专利名称：一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种火力发电领域中的煤粉锅炉的点火装置。
背景技术：
我国是一个火电大国。煤粉锅炉是我国的发电主体。在长期的运行当中，有一个问题始终没能很好的解决，这就是在煤粉锅炉的启动暖炉、助燃、稳燃过程中，需要烧掉大量的燃油。在此期间，煤粉就显得无能为力。因此，每年全国在这方面消耗的燃油价值上百亿元，如果在锅炉燃烧的全过程中使用煤粉，将可以节省80亿人民币以上。
近年来，各国都在研究等离子点火技术，力图取代用燃油点燃煤粉锅炉的方法，由于种种原因，未能取得实质性的技术突破。没有一个具有商业价值的产品得到应用推广，随着世界石油危机的日益严重，迫切需要一种替代燃油的点火方法和点火装置。
目前使用的等离子煤粉点火技术，存在明显问题是点火能量不足，与过去采用的电弧点火器没有本质上的改进，照这个思路发展下去，势必需要更大功率的等离子电弧。硕大的阴极是这项技术发展难以跨越的障碍，巨大的空气气流快速的烧蚀阴极，是一个必须面对的现实，阴极的造价和工艺成为焦点问题。现有方法的另一个途径是将等离子体与一次风煤粉置于一体，昂贵的成本和可靠性要求制约了它的发展。
发明内容
本实用新型目的是提供利用现有的等离子设备，实现分体、小功率等离子体点燃锅炉煤粉，避免频繁更换电极和提高点火系统的工作稳定可靠性的锅炉煤粉点火装置。
本实用新型所述一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置包括等离子发生装置和载流喷头；所述载流喷头包括能量转换室和等离子喷射口；所述能量转换室的侧壁为与水蒸汽或氧气输送管道连通的缝隙或孔道，所述能量转换室的内端为等离子发生装置的等离子体输出端、其外端为等离子喷射口；上述点火装置被固定在一个外套筒的端部，该外套筒的端部呈向上倾斜弯头结构，其倾斜角度应满足等离子喷射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°-90°的夹角，所述外套筒除端部弯头结构外，其它部分被置于锅炉的一次风煤粉口下方的油枪管道内，使等离子体置于煤粉流之外，从煤粉流的下方点燃煤粉。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其中外套呈圆筒形，在筒体前部底端设有一个支腿，有一点火装置支撑架固定在筒体后端，该点火装置支撑架下部连接有一个油枪连接座，该油枪连接座与原锅炉的油枪座相连接。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，在外套内，设置有用于气管通道的上通管和用于电缆通道的下通管，上、下通管的外侧为冷确水腔体。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，所述等离子体喷射口的火焰方向和煤粉流方向呈60°夹角。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，所述能量转换室的侧壁与水蒸汽输送管道连通的缝隙切口或孔道呈环形分布，并且与能量转换室侧壁成一个倾斜角度。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，所述等离子体发生装置是采用具有惰性气体保护阴极结构的等离子设备。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其等离子体发生装置为转移弧类型，在能量转换室与等离子体发生装置的阴极之间加100V以上的正电压，转移电弧的末端落在等离子喷射口的内壁上。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，所述油枪底座为移动式时，外套长度应满足，在煤粉被点燃之后，通过移动点火装置，使一次风的火焰中心由风口前端移到远离风口前端，所述远近变化，应保证等离子明焰与煤粉接触。
如上所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，所述等离子发生装置的功率大于60千瓦。
本实用新型与传统的油点火装置相比，具有如下优点1.本实用新型以氧代油，其意义在于油是不可再生的资源，而氧是可以再生的，符合国家洁净生产所倡导的利用再生资源实现环保的原则。本实用新型是在大功率等离子体发生装置的前端增加一个载流喷头，用于输送含氧气体及包括纯氧和水蒸气在内的载流气体。在载流喷头的前端设置一个压缩空气喷头，压缩空气在载流体的周围形成一股空气保护膜，使载流体平稳而集中，避免空气的卷吸影响。载流体越集中燃烧条件越好。
