劣质煤炭点燃和燃烧稳定化方法与为实行此方法而用的装置的制作方法

专利名称：劣质煤炭点燃和燃烧稳定化方法与为实行此方法而用的装置的制作方法
技术领域：
此发明属于动力工程领域并可以用在热电站，锅炉房燃烧劣质煤炭的时候点燃及煤尘火焰燃烧稳定化。
现有技术现代热力工程发展特点为越来越少地使用(紧缺的)液体燃料，因为液体燃料是石油加工工业的贵重的原料，和越来越广泛地使用质量不断降低的固体燃料。固体燃料质量变坏(灰分和湿度提高，燃烧热和挥发物产生率降低)的原因在于地下采矿法优质煤炭矿区的消耗和转移到露天的采矿办法。因为在动力工程中这种煤炭消耗量很大，所以估计煤炭选矿的容量达到热电站所需要的程度的可能性很小。尤其考虑到，此过程是很费钱的。而且，选矿过程中只可能降低煤炭的灰分和湿度。但是根本不能提高劣质煤炭的挥发物产生率。
由于煤炭的颗粒含有挥发物数量少其疏松度很低，因此阻止氧气进入颗粒内并造成对点燃组织和其全面燃烧的困难。由于发挥物产生率很低(5-15％)引起燃烧颗粒点燃比较完全的现象，所以要增大燃烧室容积，来完成燃烧过程(现代锅炉高度达120米)并在降低燃烧室的热负荷(150千瓦/立方米以下)进行燃烧，上述因素是达10-15％不完全燃烧的原因，也是煤粉火焰不稳定燃烧的原因。
这些原因降低燃料的使用效率和锅炉整体的经济效益。为了改善低挥发物产生率和高灰分率的劣质煤炭点燃和燃烧稳定，热力工程主要采取的补充措施如下提高磨细程度(R90＝6-8％)。
提高混合气温度(410K)和二次空气温度(673K)，供给高浓度(50kg/kg)煤灰，随后使煤灰淡化，最后将煤炭和重油、天然气同时燃烧。
这些措施具有降低锅炉整体燃料使用效率和工作可靠性的缺点，同时对生态条件产生危害。特别是磨细程度增加引起为磨细使用的电能耗量的增加。也引起灰尘分离复杂化，这都降低锅炉的效率。混合气和二次空气温度的提高，提高使用过程中的火灾发生的危险。
煤份火焰点燃和燃烧稳定化最常用的办法是利用气体或液体燃料点燃并维持火焰的燃烧。
为了实现这个办法而用的装置是补充用天然气或重油点燃喷射器的煤炭燃烧器以保障向锅炉整体燃烧室内所供给主要的煤尘燃料不断地燃烧。
点燃喷射器和主要的煤尘燃烧器共同被安装或者被补充安装。发电机组涡轮机装置和锅炉装置功率为500和800兆瓦(多洛休克V.E.和卢班V.B.编辑，莫斯科“动力”出版社1979年，107,203,207页)。
在用重油稳定煤尘火焰时，紧缺的液体燃料消耗量很大，等于锅炉燃烧热功率的6-30％，而且煤炭质量越坏(挥发物产生率低)重油消耗量越大。如果说煤炭挥发物产生率(Vr)为30-40％时重油消耗量不超过6-10％，但燃烧挥发物产生率为Vr＝5-7％的反应活性低的煤炭如顿涅茨克无烟煤粉时，重油消耗达30％以上。
应该要指出这样广泛地使用紧缺的，价格很贵的重油，不能解决提高燃料的使用效率问题。第一，在这种情况下，在较大的程度上发生不完全燃烧的现象，原因是液体和固体燃料反应性不一样，导致燃烧室内的氧气浓度降低。第二，同时燃烧煤炭和含硫量大的重油增加了氮氧化物和硫氧化物的产生。除此以外，还产生对锅炉的使用造成困难的烟墨沉积层。
使用气体燃料使煤炭火焰稳定化的办法也有同样的缺点。而且使用气体燃料时爆炸危险也提高了。这样，不是专门为此运用的燃烧器(气体的也好，重油的也好)引起固体燃料的不完全燃烧的现象也证明，这种办法和装置效率低。
众所周知的还有热化学处理燃料的几种办法，其可以提高燃料燃烧效率，同时降低对周围环境的有害影响所提出的办法中效率最高的是与以电能使煤炭发生热化学变化有关的燃料动力工艺。
知悉的有以电弧使煤尘混合加热和点燃的办法(英国专利号No.1585943，NKIF4T，121，1982)。此办法中所用的点燃煤尘火焰的和稳定其燃烧的方法利用在等离子体发生器中用电弧预热到5000℃的高温等离子流。用离子流点燃加宽的锥体形状的从主要煤尘燃烧器里面进入锅炉燃烧室的煤尘火焰并使燃烧稳定化。此机构装备有沿煤尘燃烧器的轴线安装在水平的管上的低温等离子流发生器，发生器装备有电极，电力管道，水冷燃烧室和产生等离子流气体的管道。产生等离子流的气体，如空气和氧气，是在0.8-1.0Mpa气压的压力下进入装备有为产生电弧的两个金属电极的燃烧室内。进入燃烧室的气体由电弧加热。然后经过一个电极流出并产生等离子流。上述办法在燃烧挥发物产生率大的优质煤炭时就有很高的效率。但是燃烧劣质煤炭时，这种设备的效率不太高。第一，利用这些设备一定要将进入燃烧室内的全部煤炭加热，该办法不能在本质上提高煤尘混合物均量温度并降低了燃料的气化程度。第二，这些设备利用从电场所分出来的等离子流(间接烧热法)，其中大部分在电场作用下不停运动的粒子(离子和电子气)对总的热交换没有贡献，第三，因为高温度等离子流的高粘度所以等离子流与煤炭粒子混合过程变坏，对燃烧效率有不好的影响。除此之外，上述办法的经济效益不高。
