采用矩形或梯形，便于匹配燃燒筒環(huán)形區(qū)域的結(jié)構(gòu)，降低阻力。

在上述的一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器中，濃縮塊采用撞擊式結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、本實(shí)用新型的中心筒與各級(jí)燃燒筒依次同心嵌套在外筒中，有效提高了燃燒器內(nèi)火焰?zhèn)鬏數(shù)乃俣群途?，能夠在煤質(zhì)發(fā)生變化或外界溫度降低時(shí)，確保等離子燃燒器快速點(diǎn)火。

2、本實(shí)用新型的二級(jí)旋流葉片與三級(jí)旋流葉片能夠使部分煤粉氣流旋轉(zhuǎn)進(jìn)入燃燒筒，與前一級(jí)燃燒筒噴出的燃燒火焰進(jìn)行強(qiáng)烈的混合，便于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱。

3、本實(shí)用新型三級(jí)旋流葉片的旋角比二級(jí)旋流葉片的旋角小，實(shí)現(xiàn)了在煤粉氣流旋轉(zhuǎn)、強(qiáng)化換熱和著火的同時(shí)，逐步降低燃燒火焰的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

4、本實(shí)用新型的外筒與三級(jí)燃燒筒之間未設(shè)置旋流葉片，能夠保證燃燒器出口處燃燒火焰的強(qiáng)度，有效防止火焰進(jìn)入鍋爐后沖刷水冷壁等燃盡惡化問(wèn)題的發(fā)生。

5、本實(shí)用新型的低溫煤粉氣流能夠?qū)Ω骷?jí)燃燒筒起到冷卻降溫的作用，保證了各級(jí)燃燒筒的安全運(yùn)行。

6、本實(shí)用新型的中心筒和外筒出口處均設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)筒壁溫度的熱電偶，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)燃燒器內(nèi)火焰強(qiáng)度最大的兩個(gè)區(qū)域，便于控制等離子燃燒器安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖

圖2為本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖

圖3為本實(shí)用新型二級(jí)旋流葉片結(jié)構(gòu)圖

圖4為本實(shí)用新型三級(jí)旋流葉片結(jié)構(gòu)圖

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)圖

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例二的二級(jí)旋流葉片結(jié)構(gòu)圖

圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例二的三級(jí)旋流葉片結(jié)構(gòu)圖

其中：1中心筒；2二級(jí)燃燒筒；3三級(jí)燃燒筒；4外筒；5濃縮塊；6二級(jí)旋流葉片；7三級(jí)旋流葉片；8熱電偶

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，包括中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3、外筒4、濃縮塊5、二級(jí)旋流葉片6和三級(jí)旋流葉片7，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3和外筒4均采用圓筒狀結(jié)構(gòu)且筒徑依次增大，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2和三級(jí)燃燒筒3依次同心嵌套在外筒4中，濃縮塊5設(shè)置在中心筒1內(nèi)，二級(jí)旋流葉片6設(shè)置在中心筒1與二級(jí)燃燒筒2之間，三級(jí)旋流葉片7設(shè)置在二級(jí)燃燒筒2與三級(jí)燃燒筒3之間，三級(jí)旋流葉片7的旋角小于二級(jí)旋流葉片6的旋角。

還包括熱電偶8和支撐肋板，支撐肋板設(shè)置在中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3和外筒4之間，熱電偶8設(shè)置在中心筒1和外筒4上。

中心筒1的直徑為等離子火焰直徑的1.5～2.0倍，中心筒1的長(zhǎng)度為其直徑的1.8～3.0倍。

二級(jí)旋流葉片6的數(shù)量為12～18個(gè)，二級(jí)旋流葉片6的旋角范圍是40～60°，三級(jí)旋流葉片7的數(shù)量為12～18個(gè)，三級(jí)旋流葉片7的旋角范圍是25～35°。

二級(jí)旋流葉片6和三級(jí)旋流葉片7的數(shù)量沒有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，二級(jí)旋流葉片6和三級(jí)旋流葉片7的旋角也沒有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以靈活設(shè)置。

