本實用新型涉及一種等離子點火與穩(wěn)燃裝置，屬于熱能動力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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隨著國際國內(nèi)燃油價格的不斷攀升，電力、供暖機組的不斷擴建，使得電力、石化等行業(yè)的各種煤粉鍋爐的冷態(tài)或熱態(tài)啟動點火與低負荷穩(wěn)燃用油量大增，費用也直線上升，同時隨著交通運輸、化工等各種行業(yè)用油量的加大，又使得燃油價格不斷生高。為了解決這個問題，各國都在研究無油點火與穩(wěn)燃技術(shù)，力圖在電力、石化等行業(yè)的鍋爐點火與穩(wěn)燃階段，用價格較低的燃煤來代替燃油，達到以煤代油，節(jié)能能源費用的目的。

早在七十年代至今，美國GE公司，BW公司、西屋公司、原蘇聯(lián)、澳大利亞等公司以及我國的清華大學(xué)、哈爾濱鍋爐廠、武漢鍋爐廠、煙臺龍源電力技術(shù)有限公司、徐州燃控技術(shù)有限公司等單位進行了等離子無油點火技術(shù)的研究，但是從研究成果來看，都存在一定的不足，主要表現(xiàn)在煤粉燃燒器燃燒效果不好，煤粉流速與濃度沒有精確的監(jiān)測，垂直流型電弧等離子噴槍的熱效率較低，導(dǎo)致等離子點火發(fā)生燃燒器結(jié)焦與滅火現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本實用新型的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有煤粉流速與濃度監(jiān)測的等離子點火與穩(wěn)燃裝置，將安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器和平行流型等離子噴槍，以及煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置結(jié)合在一起，從根本上解決點火不成功與燃燒不穩(wěn)定的問題。

本實用新型所采用的技術(shù)解決方案：一種帶有煤粉流速與濃度監(jiān)測的等離子點火與穩(wěn)燃裝置，包括分級燃燒煤粉燃燒器、平行流型等離子噴槍、煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置、一次風(fēng)粉管道；所述的分級燃燒煤粉燃燒器包括煤粉燃燒器外殼、燃燒室、煤粉燃燒器彎頭、固定保護套管；燃燒室安裝在煤粉燃燒器外殼內(nèi)，靠近煤粉燃燒器外殼一端端口；煤粉燃燒器彎頭兩端分別與煤粉燃燒器外殼另一端端口、一次風(fēng)粉管道連接；固定保護套管安裝于煤粉燃燒器彎頭上，平行流型等離子噴槍通過固定保護套管插入分級燃燒煤粉燃燒器，平行流型等離子噴槍噴口位于燃燒室端口內(nèi)；煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置固定安裝于一次風(fēng)粉管道上。

所述的分級燃燒煤粉燃燒器的燃燒室包括外層燃燒室、外層燃燒室環(huán)形碰撞環(huán)、中間燃燒室、中間燃燒室斜坡擾動塊、內(nèi)層燃燒室、內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊、外層燃燒室壁溫測點、內(nèi)層燃燒室壁溫測點；外層燃燒室、中間燃燒室、內(nèi)層燃燒室從靠近煤粉燃燒器外殼一端開始依次前后排布，分別通過支撐塊安裝于煤粉燃燒器外殼內(nèi)，外層燃燒室、中間燃燒室與內(nèi)層燃燒室之間同軸；外層燃燒室環(huán)形碰撞環(huán)布置于外層燃燒室的內(nèi)壁靠近煤粉燃燒器外殼端口一端，中間燃燒室斜坡擾動塊間隔地均勻分布于中間燃燒室的內(nèi)壁上，內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊間隔地均勻分布于內(nèi)層燃燒室的內(nèi)壁上；外層燃燒室壁溫測點位于外層燃燒室上，內(nèi)層燃燒室壁溫測點位于內(nèi)層燃燒室上，外層燃燒室壁溫測點、內(nèi)層燃燒室壁溫測點分別實時監(jiān)測外層燃燒室和內(nèi)層燃燒室的壁溫變化。