原因是等离子体发生器寿命不到200个小时，这对工作时间为1000小时以上的电站根本不够。电极寿命短的原因是产生等离子体用的气体是空气或氧气。氧化介质急剧地降低通常等离子体发生器用的铜电极寿命。为保护电极而用的惰性气体(如氩气)需要在热电站安装氩气管道，这从经济和技术方面都没有利益。
最接近所提出的发明技术的处理是点燃使用固体燃料的热电站锅炉和使煤粉火焰稳定燃烧的办法，及为实现此办法而用的以等离子体火焰来保障粉末状固体燃料不间断和稳定燃烧的装置(申请PCT/F 190/00012，MKI F 23 D1/00，F 23 Q13/00,1990)。
此办法主要之点是为保持燃烧过程而用的补充气流(下面称稳定流)是采用与等离子体发生器所产生的等离子流混合起来的粉末状煤炭燃料。将混合燃料点燃，气化然后同轴地送到燃料主流的中心。而且稳定流和主流分开地流入。结果是燃料主流点燃(产生烟气同时)并产生少量氮氧化物和比煤炭和重油同时燃烧数量少的硫氧化物稳定地燃料。为实行此办法而用的设备是按照主要燃料器中心轴心而安装的煤炭等离子体燃烧器。该设备还包括有燃料管道，空气管道，等离子体发生器和等离子体煤炭燃烧器的喷嘴。经过位于等离子体发生器正面的燃料支管的煤尘稳定流，由等离子流点燃，并在等离子体发生器锥形喷嘴出口处形成的空间(加热室)造成相互反应作用，并部分气化为一氧化碳。燃料主流通过支管进入等离子体煤炭燃烧器和主要燃烧器机身中间的空间。
此办法和装置有设备复杂和煤炭大量不完全燃烧的特点。设备构造复杂原因是必需提供向每个燃烧器供给煤尘混合物的两条导管。因为两个燃烧流(主要和稳定流)都通过独立的支管到煤尘燃烧器。并且各条导管需要单独吹风机，灰尘集中机和单独的线路(管道)。能力大的工业锅炉整体可以安装有几十台煤尘燃烧器(24台以上)。结果是燃料供给系统突出地复杂化，为补充安装吹风机，灰尘集中机和几千米燃烧供给导管而所需要的基本开支明显提高。上述情况大大降低所周知的办法和设备经济效益。知悉的办法和设备中燃料大量不完全燃烧的现象和由此引起的煤炭燃烧不高效率的原因为煤尘的多分散性。按照知悉的办法稳定流是独立地形成的并与主流分开地进入燃烧区。主流含有各种尺寸煤粒子，还有比稳定流尺寸大的多数煤粒子。
用稳定流加热主流到点燃温度，该温度比稳定流加热的温度低得多。结果是主流燃料粗粒级的一部分在燃烧室里来不及烧尽，增加了不完全燃烧及降低了煤燃烧效率。发明的主要任务是研究制造劣质煤炭点燃及稳定燃烧的工艺。依靠提高煤混合气燃烧前的热准备效率使不完全燃烧能够较大降低。并通过代替所知道的工艺(原型)用两条燃料供给线的方法，利用一条固体燃料供给线方法使发电站的设备有很大的简化。
由所提出的发明而解决的第二种任务是利用以烟道气作为制造等离子体的气体加强稳定流的反应能力的办法来提高经济效益。
用所提出的发明也可以在燃烧有较低挥发物产生率的劣质煤炭时提高设备的热能效率。
发明详述提出的任务是以劣质煤炭点燃及稳定燃烧过程新组织的办法和为实现此办法制造的新设备来解决的。根据本发明，过程的新组织本质是，将为燃烧发送的煤混合气分为两个不平均的部分-主流及稳定流，而且使稳定流被高温流加热。在这种情况下稳定流的反应剂(煤及空气)消耗量和向它们供给的热能(等离子体、重油或天然气的火焰)的比例允许挥发物从煤里全部流出，并为了保障可热气体总流出达到能够不用重油或气体火焰而点燃和稳定燃烧高反应性煤所含挥发物量的水平，将焦炭剩余进行部分煤气化。结果是由高温流带的煤混合气小部分(不管原来的质量怎样)能够取得可在与混合气主流混合的情况下点燃及稳定燃烧过程的高反应性的二元燃料(可燃气体+焦炭剩余)。为提高方法的效率，重要在于用一条燃烧通道使煤混合物进入燃烧过程，此后在此过程中使其分为主流及稳定流的办法。在这种制造稳定流的情况下，和原型不一样的是出现放弃在锅炉整体及燃烧器以外分开煤混合气流可能性。其结果是，已无必要运用补充的吹风机、灰尘集中机及供给燃料的管道。提出的方法包括如下步骤a)用由主流、尺寸最大煤炭微粒(90-200μm左右)及最大浓度的燃料带分出稳定流并将剩余的部分作为主流的方法，制造主流和稳定流。
b)利用以等离子体流或者燃烧液体或气体燃料时产生的气流形成的高温流，制造高温流。
c)将高温流与最后加热的稳定流混合在一齐，结果是，产生挥发物并且部分燃料气化。
d)使产生的加热混合气进入主流。
e)燃料主流的点燃和烟道气的产生。
提出方法的主要特点是用由主流、尺寸最大煤粒子及最大浓度燃料的带中分出稳定流的办法，制造稳定流。
这允许在稳定流与高温流混合时使含有粗粒子的较高浓度流遭受高温度等离子体流-2600-3000℃，重油的火焰-1800-2100K的影响，并对其进行有效的加热。