實(shí)施例一：

如圖1所示，一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，包括中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3、外筒4、濃縮塊5、二級(jí)旋流葉片6、三級(jí)旋流葉片7、熱電偶8和支撐肋板，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3和外筒4均采用圓筒狀結(jié)構(gòu)且筒徑依次增大，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2和三級(jí)燃燒筒3依次同心嵌套在外筒4中并用支撐肋板固定，濃縮塊5設(shè)置在中心筒1內(nèi)，二級(jí)旋流葉片6設(shè)置在中心筒1與二級(jí)燃燒筒2之間，三級(jí)旋流葉片7設(shè)置在二級(jí)燃燒筒2與三級(jí)燃燒筒3之間，三級(jí)旋流葉片7的旋角小于二級(jí)旋流葉片6的旋角，熱電偶8設(shè)置在中心筒1和外筒4上。

如圖2所示，將等離子噴槍插入到中心筒內(nèi)，在電弧的作用下，通過(guò)噴槍電極間的介質(zhì)氣體被電離成為等離子體，從噴槍噴出形成等離子體火焰。進(jìn)入中心筒1的煤粉氣流經(jīng)過(guò)濃縮塊5濃縮后，中心的濃煤粉氣流與高溫等離子火焰發(fā)生強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng)，煤粉裂解產(chǎn)生大量的揮發(fā)份，煤粉著火，中心筒內(nèi)著火燃燒的煤粉在其出口處形成穩(wěn)定的火焰；煤粉氣流通過(guò)二級(jí)旋流葉片6在二級(jí)燃燒筒2內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，與中心筒1噴出的燃燒火焰進(jìn)行強(qiáng)烈的混合和換熱，并著火燃燒，隨著混合氣流的不斷前行，著火和燃燒也越來(lái)越劇烈，達(dá)到二級(jí)燃燒筒2的出口時(shí)，已形成穩(wěn)定的燃燒火焰；同樣的，煤粉氣流通過(guò)三級(jí)旋流葉片7在三級(jí)燃燒筒3內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，由于三級(jí)旋流葉片7的旋角比二級(jí)旋流葉片6的旋角小，在速度差的作用下，進(jìn)入三級(jí)燃燒筒3的旋轉(zhuǎn)氣流同樣會(huì)與二級(jí)燃燒筒2噴出的燃燒火焰進(jìn)行強(qiáng)烈的混合和換熱，實(shí)現(xiàn)著火和燃燒；從三級(jí)燃燒筒3噴出的燃燒火焰繼而點(diǎn)燃進(jìn)入外筒的煤粉，以此實(shí)現(xiàn)燃燒器內(nèi)煤粉逐步著火和燃燒，低溫煤粉氣流能夠?qū)Ω骷?jí)燃燒筒起到了冷卻降溫的作用；在外筒4與三級(jí)燃燒筒3之間未設(shè)置旋流葉片，中心筒1和外筒4出口處的筒壁表面設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)筒壁溫度的熱電偶8，二級(jí)旋流葉片6和三級(jí)旋流葉片7的形狀采用矩形。

如圖3所示，二級(jí)旋流葉片6的數(shù)量設(shè)為16個(gè)，二級(jí)旋流葉片6的旋角設(shè)為α₁，α₁＝45°(最優(yōu)選擇)。

如圖4所示，三級(jí)旋流葉片7的數(shù)量設(shè)為16個(gè)，三級(jí)旋流葉片7的旋角設(shè)為β₁，β₁＝30°(最優(yōu)選擇)。

實(shí)施例二：

如圖5所示，一種帶旋流葉片強(qiáng)化著火的等離子燃燒器，包括中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3、外筒4、濃縮塊5、二級(jí)旋流葉片6、三級(jí)旋流葉片7、熱電偶8和支撐肋板，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2、三級(jí)燃燒筒3和外筒4均采用圓筒狀結(jié)構(gòu)且筒徑依次增大，中心筒1、二級(jí)燃燒筒2和三級(jí)燃燒筒3依次同心嵌套在外筒4中并用支撐肋板固定，濃縮塊5設(shè)置在中心筒1內(nèi)，二級(jí)旋流葉片6設(shè)置在中心筒1與二級(jí)燃燒筒2之間，三級(jí)旋流葉片7設(shè)置在二級(jí)燃燒筒2與三級(jí)燃燒筒3之間，三級(jí)旋流葉片7的旋角小于二級(jí)旋流葉片6的旋角，熱電偶8設(shè)置在中心筒1和外筒4上。