所述的煤粉燃燒器彎頭沿弧形彎道安裝彎頭隔板，煤粉燃燒器彎頭內(nèi)壁與彎頭隔板兩面都安裝有耐磨材質(zhì)件。

所述中間燃燒室斜坡擾動塊或內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊為帶有10度～45度傾角的楔形擋塊。

所述分級燃燒煤粉燃燒器還包括支撐平臺，支撐平臺安裝于煤粉燃燒器彎頭上。

所述平行流型等離子噴槍包括噴槍陽極、噴槍陰極、噴槍連接管、噴槍槍體；噴槍陽極、噴槍陰極通過噴槍連接管安裝于噴槍槍體上，噴槍陽極位于噴槍陰極的前部位置；噴槍陽極、噴槍陰極、噴槍連接管插入固定保護套管內(nèi)，噴槍連接管通過外壁上的固定法蘭安裝于固定保護套管上，噴槍槍體安裝移動滑輪，移動滑輪放置于支撐平臺上；平行流型等離子噴槍噴口位于內(nèi)層燃燒室端口內(nèi)。

所述煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置安裝位置距一次風(fēng)粉管道進口的直段長度大于倍的一次風(fēng)粉管道直徑，距一次風(fēng)粉管道出口的直段長度大于倍的一次風(fēng)粉管道管道直徑，一次風(fēng)粉管道與煤粉燃燒器彎頭連接的一端為一次風(fēng)粉管道出口，另一端為一次風(fēng)粉管道進口。

所述煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置的感應(yīng)測量部件為內(nèi)環(huán)盤管式，環(huán)繞安裝在一次風(fēng)粉管道上。

所述耐磨材質(zhì)件的材料為耐磨陶瓷、龜甲網(wǎng)、高鉻合金或KN納米合金。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：

(1)本實用新型采用安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器，煤粉燃燒器設(shè)計為三層分級燃燒室結(jié)構(gòu)，在外層燃燒室內(nèi)壁布置環(huán)形的碰撞環(huán)，在中間燃燒室和內(nèi)層燃燒室內(nèi)壁布置斜坡擾動塊，能夠使風(fēng)粉氣流在流動過程中產(chǎn)生流動梯度擾動，增加風(fēng)粉氣流的湍流度，從而能夠使風(fēng)粉氣流更好的與等離子火焰接觸，穩(wěn)定燃燒。

(2)本實用新型在外層燃燒室外壁布置外層燃燒室壁溫測點，在內(nèi)層燃燒室布置內(nèi)層燃燒室壁溫測點，能夠?qū)崟r監(jiān)測外層燃燒室和內(nèi)層燃燒室的壁溫變化情況，通過壁溫的變化來調(diào)整一次風(fēng)粉的流動速度，從而防止燃燒室超溫運行.

(3)本實用新型在煤粉燃燒器彎頭內(nèi)部布置彎頭隔板，彎頭隔板與彎頭內(nèi)壁布置耐磨材質(zhì)件，能夠防止一次風(fēng)粉在流動過程中經(jīng)過彎頭時由于離心作用，造成煤粉濃度的不均勻，耐磨材質(zhì)件保證了彎頭內(nèi)壁與中間隔板不被風(fēng)粉氣流沖刷，延長使用壽命。

(4)本實用新型等離子噴槍采用平行流型電弧等離子噴槍，等離子噴槍的介質(zhì)氣體與冷卻水都從噴槍槍體和噴槍連接管進行輸送，冷卻水輸送到噴槍陰極和噴槍陽極，介質(zhì)氣體輸送到噴槍陰極和噴槍陽極的進氣部位，形成穩(wěn)定的氣體供應(yīng)，氣體流量通過熱式質(zhì)量流量計或者金屬管浮子流量計進行精準(zhǔn)測量，冷卻水通過渦輪流量計或者熱式質(zhì)量流量計進行精準(zhǔn)測量，對介質(zhì)氣體和冷卻水也可以采用壓力開關(guān)信號測量，介質(zhì)氣體信號和冷卻水信號輸送到控制系統(tǒng)，對等離子噴槍的運行提供保護，防止異常情況出現(xiàn)。

(5)本實用新型等離子噴槍與煤粉燃燒器采用同軸安裝結(jié)構(gòu)，噴槍火焰向前運動的方向與風(fēng)粉氣流運動方向一致，且相互平行，風(fēng)粉氣流被噴槍火焰加熱的時間較長，提高了點火穩(wěn)定性。