因高温度梯度及热冲击，煤粗粒子的加热引起它们的起泡、开裂、打碎成为粉碎粒子。例如尺寸为90μm的煤粒子在2500-3000K温度下破碎为8-10个碎块。由于热冲击和煤粗粒子被打得粉碎结果补偿了煤混合气在离心或重力-离心分选情况下发生煤粒子尺寸粗硬的消极影响。在这种情况下燃料经热化学准备，其出去参量(单位能量消耗、热化学反应时间，可燃组分的流出)达到与加热各种尺寸分布的煤粒子原混合气过程中的参量同样的数值。但在按本发明造成的稳定流与由增氧和含有细煤粒子的剩余的燃料主流混合情况下，发生主煤粉流的更强烈的点燃及从能力方面更有效的燃烧，使燃料的不完全燃烧降低。
按此方法，稳定流的制造是用由混合气主流周边带分出稳定流的办法而进行的。在此过程中混合气主流用沿着离心-重力分离的及有可能以随后用稳定流补充旋转曲线轨道办法或通过离心分离主流旋转的办法来点燃。选择上述方式取决于燃烧的煤炭质量及燃料挥发物含量。对含大量挥发物(Vr＝30-45％)的煤采用的离心-重力分离曲线轨道的办法即可。对含普通量挥发物(Vr＝15-30％)的燃料要对上述操作适当加上尔后被旋转的稳定流。
对含最小量挥发物(Vr＝4-15％)的低反应性煤，如顿涅茨克的无烟煤的煤粉、朝鲜的无烟煤等，必须对带离心分离全部主流进行旋转。在旋转流量反应剂在高温度带的时间比在直流里的时间长，使含小量挥发物的低反应性煤的加工效益提高。
在点燃及劣质煤炭稳定燃烧过程中，合理利用等离子流做为高温流。
高浓度能量的电弧等离子(200-300MW/m3)、化学活性的原子(O，H，C)、基(OH，CH，HO2)、离子(O-2，H-2，OH-，C+，H+)及电子体气的利用促进燃料及氧化剂的热化学变化被多次加速，结果使燃料燃烧得更全更快。因此，用等离子法使劣质煤炭点燃及稳定燃烧的方法比传统使用的方法效益高。与知悉的煤等离子燃烧方法不同，本发明使用的是直接加热，即放热带(高温的等离子弧)和吸收带(煤加热)在一个燃烧室结合起来，使用结合带的方法，即利用开弧的方法将煤加热，使热料粒子进入弧带，并加快了被在电场运动的热粒子离子和电子气加热的煤在反应带里的热质交换。
结果加强了煤燃烧的过程，并最终降低劣质煤炭不完全燃烧的现象。在燃烧优质煤炭时，本方法以点燃的液体燃料流或气体流(如重油、天然气，等)作为高温热流保障有效的引燃及燃烧的稳定，因为在反应时，可以使用重油喷油器或气体燃烧器。这种工艺比用等离子的方法简单得多。同时，按上述的方法，也可大量的节省高价及紧缺的重油和天然气。用本说明可以将在燃料主流燃烧时取得的部分烟道气用为造等离子的气体。
这样就有补充效益，即增加稳定流的反应能力提高此过程的经济效益。以CO2含量大的烟道气作为造等离子的气体的方法，靠的反应可获得高于正常的燃烧热能的可燃气体。因为本方法利用加热的烟道气，所以同时保障混合气的温度增高及此过程的热效率增长。已知道的，是烟道气和“干净”气体相比具有大量活性中心的工作体。上述因素的结合，即可燃气体发热能力的提高及其温度的提高与活性中心浓度的增加使稳定流的反应能力猛涨。所提出的劣质煤炭的点燃及燃烧稳定方法是用新结构的设备来实行的。第一种方案用的设备包括混合气主流的引入管道、二次空气的供给连接管、混合气稳定流的加热室和高温流的发生器。它的特点是稳定流的加热室是以带有以曲线段相联的倾斜段及水平段的圆柱形的单流式的曲线管道形式而制作的，高温流的发生器是在曲线段上安装的，而且，其轴在水平段的轴下处，并与其平行。高温流的发生器是以等离子管或液体燃料的燃烧设备(如重油喷射器)或以气体燃料燃烧设备(如气体燃烧器)形式而制作的。为防止煤在燃烧器里起火，本发明建议在单流式的水平段内安装位于此段轴上面处的水平隔板。在管道曲线段内本发明建议安装和管道侧板具有环形间隙的曲线嵌套管。混合气在管道里沿曲轨道运动时，离心力和重力使固相的混合气主要部分走向大直径管道的侧板，产生具有最大尺寸煤粒子和燃料最大浓度的带，这样制造稳定流。将高温流发生器安装在曲线管道向水平段过道区里时，由发生器流出的高温流流过用离心-重力分离办法由主流分出的混合气稳定流的主要部分。沿曲线管道的大半径方向上，发生器轴的移动使高温流进入由大粒子尺寸和高浓度的煤灰流组成的稳定流的主要部分。通过减少不完全燃烧显著提高了劣质煤的燃烧效率。
卧式隔板隔断圆柱形的管道以保持圆柱形管道下部高的煤尘浓度及更低的氧余。这样可以避免设备的过热及设备的全部破坏。另外，存在的隔板在一定长度管道处存在煤灰的大尺寸粒子的高浓度区和热能输入部分。在这时煤尘大粒子与高温气流的接触时间增长，煤加热及煤气化程度提高，使用劣质煤炭的设备的工作效率也相应提高。
阻塞圆柱形管道的水平段，制造两条平行的管道。这时被高温流强烈加热的混合气沿下面管道而运动，正常温度的混合气同时沿上面管道而运动。为了在平行管道里减少流体动力的阻力必须把隔板的轴向曲线管道的较小半径方向(即向正常温度混合气的上部管道方向)移位。