2.氧等载流体通过等离子体获得大于5000度的高温能量，这一温度表现在装置的出口，有一条明亮的火焰，加上氧的助燃作用足以将一次风煤粉轻松点燃。
3.本装置利用了原锅炉的油枪活动臂，用来调整点火器与煤粉的位置，在点火的初期点火装置靠近煤粉利用明焰将煤粉点燃。点燃后的煤粉形成一条火龙，为了保护等离子体发生器和一次风口，调整点火器的位置，使火焰中心远离风口前端，仅用高能量氧流甚至常温氧流就足以维持一次风煤粉的燃烧。
4.由于煤粉是在燃烧过程中与氧气混合的，未燃烧的煤粉接触不到氧气，因此有效的避免了煤粉爆炸的发生。以往的煤粉爆炸都是因为将煤粉和富氧空气在未燃烧状态下温合，形成了煤粉的爆炸条件，本装置有效的避免了煤粉爆炸条件的形成，因此，是一种安全的实用点火装置。
5.本装置的阴极采用惰性气体保护，有效的避免了空气中的氧对电极的侵蚀。本装置采用水冷使其可以在高温下长期工作。
图1是本实用新型的点燃煤粉装置的结构示意图；图2是本实用新型的点火装置主体的结构示意图；图3是本实用新型的点火装置及外套的结构示意图；图4是图3的A-A剖视图。
具体实施方式
在煤粉锅炉的燃烧器上，点火油枪总是和一次风煤粉的出口相邻，这种安排是为了借助油枪点燃一次风煤粉。在不改变原锅炉设计结构的情况下，本发明装置替代油枪，直接点燃一次风煤粉。这种设计的目的是充分考虑了产品的市场要求，因为本装置是针对原有锅炉市场，对锅炉进行改进。所以按市场要求不应改动锅炉的原有结构，本发明在技术上实现了市场突破。当然本装置也适用于新建的锅炉。
下面以利用水的第四态特性实现的煤粉锅炉的点火装置为例，说明如下由等离子发生装置9产生等离子体电弧，在能量转换室13内由蒸汽管道2输送进来的水蒸气被等离子电弧电离，生成氢氧等离子体。高能量的氢氧离子，高速从点火装置的氢氧等离子喷射口15中喷出直到煤粉流7的内部，在这过程中，氢氧离子复合，产生高温火焰5和水，高温火焰将煤粉点燃并形成稳定的燃烧核进而在燃烧核的周围形成稳定的燃烧区。氢氧等离子火焰5比其它含氧气体等离子火焰6长数倍。冷却水套16在装置主体1的最外层，为整个装置降温。点火装置结构主体1的最外层，为整个装置降温。点火装置结构主体1的高度小于锅炉油枪管道4的高度，点火装置结构主体1在锅炉油枪管道4内可以前后移动。在点火装置不用时，可以退入锅炉油枪管道4内收藏。图1中8是一次风煤粉的管道出口，3是等离子电弧电离电源线。
本实用新型是利用水实现能量的高效率存储和释放的过程。实现煤粉锅炉点火。水作为能量的载体在很多方面得到应用，比如利用水的势能落差实现水力发电。水的分子间存在键能，水从液态到气态的相变过程中吸收大量的潜热，这种潜热又可以被转换成其它能量形式，如蒸汽机、火力发电等。水作为能量的载体具有能量的存储、运输、释放的作用早已被人们认识。本实用新型涉及一种装置，利用水的第四态即等离子态，从原子键能的级别上实现水的能量转换的进一步应用。
水的成份是由氢H和氧O两种元素组成，氢氧之间是由原子键相连。水的原子键比分子键具有更高的键能。氢气和氧气在燃烧时会释放出大量的热能，这种能量足以使火箭推动承卫星上天。同样的道理利用电解水产生氧气和氧气时，需要同样大的电能有打开原子键。这就是说水在分解时，巨大的能量用氢和氧的电离方式得到了储存。氢氧在燃烧时通过程一成水，又会将这部分能量释放出来。水的这一性质被用来实现煤粉的点火是非常适宜的。本实用新型的特征是采用热等离子体将水的蒸汽电离。水在电离过程中使用大量的电能发生了的转换。能量被存储在离子态的氢离子中，与气体等离子体相比点火装置的能量密度提高了数十倍。另一方面，由于存在着氢氧离子的复合燃烧，使等离子体火焰的长度比气体等离子体延长了数倍。火焰能够延伸到一次风口煤粉流的深处，在煤粉流的内部形成了一个以氢氧火焰为燃烧核的中内燃烧区。氢氧燃烧产生的高能量火焰将煤粉点燃。
本实用新型用于煤粉点火具有独到的安全性。氢和氧的离子以等量的摩尔数参与燃烧，不会有过多的氧或者氢存在。氢氧离子复合的特征是产生火焰，火焰与煤粉燃烧的频率。由于没有助燃气体，不会增加煤粉燃烧的猛烈度。减少了煤粉的爆炸机会。增加了锅炉的安全性。
本实用新型所述等离子体发生装置采用工业等离子焊接、等离子切割以及等离子体喷涂设备中的标准等离子体发生装置。等离子体发生装置中采用的惰性保护气体为单原子分子结构的保护气体，如氩Ar。等离子体的电弧功率为90kw。
本装置使用的水蒸气由工业纯水制成，水蒸气的预热温度为500。
本装置中的等离子发生装置为转移弧类型，能量转换室与等离子体发生装置的阴极之间加有100V以上的正电压。能量转换室内的等离子电弧的一个端点在喷射口的内壁上。
本装置中氢氧离子的喷射流产生于水蒸气的压力，并通过对水蒸气的压力调节、控制喷射流的速度。
本装置可以根据不同点火功率要求的锅炉，选择相应的等离子体发生装置的功率、能量转换室内腔及喷射口的尺寸大小、以及水蒸气压力。