(6)本實用新型煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置設(shè)計為非接觸式、全截面風(fēng)粉測量的測量方式，以陣列式靜電傳感器和空間濾波測量為主，傳感器完全包裹整個風(fēng)粉徑流，和風(fēng)粉無摩擦碰撞，對風(fēng)粉流動無任何干擾，通過煤粉攜帶的靜電信息進行測量，實時記錄風(fēng)粉的流動速度與濃度。當(dāng)點火燃燒火焰出現(xiàn)異常時，能夠通過數(shù)據(jù)測量來進行判斷，從而再進行相關(guān)設(shè)備與裝置的運行調(diào)整，達到穩(wěn)定的點火燃燒狀態(tài)。

(7)本實用新型主要應(yīng)用在煤粉鍋爐的冷態(tài)或熱態(tài)啟動點火與低負荷穩(wěn)燃階段，同時也可以應(yīng)用在水泥、陶瓷、冶金等以煤粉作為主要能源的行業(yè)。此實用新型裝置對于煤粉具有很強的適應(yīng)性，能夠點燃褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤、混煤等各種煤種的煤粉。

附圖說明

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型等離子噴槍固定連接示意圖；

圖3為本實用新型煤粉燃燒器彎頭示意圖；

圖4為本實用新型煤粉燃燒器彎頭隔板示意圖；

具體實施方式：

如圖1、圖3所示，本實用新型一種帶有煤粉流速與濃度監(jiān)測的等離子點火與穩(wěn)燃裝置，包括安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器和平行流型等離子噴槍8，以及煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21。平行流型等離子噴槍8通過固定保護套管12和固定法蘭13安裝在安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器上，平行流型等離子噴槍8與安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器部分安裝時采用同軸結(jié)構(gòu)，一次風(fēng)粉管道20與煤粉燃燒器彎頭11連接，煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置固定安裝于一次風(fēng)粉管道20上。

分級燃燒煤粉燃燒器包括煤粉燃燒器外殼1、外層燃燒室2、外層燃燒室環(huán)形碰撞環(huán)3、中間燃燒室4、中間燃燒室斜坡擾動塊5、內(nèi)層燃燒室6、內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊7、煤粉燃燒器彎頭11、支撐平臺17、固定保護套管12、外層燃燒室壁溫測點24、內(nèi)層燃燒室壁溫測點25；外層燃燒室2、中間燃燒室4、內(nèi)層燃燒室6從靠近煤粉燃燒器外殼1一端開始依次前后排布，分別通過支撐塊安裝于煤粉燃燒器外殼1內(nèi)，支撐平臺17、固定保護套管12安裝于煤粉燃燒器彎頭11上，煤粉燃燒器彎頭11兩端分別與煤粉燃燒器外殼1另一端端口、一次風(fēng)粉管道20端口連接；外層燃燒室壁溫測點24安裝于外層燃燒室2上，內(nèi)層燃燒室壁溫測點25安裝于內(nèi)層燃燒室6上；外層燃燒室環(huán)形碰撞環(huán)3布置于外層燃燒室2的內(nèi)壁靠近煤粉燃燒器外殼1端口一端，中間燃燒室斜坡擾動塊5間隔地均勻分布于中間燃燒室4的內(nèi)壁上，內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊7間隔地均勻分布于內(nèi)層燃燒室6的內(nèi)壁上，中間燃燒室斜坡擾動塊5與內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊7為帶有10度-45度傾角的楔形擋塊；分級煤粉燃燒器為三層分級燃燒室結(jié)構(gòu)，能夠使風(fēng)粉氣流在流動過程中產(chǎn)生流動梯度擾動，增加風(fēng)粉氣流的湍流度，從而能夠使風(fēng)粉氣流更好的與等離子火焰接觸，穩(wěn)定燃燒；在外層燃燒室2外壁布置外層燃燒室壁溫測點24，在內(nèi)層燃燒室6布置內(nèi)層燃燒室壁溫測點25，能夠?qū)崟r監(jiān)測外層燃燒室2和內(nèi)層燃燒室6的壁溫變化情況，通過壁溫的變化來調(diào)整一次風(fēng)粉的流動速度，從而防止燃燒室超溫運行。