将具有间隙的同心曲线嵌套管在曲线管道里的安装目的是防止高温流对本段的影响，存在的间隙保障内部嵌套管被混合气流吹走，使结构的耐热性提高。本设备可以在燃烧含大量挥发物的煤(Vr＝30-45％)时有效地工作燃烧。含较小量挥发物的煤(Vr＝15-30％)更合理的是利用另一种设备。本设备的混合气稳定流加热室是以带蜗形管的圆柱形燃烧室的形式而造成的。高温流的发生器位于本蜗形管端面上。在发生器里蜗形管转入紧挨着混合气主流供给通道的带有可调整的隔板的通道。稳定流的加热室出口与主流供给通道的出口连接。本结构设计也保障把稳定流从最大尺寸煤粒子及高燃料浓度的区域区分开。可调整的隔板允许改变稳定流的消耗量。由主流分出后的稳定流用蜗形管旋转，使煤粒子在高温带的时间增长。结果是，可以达到煤粒子的更强烈的加热，并提高燃料的气化程度的目的。
对含更小量挥发物的煤，最合理利用的是第三种设备方案。这种设备包括有高温流发生器、二次空气供给连接管、位于蜗形主流供给室内的稳定流加热室。稳定流供给连接管是以有平面侧板的缝式通道形式而制作的。其进口端面位于主流供给室的外侧板前。在本设备里同时进行混合气主流和稳定流的旋转。而且煤粒子在高温带的时间大大地增长，燃料气化度也提高。所以燃烧挥发物产生率低(Vr＝4-15％)、反应性低的顿涅茨克无烟分的煤、朝鲜的无烟煤时候，上述结构可发挥较高的效益。
所提出的几种设备的共同点是，它们都装备有一条固体燃料供给通道。和利用两个独立的燃料供给管道的原型相比，所提出的技术方案大大简化了发电站型设备的热力部分，并允许大大降低资本费用。
以利用等离子加热稳定流燃烧挥发物产生率低的劣质煤以提高设备热能效率，最好至少安装两个把混合气加热室空腔与等离子管阴极和阴极冷却器内部侧板创造的空腔联起来的管道。本技术方案的实质是把加热物由混合气加热室抽出来，用CO，CO2，H2等恢复气进行煤炭的气化，并用上述管道使它们进入阴极冷却器和阴极之间的空腔里以防护棒状石墨电极热端。
煤气加热的产物使用办法与原来使用冷气体办法不同，使装置的热能效率提高。有两个原因使保护恢复气沿管道运动第一，在加热室中由于加热室气体的膨胀，和煤气化室大量的气体分离，存在压力升高现象。
第二，由于棒形电弧柱变窄在阴极旁边领域发生从阴极到阳极定向的高速等离子流。并且电弧柱作为在电极旁边保证吸收煤气的电磁泵而工作。在电弧内的流强度在电弧受外面磁场的影响下大大地增加。电弧柱更大地扩大以及在电弧内的流强度达到最高限度，在棒形电极旁边领域的抽空度也同时增强。这样，在混合气加热室增加压力棒形电极尾端抽空度影响下，气化产物顺着套管不断进入阴极和阴极冷却器的内部表面的空间。取决于混合气体加热室工作状态保护恢复气经过套管的消耗总量可以达0.5-50克/秒。研究结果表明为了可靠保护阴极所需要的效耗量不大，只有0.35-2.1克/秒。
为了让保护气进入阴极旁边的领域所选定的管道位置依靠下面几种根据。套管长度-增加会对顺着套管运行气体的内阻也增加，所以为了不限制经过它的气体消耗量，套管应该有最小的阻力，气体运行最小的距离是经过等离子体发生器小室和螺母管之间，另外的提议的套管位置不增加设备外形尺寸，也不妨碍用保护罩盖上等离子体发生器。根据技术保护要求，由于在锅炉室含尘量和湿度很大，在热电站应该使用保护罩。
附图
简述本发明由下列的图纸说明。
1和2号图纸为权利要求9-11的装置。即为点燃和稳定挥发物产生率Vr＝30-45％相当大的劣质煤炭燃烧的装置，即装置根据权利要求第1或2条实行所提出的方法。1号图纸显示以等离子体发生器作为高温流发生器的装置，在2号图纸为高温流发生器使用的是重油喷射器。
3号图纸显示另一种方案装置，即权利要求12装置。这种装置根据权利要求1或3实行为燃烧挥发物平均产生率为Vr＝15-30％的煤炭而用的办法，这种装置的高温流发生器的作用是由等离子体发生器来实现的，在第4号图纸显示的类似装置是由重油喷射器来实现的。
5号图纸显示权利要求13的为了燃烧挥发物产生率低的Vr＝4-15％的劣质煤炭而用的装置。这种装置以等离子体发生器作为高温流发生器使用。
在重油喷射器类似的装置是在第6号图纸而显示的，在7号图纸显示的装置和在5号图纸的一样，但补充装备有为了送去煤气化加热产物的套管。
8号图纸显示根据权利要求8以烟道气为等离子气体在锅炉侧面所提议的装置配置情况。
本发明的几个实施例1号图纸依照第一方案装置包含混合气主流引入道1，二次空气送进连接管2，稳定流加热室3，高温流的发生器，其作用是由等离子体发生器4而产生的。
所提议的装置是在锅炉整体5侧面安装的。
装置结构的新方案是混合气稳定流加热室的形式，其具有用倾斜的部分连接的倾斜的6和水平的7部分的筒式直流的曲线管道模样，以及等离子体发生器4-高温流发生器的位置，这个等离子体发生器位于曲线部分，而且发生器4的中心线位于水平部分7中心线以下，并与它平行。
装置的另一个特征是在水平部分7里面存在着水平的隔板8，这个隔板位于这个部分的中心线以上。
曲线部分内有弯曲的插入物9。这个插入物和管道侧壁之间有环形间隙。