本装置的氢氧等离子喷射口与一次风煤粉通道口平面成小于90°的夹角，其作用是使煤粉的燃烧区远离一次风煤粉通道口，保护锅炉燃烧器。
本装置还可以用纯氧或富氧作为等离子体的点燃气体，其原理就不在叙述。
图3、图4中，外套27为圆筒形，端部是向上倾斜的弯头结构，点火装置置于其中，外套27的直筒部分内设有上通管19和下通管20，其中上通管19为气体或蒸汽通道，下通管20为电缆通道，它们均与水壁隔离。在外套27后端，为点火装置支撑架21，上、下通管引出管23、26延伸出点火装置支撑架21。外套27的内腔为水套结构，冷却水上下水管24、25位于外套27的后端。在点火装置支撑架21的下端为油枪连接座22，通过油枪连接座22将外套27固定在锅炉油道中的移动装置上。在外套27中，社有管支撑17，在外套27的直筒部分前端下方，设有支腿18。
权利要求1.一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，包括等离子发生装置和载流喷头；其特征在于所述载流喷头包括能量转换室和等离子喷射口；所述能量转换室的侧壁为与水蒸汽或氧气输送管道连通的缝隙或孔道，所述能量转换室的内端为等离子发生装置的等离子体输出端、其外端为等离子喷射口；上述点火装置被固定在一个外套筒的端部，该外套筒的端部呈向上倾斜弯头结构，其倾斜角度应满足等离子喷射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°-90°的夹角，所述外套筒除端部弯头结构外，其它部分被置于锅炉的一次风煤粉口下方的油枪管道内，使等离子体置于煤粉流之外，从煤粉流的下方点燃煤粉。
2.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述外套呈圆筒形，在筒体前部底端设有一个支腿，有一点火装置支撑架固定在筒体后端，该点火装置支撑架下部连接有一个油枪连接座，该油枪连接座与原锅炉的油枪座相连接。
3.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述在外套内，设置有用于气管通道的上通管和用于电缆通道的下通管，上、下通管的外侧为冷确水腔体。
4.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述等离子体喷射口的火焰方向和煤粉流方向呈60°夹角。
5.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述能量转换室的侧壁与水蒸汽输送管道连通的缝隙切口或孔道呈环形分布，并且与能量转换室侧壁成一个倾斜角度。
6.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述等离子体发生装置是采用具有惰性气体保护阴极结构的等离子设备。
7.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述等离子体发生装置为转移弧类型，在能量转换室与等离子体发生装置的阴极之间加100V以上的正电压，转移电弧的末端落在等离子喷射口的内壁上。
8.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述油枪底座为移动式时，外套长度应满足，在煤粉被点燃之后，通过移动点火装置，使一次风的火焰中心由风口前端移到远离风口前端，所述远近变化，应保证等离子明焰与煤粉接触。
9.如权利要求1所述的一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，其特征在于所述等离子发生装置的功率大于60千瓦。
专利摘要一种用等离子体点燃锅炉煤粉的无油点火装置，包括等离子发生装置、水蒸汽或氧气输送管道、能量转换室和等离子喷射口；所述能量转换室的侧壁为与水蒸汽或氧气输送管道连通的缝隙或孔道，所述缝隙切口或孔道为一组或多组；所述能量转换室的内端为等离子发生装置的等离子体输出端、其外端为等离子喷射口；上述点火装置被固定在一个外套筒的端部，该外套筒的端部呈向上倾斜弯头结构，其倾斜角度应满足等离子喷射口的火焰方向和煤粉流方向呈45°－90°的夹角，所述外套筒除端部弯头结构外，其它部分被置于锅炉的一次风煤粉口下方的油枪管道内。本实用新型实现小功率离子体点燃锅炉煤粉，避免频繁更换电极和提高点火系统的工作稳定可靠性的锅炉煤粉点火装置。
文档编号F23Q7/00GK2665548SQ200320101460
公开日2004年12月22日 申请日期2003年10月20日 优先权日2003年10月20日
发明者黄继祥, 王屹东, 王满家 申请人:黄继祥, 王屹东, 王满家