如圖4所示，煤粉燃燒器彎頭11沿弧形彎道安裝彎頭隔板18，煤粉燃燒器彎頭11內(nèi)壁與彎頭隔板18兩面都安裝有耐磨材質(zhì)件19，能夠防止一次風(fēng)粉在流動過程中經(jīng)過煤粉燃燒器彎頭11時由于離心作用，造成煤粉濃度的不均勻，耐磨材質(zhì)件保證了煤粉燃燒器彎頭11內(nèi)壁與中間隔板18不被風(fēng)粉氣流沖刷，延長使用壽命。耐磨材質(zhì)件19的材料為耐磨陶瓷、龜甲網(wǎng)、高鉻合金或KN納米合金。

如圖2所示，平行流型等離子噴槍8包括噴槍陽極9、噴槍陰極10、噴槍連接管14、噴槍槍體15；噴槍陽極9、噴槍陰極10通過噴槍連接管14安裝于噴槍槍體15上，噴槍陽極9位于噴槍陰極10的前部位置；噴槍陽極9、噴槍陰極10、噴槍連接管14插入固定保護套管12內(nèi)，噴槍連接管14通過外壁上的固定法蘭13安裝于固定保護套管12上，噴槍槍體15安裝移動滑輪16，移動滑輪16放置于支撐平臺17上；平行流型等離子噴槍8噴口位于內(nèi)層燃燒室6端口內(nèi)。

平行流型等離子噴槍8為介質(zhì)氣體從噴槍陰極10和噴槍陽極9之間進入，噴槍陰極10與直流整流電源的陰極連接，噴槍陽極9與直流整流電源的陽極連接，介質(zhì)氣體通過高頻高壓裝置或者短路接觸裝置對氣體進行擊穿起弧，直流整流電源的整流系統(tǒng)采用晶體管整流或者可控硅晶閘管整流方式，形成穩(wěn)定的直流恒流電源系統(tǒng)，穩(wěn)定的直流恒流電源持續(xù)為等離子噴槍提供電力供應(yīng)，從而形成穩(wěn)定的等離子體電弧火焰；平行流型等離子噴槍8的介質(zhì)氣體與冷卻水都從噴槍槍體15和噴槍連接管14進行輸送，冷卻水輸送到噴槍陰極10和噴槍陽極9，介質(zhì)氣體輸送到噴槍陰極10和噴槍陽極9的進氣部位，形成穩(wěn)定的氣體供應(yīng)，氣體流量通過熱式質(zhì)量流量計或者金屬管浮子流量計進行精準(zhǔn)測量，冷卻水流量通過渦輪流量計或者熱式質(zhì)量流量計進行精準(zhǔn)測量，對介質(zhì)氣體和冷卻水也可以采用壓力開關(guān)信號測量，介質(zhì)氣體信號和冷卻水信號輸送到控制系統(tǒng)，對平行流型等離子噴槍8的運行提供保護，防止異常情況出現(xiàn)。

煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21固定安裝于一次風(fēng)粉管道20上，對一次風(fēng)粉進行流速和濃度監(jiān)測。煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21安裝位置距一次風(fēng)粉管道20進口的直段長度大于5倍的一次風(fēng)粉管道20直徑，距一次風(fēng)粉管道20出口的直段長度大于1倍的一次風(fēng)粉管道20管道直徑，一次風(fēng)粉管道20與煤粉燃燒器彎頭11連接一端為一次風(fēng)粉管道20出口，另一端為一次風(fēng)粉管道20進口。

煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21由靜電傳感器22和信號處理模塊23組成，煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21的感應(yīng)測量部件為內(nèi)環(huán)盤管式設(shè)計。煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21為非接觸式、全截面風(fēng)粉測量的測量方式，以陣列式靜電傳感器22和空間濾波測量為主，靜電傳感器22完全包裹整個風(fēng)粉徑流，和風(fēng)粉無摩擦碰撞，對風(fēng)粉流動無任何干擾，通過煤粉自身攜帶的靜電信息進行測量，信號處理模塊23對靜電傳感器22測得的信息進行處理，獲得并實時記錄風(fēng)粉的流動速度與濃度，同時監(jiān)測裝置也可以采用超聲波測量方式。當(dāng)點火燃燒火焰出現(xiàn)異常時，能夠通過數(shù)據(jù)測量來進行判斷，從而再進行相關(guān)設(shè)備與裝置的運行調(diào)整，達到穩(wěn)定的點火燃燒狀態(tài)。