使混合气加热的等离子体高温流10从等离子体发生器4出口流出。
装置工作方式如下混合气进入主流供给通道1，由于通道里具有曲线形式3以及有倾斜部分6煤尘是向大半径通道的侧壁而分开的。开动等离子体发生器4并用它产生等离子体流10。尘粒子同时侵入从等离子体发生器4流出的等离子体流10，使以劣质煤炭为燃料的装置的工作效率提高。
在高温区煤强烈地加热，挥发物从燃料产出并部分气化。所产生的由燃气和加热的焦炭组成的二组分燃料，顺着安装有隔板8的管道7的水平部分而运行。隔板位于水平的部分7，在隔板8安排区内双流(由隔板上下分开)不混合在一起地单独地运行。在加热室3流出口前面加热的稳定流与主流混合并使它加热。然后加热的双流到锅炉整体燃烧空处流出。这里，在等离子体内经过热处理和有可燃气体丰富的混合气点燃。在混合气稳定流燃烧时产生热能，此热能使混合气主流点燃和稳定地燃烧。所必要的氧化剂量顺着二次空气供给连接管2而进入。为了降低热力对加热室3曲线部分的影响，其内部安装具有间隙9的同心的曲线插入物。
1号例子。
蒸汽生产量为75吨/小时的锅炉装置装备有三个位于正面的涡流式燃烧器总共消耗量为11吨/小时的库兹涅茨克煤。煤质量指标如下燃烧热为QHP＝4878千卡/公斤，灰分为AP＝17.7％，湿度为WP＝12.5％，挥发物产生率为Vr＝35％。为了预先加热锅炉端面装置备有煤消耗量为1.5吨/小时的两个马弗炉燃烧器。上述的装置是在每个马弗炉燃烧器的锅炉端面安装的。
准备点燃锅炉以后开动了等离子体发生器。每一个等离子体发生器的功率为65千瓦，电流为250安培，电压为260伏。应用空气作为等离子体发生气体。每一个等离子体发生器空气消耗量为90立方米/小时。等离子体的火焰温度为2600K。等离子体发生器效率为85.5％，离子体发生器工作，同时煤尘消耗量增加到1.5吨/小时，煤尘混合气进入加热室时，有了点燃和煤尘火焰稳定的燃烧。在马弗炉压力差为588.4Pa的时候，第二次空气消耗量为2000立方米/小时，在混合气加热室出口的温度达1370K。在燃烧室的出口煤尘流温度达1600K。
锅炉点燃时间为3.25小时，锅炉内气压增加速度符合规范表。在锅炉内气压达3.1MPa以后，锅炉转到正面的燃烧器工作，并使其与主要汽管并联。供水温度为150℃，排出烟道气温度为150℃，过热蒸汽温度为415℃。考虑到原燃料含灰量燃料不完全燃烧程度以燃烧产物物理化学分析来决定，并在本例子中其值为1.5％。2号图纸利用的装置为与1号图纸的类似装置。区别在于高温流发生器是具有空气供给连接管12的重油喷射器11。
2号例子。
条件与1号例子条件类似。区别是将等离子体发生器换为重油喷射器。燃烧的是燃烧热为QHP＝9530千卡/公斤的炉用重油。重油消耗量为6.75公斤/小时，为燃烧重油而用的空气消耗量为97.2公斤/小时。重油火焰温度为1820K。混合气体在加热室出口的温度为1020K煤尘流在燃烧气出口温度为1460K，燃料的不完全燃烧共计2.5％。
使用气体燃烧器作为高温流发生器的装置组成和工作与上述的相类似。
3号图纸装置是第二方案装置，即使用等离子体发生器高温流燃烧器作为发生器以点燃和稳定(Vr＝15-30％)燃烧中等挥发物产生率(Vr＝15-30％)的煤炭装置。上面是装置的侧视图。下面是俯视图。
此装置包括有为供给混合气体的主流而用的管道1，位于锅炉5侧壁管道1上面的为供给二次空气而用的连接管2，具有位于其端部的等离子体发生器4的稳定流加热室3。混合气体稳定流加热室3是用带有蜗形输送器13的筒形室而制作的。蜗形输送器转接至与混合气体的主流进入的管道1成角度的管道14。管道14补充有可调整隔板15以改变稳定流消耗量。隔板15对水平面的倾斜角度由位于管道14外面的调整器16来调整。稳定流加热室出口3与主流进入管道出口1对头接合。
装置工作方式如下煤混合气体被供给到主流进入管道1。用离心-重力分开的稳定流主要含有高浓度大尺寸的微粒。由于有了隔板15此流运行到道管14。然后稳定流顺着管道14进入蜗形输送器13，并在其内旋转进入加热室3。这里稳定流被等离子体发生器4的等离子流加热，同时产生挥发物和燃料部分气化。产生的含有可燃气的和加热的焦炭剩余部分二元燃料，与混合气的主流混合在一起，并使它加热。以后加热的混合气进入锅炉整体燃烧器，与顺着连接管2送进的二次空气结合在一起点燃。调整隔板15角度就可以改变混合气稳定流消耗量。
3号例子蒸汽生产量为200吨/小时的锅炉装备有四个位于锅炉角上的燃烧器。燃烧器结构为垂直的一排管体系，其中直径为200毫米的三个管道是为了供给一次空气混合气而用的。燃烧器还装备为输送第二次和第三次空气而用的管道。通过每一个管道的煤消耗量为2.43吨/小时。煤质如下QHP＝4500千卡/公斤，AP(含灰量)＝38.8％，WP(温度)＝5.28％，Vr(挥发物产生率)＝21.80％。在混合气下面的供给管道的两个对面的燃烧器各装备有上述的一个装置。如3号图纸所示。锅炉准备点燃以后，开动等离子体发生器，每一个等离子体发生器的功率为120千瓦，电压为300伏，电流为400安培。每一个等离子体发生器空气消耗量为100立方米/小时。等离子体火焰温度为2850K。在5分钟内实现了加热室的混合气的加热。