如圖6所示，將等離子噴槍插入到中心筒內(nèi)，在電弧的作用下，通過(guò)噴槍電極間的介質(zhì)氣體被電離成為等離子體，從噴槍噴出形成等離子體火焰。進(jìn)入中心筒1的煤粉氣流經(jīng)過(guò)濃縮塊5濃縮后，中心的濃煤粉氣流與高溫等離子火焰發(fā)生強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng)，煤粉裂解產(chǎn)生大量的揮發(fā)份，煤粉著火，中心筒內(nèi)著火燃燒的煤粉在其出口處形成穩(wěn)定的火焰；煤粉氣流通過(guò)二級(jí)旋流葉片6在二級(jí)燃燒筒2內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，與中心筒1噴出的燃燒火焰進(jìn)行強(qiáng)烈的混合和換熱，并著火燃燒，隨著混合氣流的不斷前行，著火和燃燒也越來(lái)越劇烈，達(dá)到二級(jí)燃燒筒2的出口時(shí)，已形成穩(wěn)定的燃燒火焰；同樣的，煤粉氣流通過(guò)三級(jí)旋流葉片7在三級(jí)燃燒筒3內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，由于三級(jí)旋流葉片7的旋角比二級(jí)旋流葉片6的旋角小，在速度差的作用下，進(jìn)入三級(jí)燃燒筒3的旋轉(zhuǎn)氣流同樣會(huì)與二級(jí)燃燒筒2噴出的燃燒火焰進(jìn)行強(qiáng)烈的混合和換熱，實(shí)現(xiàn)著火和燃燒；從三級(jí)燃燒筒3噴出的燃燒火焰繼而點(diǎn)燃進(jìn)入外筒的煤粉，以此實(shí)現(xiàn)燃燒器內(nèi)煤粉逐步著火和燃燒，低溫煤粉氣流能夠?qū)Ω骷?jí)燃燒筒起到了冷卻降溫的作用；在外筒4與三級(jí)燃燒筒3之間未設(shè)置旋流葉片，中心筒1和外筒4出口處的筒壁表面設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)筒壁溫度的熱電偶8，二級(jí)旋流葉片6和三級(jí)旋流葉片7的形狀采用梯形。

如圖7所示，二級(jí)旋流葉片6的數(shù)量設(shè)為12個(gè)，二級(jí)旋流葉片6的旋角設(shè)為α₂，α₂＝60°。

如圖8所示，三級(jí)旋流葉片7的數(shù)量設(shè)為12個(gè)，三級(jí)旋流葉片7的旋角設(shè)為β₂，β₂＝35°。

本實(shí)用新型的工作原理是：

等離子燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮了有限的等離子體能量不能點(diǎn)燃無(wú)限的煤粉量，借助燃料的“異體—自身熱能轉(zhuǎn)化”原理，同時(shí)結(jié)合分級(jí)著火、逐級(jí)放大的思想，等離子燃燒器采用多級(jí)燃燒結(jié)構(gòu)；第Ⅰ區(qū)為中心筒一級(jí)燃燒室，經(jīng)過(guò)濃縮塊濃縮后的濃煤粉氣流與高溫等離子火焰發(fā)生強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng)，煤粉裂解產(chǎn)生大量的揮發(fā)份，煤粉著火，中心筒內(nèi)著火燃燒的煤粉在出口處形成穩(wěn)定的二級(jí)煤粉的點(diǎn)火源；第Ⅱ區(qū)及后續(xù)的各級(jí)燃燒區(qū)為混合燃燒區(qū)，在混合燃燒區(qū)內(nèi)揮發(fā)份及煤粉繼續(xù)燃燒，并將后續(xù)引入的煤粉點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒；混合燃燒區(qū)采用“濃點(diǎn)濃”的原則，在合理的位置上設(shè)置濃縮塊，使得淡煤粉流貼壁而濃煤粉流進(jìn)入主點(diǎn)火燃燒器燃燒。

本實(shí)用新型說(shuō)明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。