本實用新型的工作原理：一次風(fēng)粉管道20進口與鍋爐或者窯爐現(xiàn)場的一次風(fēng)粉管道進行連接，分級燃燒煤粉燃燒器噴口前端與爐墻連接，噴槍陽極9與整流電源的陽極連接，噴槍陰極10與整流電源的陰極連接，冷卻水與介質(zhì)氣體通過噴槍槍體15與現(xiàn)場管道連接，連接完畢后，仔細檢查水、電、氣、信號線等接口，確保無誤后系統(tǒng)安裝完成。先打開冷卻水閥門，再打開介質(zhì)氣體閥門，壓力與流量信號正常后，首先設(shè)定等離子噴槍啟動電流，通過高頻高壓或者短路接觸起弧成功后，形成溫度在4000℃左右的穩(wěn)定的高溫等離子體火焰，等離子體火焰穩(wěn)定運行的同時，保證一次風(fēng)粉管道20內(nèi)的風(fēng)粉氣流滿足點火狀態(tài)，并通過煤粉流速與濃度監(jiān)測裝置21對一次風(fēng)粉氣流進行穩(wěn)定監(jiān)測，保證一次風(fēng)粉氣流的流速與濃度在點火范圍內(nèi)，如果風(fēng)粉流速與濃度出現(xiàn)大的波動，及時通過調(diào)整裝置進行調(diào)整。4000℃的高溫等離子體火焰能夠使粒徑在10-200μm的煤粉顆粒受到加熱發(fā)生爆裂，再造揮發(fā)份，所以這種高溫火焰對于點燃煤粉具有良好的效果，等離子體火焰首先與分級燃燒煤粉燃燒器內(nèi)層燃燒室6內(nèi)的風(fēng)粉混合物進行點燃作用，然后再與中間燃燒室4的風(fēng)粉點燃作用，最后再與外層燃燒室2的風(fēng)粉混合物進行點燃作用，達到分級燃燒的目的，減少煤粉點燃需要的能量。同時彎頭隔板18能夠有效的減少風(fēng)粉氣流經(jīng)過彎頭時因為離心作用產(chǎn)生的煤粉顆粒不均的現(xiàn)象，內(nèi)層燃燒室斜坡擾動塊7和中間燃燒室斜坡擾動塊5以及外層燃燒室環(huán)形碰撞環(huán)3能夠增加一次風(fēng)粉氣流的湍流度，增加與等離子體火焰的接觸效果，形成穩(wěn)定的點火燃燒狀態(tài)，風(fēng)粉氣流再進入到爐膛內(nèi)進行后續(xù)的燃燒。

目前以煤作為燃燒介質(zhì)的行業(yè)，由于煤自身的燃燒特性，低溫時煤粉無法直接點燃著火，必須首先將爐膛加熱到一定的溫度，然后再投入煤粉，在加熱的過程中，要消耗大量的燃油或燃氣，我國每年僅電站鍋爐的冷態(tài)啟動點火與低負荷穩(wěn)燃就燒掉大約3000萬噸的燃油，目前在液體燃料與氣體燃料價格高漲的情況下，以每噸燃油價格6000.00元計算，折合人民幣1800.00億元，再加上其它的水泥、陶瓷、冶金等行業(yè)，因此每年的冷態(tài)啟動點火與低負荷穩(wěn)燃，所消耗液體燃料的費用是一個極大的數(shù)字，而應(yīng)用這項技術(shù)，以等離子體噴槍火焰直接點燃煤粉放出的熱量，來代替大油槍燃燒放出的熱量，以煤代油，不消耗燃油，所以應(yīng)用這項技術(shù)在目前能源供給緊張的情況下，將對國家的燃油與燃氣的安全供應(yīng)提供強大的支持。

本實用新型未詳細說明的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。