以后把煤尘和空气送到装置(3号图)同时将燃料消耗量逐步地提到1吨/小时，将气体消耗量提高了2.33吨/小时。并将煤消耗和空气消耗比值保持恒定η＝0.3。隔板安装角度为15°，加热室出口的稳定流温度为1650K。在煤尘混合气进入加热室和等离子体发生器工作时煤尘火焰点燃并稳定地燃烧。火焰为亮黄色。燃烧的煤尘火焰长度达4.5-5米。燃烧器出口煤尘混合气的温度等于1520K。在燃烧室的中心部分在煤尘火焰碰撞区其温度为1310K。
用等离子体发生器点燃锅炉时间为4.5小时。锅炉压力提高速度符合规范表，以后把锅炉转为主要燃烧器工作并将主要蒸汽管与平行管线接通。煤的不完全燃烧为2.5％。
4号图纸装置为与3号图纸类似的装置，区别是为高温流发生器而用的是具有空气供给连接管12的重油喷射器11。
作为高温流发生器的气体燃烧器采用不改变4号图纸所示装置的原则性的组成和工作。
4号例子条件与3号例子条件类似，区别是把等离子体发生器换为重油喷射器。
所燃烧的是燃烧热为QHP＝9530千卡/公斤的炉用重油。重油消耗量为5.25公斤/小时。为燃烧重油而用的空气消耗量为75.6公斤/小时。重油火焰温度为1820K加热室出口混合气温度为1120K。煤尘流在燃烧器口的温度为1410K。燃料的不完全燃烧为3.5％。
在5号图纸显示的是用以点燃低反应性挥发物产生率低的(Vr＝4-15％)煤炭，并使其燃烧稳定化，使用等离子体发生器作为高温流发生器的装置(所提议的发明第3种方案)。
装置包含等离子体发生器4，圆柱锥形稳定流加热室3，主流蜗形输送器的小室17，筒式管道18和二次空气供给连接管3。等离子体发生器4包括有带机械供给装置20的消耗的棒形石墨电极19和环形水冷铜阳极21。等离子体发生器4小室22装备有为送等离子体产生气而用的连接管23。从等离子体发生器小室22的外面被与电弧串联的电磁线圈螺线管24缠绕。稳定化混合气3加热室同轴地位于主流17的供给室内。供给室17具有蜗形输送器的形状。在小室3内有矩形断面26的纵裂口与纵裂口26连接的扁平侧壁的裂口管道27。裂口管道27的进入端面位于主流供给室17的外旁边。装置是在锅炉整体5侧面上安装的。装置工作方式如下
开动电弧等离子体发生器4，电弧25就在阴极19和阳极21之间点燃。在电磁圈24影响下电弧25顺着环形电极21旋转。等离子体产生气通过连接管23进入。此气体把电弧25吹出到稳定流加热室3。把混合气供到主流供给蜗形输送器14，混合气在离心力影响下按流份和浓度分离，大的流份冲向小室17的外面壁板，小的流份留在中心部分内，经过有扁平侧壁的裂口形的通道27，煤的粗粒级和高浓度部分，顺着切线平衡地流到加热室3，并继续在其内旋转并受到开启电弧25的影响。这样，混合气流直接用所提供的装置分隔为主流和稳定流，并把稳定流从外围区分离。在粗粒级煤炭加热时以及高浓度混合气在低温度等离子体中时燃烧微粒分裂为小于微米的碎块，挥发物流出并产生可燃气。所产生的由可燃气和加热的剩余焦炭而组成的二元燃料在筒形通道18内与混合气主流混合在一起，在煤尘混合气进入燃烧室时使其点燃并稳定劣质煤燃烧过程。经过连接管2供给的二次空气使燃烧室内的煤炭保持燃烧。这样，靠降低不完全燃烧来提高此办法和装置经济效率。
5号例子装备有6个涡流式燃烧器的锅炉蒸汽产量为230吨/小时。这些燃烧器以三角形面向底面地位于燃烧室的侧面上。顿涅茨克的无烟煤的粉经过每一个燃烧器的消耗量为5吨/小时，煤质如下QHP＝4700千卡/公斤。AP＝32％，WP＝9％，Vr＝4％。磨细度R90＝7％。在燃烧器中心部分安装有(在5号图纸显示的)具有纵裂口的圆柱锥形稳定流的加热室。裂口管道的断面面积为0.012平方米。蜗形输送器小室的进入口断面为0.1485平方米。
在稳定流加热室安装有电弧等离子体发生器。用空气作为等离子体产生气。每一个等离子体发生器空气消耗量为160立方米/小时。等离子体发生器功率为360千瓦，电流为900安培，电压为395伏，等离子体火焰温度为3000K，效率为85％。
装置中用在旋转流在离心力作用下分离混合气流。开动等离子体发生器时，无烟煤的煤粉火焰在圆柱锥形室出口稳定地燃烧。
煤尘火焰为清黄颜色，稳定流在加热室出口处火焰温度为1700K。一次空气消耗量为6000立方米/小时，在燃烧器的出口处粉尘主流温度为1480K，粉尘点燃的距离为0.4米。烟道气温度为160℃，过热蒸汽温度为510℃，供水温度为210℃，都符合在锅炉范例中所使用的规范表。煤的不完全燃烧为3％。
6号图纸显示的是5号图纸显示的装置，此装置将具有空气供给连接管12的喷射器11起高温流发生器的作用。
气体喷射口(圆上未示出)的使用和在6号图纸显示的重油喷射器的使用类似。
6号例子条件与第5号例子的条件类似。区别是把等离子体发生器换为重油喷射器。
燃烧的是燃烧热为QHP＝9530千卡/公斤的炉用重油。重油消耗量为40.5公斤/小时，为燃烧重油而用的空气消耗量为583公斤/小时。重油火焰温度为1820K。混合气在加热室出口的温度为1220K。煤尘流在喷射口的出口的温度为1380K。燃料的不完全燃烧为5％。
在5号图纸所显示的装置是将稳定流加热室的空腔处与等离子体发生器的靠阴极的空腔连接起来(7号图)，阴极冷却器28和阴极19之间的空腔与加热室3的空腔处是通过位于等离子体发生器4小室22和电磁线圈24之间的2个套管29连接的。绝缘套管30将管道29与等离子体发生器4小室22、线圈24和环形阳极21相绝缘。
为了供给冷却水装置装备有连接管(31，32)。等离子体发生器4小室22是以绝缘套管33和阴极冷却器28相绝缘的。
等离子体发生器工作时，煤尘混合气经过等离子体流加热过程而产生的气体部分，顺着连接管29从加热室3的空腔处流到阴极冷却器28和阴极19之间的空腔处。将上述的空腔处充满后，气化产物保护阴极(如果产生等离子体而用的是氧化物气体时，例如空气)。结果是在阴极旁边区的电弧25在煤气化加热气体状产物介质中燃烧，使装置的热能效率提高。在等离子体发生器工作过程中。环形阳极21由熔融物层遮盖，与电弧一起旋转使热能损失大大地降低，使装置的热效率增加，使其工作期限增加。这样，可保障电弧式等离子体发生器的长寿命，其不间断工作可达几千个小时，这已经与发电站的主要设备(锅炉整体、煤尘燃烧器、磨碎机等等)的工作可靠性可以比较，并为热电站广泛采用先进的等离子体技术而开辟发展远景。
7号例子在锅炉中使用顿涅茨克无烟煤粉的燃烧稳定化的装置，其蒸汽产量为230吨/小时。锅炉装备有三角形面向底面地位于燃烧室侧壁上的6个涡流式燃烧器。经过每一个燃烧器的无烟煤粉消耗量为5吨/小时。煤质为QHP＝4650千卡/公斤，AP＝32％，WP＝9％，Vr＝4％，R90＝7％。在燃烧器的中心管内安装的是(7号图纸所显示的)设备。加热室的圆柱锥形，长度为545毫米，内直径为345毫米。它是用厚度为10毫米钢板而制造的，里面砌耐火材料，加热室有宽度为35毫米、长度为205毫米的混合气的正切引入管。电弧等离子体发生器尺寸如下放电小室长度为150毫米，出口孔直径为40毫米。使用直径为50毫米的棒形石墨阴极做电极。电极包括有小轮形夹紧馈电线和带发动机的降压器。
阴极水冷却器是用钢制造的。冷却器内直径为65毫米，外直径为75.5毫米，长度为200毫米。阴极和冷却器的内表面之间空腔处形状是宽度为7.5毫米、长度为170毫米的筒式管道。此空腔处用两个钢管和混合气加热室相连接。这些管子和放电小室是被刚镦石套管绝缘的，锅炉点燃后，开动了等离子体发生器并将混合气供给到加热室。等离子体发生器的功率为360千瓦，电流为900安培，电压为395伏，空气消耗量为160立方米。等离子体流温度为3000K，煤尘进入加热室时等离子体发生器同时工作，无烟煤粉的火焰在混合气加热室出口稳定燃烧。煤尘火焰颜色为清黄色。在稳定流加热室出口的火焰温度为1830K，一次空气消耗量为6000立方米/小时。混合气出燃烧室时，其温度为1500K。经过燃烧气化而产生的进入阴极和冷却器之间空腔处的恢复保护气消耗量共为3.5克/秒。装置效率为85.5％，石墨阴极的腐蚀为5×10-7g/c。煤炭不完全燃烧为5％。
8号图显示的是为实行将烟道气作为产生等离子体的气体的反应办法而用的装置布置图。
在锅炉5侧面上安装的是带有等离子体发生器4的上述三种方案装置34的任何一种。在锅炉旁边布置的有再循环式抽烟机35，沿着抽烟机加热烟道气在压力下进入磨碎机(图中未示出)。再循环式抽烟机35用套管36与供给等离子体发生器4的气体而用的连接管相连接。
装置操作方法如下火焰从装置34进入锅炉燃烧器(图上画的只有其侧面5)。加热的废气被再循环式抽烟机35抽吸并沿套管36进入电弧等离子体发生器4。
由于加热烟道气的使用，可燃气的发热量和温度提高。由于烟道气含有各类微元素，活性中心的数量增加。这样可以得到稳定流反应能力的显著提高。
所提议的办法和装置的经济技术效率在于发电站热力部分的简化和不完全燃烧的降低。说明此装置效率的数据由下面图表综合说明装置方案 煤挥发物等离子体 重油消耗 向燃烧室提 煤炭的不产生率 发生器功 量 供煤的管线 完全燃烧率 公斤/小时的数量 率百分比千瓦1号例子 35 65 0 1 1.5装置2号例子 35 0 6.751 2.5装置3号例子 21.8120 0 1 2.5装置4号例子 21.80 5.251 3.5装置5号例子 4 360 0 1 3装置6号例子 4 0 40.51 5装置7号例子 4 360 0 1 5装置从图表中可以看到本发明中煤的不完全燃烧率为1.5-5％，取决于燃料质量。在常用的装置中煤的不完全燃烧率特别高。如所提议的装置将可燃重油火焰作为高温流，液体燃料消耗量就等于上述重油5.25-40.5公斤/小时，比常用工艺使用的油消耗量显著减少。所提议的发明也允许以一条固体燃料供给线代替在PCT/F I 90/00012申请中描述的技术方案的两条供给线并且保障煤混合气流在锅炉整体燃烧器之内分开同时从其中分出含最大尺寸的煤粒子高度集中的稳定流。
所提议的装置补充优点是利用烟道气作为产生等离子体的气体，使稳定流反应能力增加的办法，而提高经济效率。
另外，此发明在用燃料气化产物的恢复气通过连接混合气加热小室的空腔处和等离子体发生器靠阴极的空腔处的两条套管再循环时保障装置的热效率提高，也有效地保障阴极不受氧化气的影响。
权利要求
1.一种劣质煤炭点燃和燃烧稳定化的方法，包括形成煤混合气主流和稳定流，产生高温流把加热的高温流和稳定流混合，将所产生的加热的混合气供给主流用产生的烟道气使其点燃，此方法特征如下稳定流形成的方法是从最大尺寸煤粒子及高燃料浓度区的混合气主流中分离出来，形成稳定流，而且将剩余部分作为主流。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于稳定流的制造是向混合气主流周边带提供沿离心-重力分离的曲线轨道燃烧。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于用分出的稳定流补充旋转。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于稳定流形成的方法是在离心分离器作用下主流旋转，并从旋转流的周边区选择煤混合气得到稳定流。
5.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于用离子流作为高温流。
6.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于将燃烧液体燃料时得到的流作为高温流。
7.根据权利要求1，2，3或4的方法，其特征在于将燃烧气体燃料时得到的流作为高温流。
8.根据权利要求5的方法，其特征在于作为产生等离子体的气体是分离的烟道气的部分。
9.一种用于劣质煤炭点燃和燃烧稳定化的设备，包括为供给混合气的主流而用的管道、二次空气的供给连接管、混合气稳定流的加热室和高温流的发生器，它不同于混合气稳定流加热室的形式，该形式具有用倾斜的部分连接倾斜的和水平的部分的筒式单向曲线管道模样，以及高温流发生器位于曲线部分，而且发生器的中心线位于水平部分中心线以下，并与它平行。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于在单向管道的水平段内装有水平隔板，并位于这段的中心线以上。
11.根据权利要求9或10的装置，其特征在于在管道的曲线部内有曲线的插入，这个插入物和管壁之间有环形间隙。
12.用于劣质煤炭点燃和燃烧稳定化的装置，具有供给混合气主流用的管道、二次空气的供给连接管、混合气稳定流的加热室和高温流发生器，其特征在于，混合气体稳定流加热室是用具有蜗形输送器的筒形室制作的，高温流发生器位于蜗形输送器的筒形室端面上并且蜗形输送器转接到与混合气的主流进入管道成角度的管道内，管道装备有可调整隔板，稳定流加热室出口与主流进入管道出口对头接合。
13.用于劣质煤炭点燃和燃烧稳定化的装置，具有高温流发生器，它在混合气稳定流加热室的出口处与供给管道相连，供给主流室和为供给二次空气连接管，其特征在于，稳定流加热室位于在其有蜗形输送器的形状的供给主流室里面，供给稳定化流的连接管由扁平侧壁的裂口管道而制作的，其进入的端面位于供给主流室外面的区域。
14.根据权利要求9至13之一的装置，其特征在于用等离子体发生器作为高温流发生器。
15.根据权利要求9至13之一的装置，其特征在于用具有供给空气连接管的重油喷射器作为高温流发生器。
16.根据权利要求9至13之一的装置，其特征在于用气体燃烧器作为高温流发生器。
17.根据权利要求13或14的装置，其特征在于最少有两个小管将等离子体发生器阴极和阴极冷却器内侧壁造成的空腔处和混合气加热室的空腔处联接。
全文摘要
本发明属于动力工程领域，可用来点燃劣质煤炭并使其燃烧稳定化。根据发明，为燃烧而供给的燃料形成两条流稳定流和主流；稳定流是从主流的大尺寸煤粒子和燃料最大浓度区域中分出来的。燃料剩下来的部分就用作主流，上述区域是用沿着离心—重力的分离曲线轨道，或者沿离心分离使它旋转的曲线轨道供给燃料而造成的。稳定流用高温度流(即等离子体流，或者在燃烧液体或气体燃料而产生的高温度流)加热，挥发物流出和部分燃料气化同时发生。此后稳定流使混合气主流点燃。用所提议的办法可以使煤混合气受到有效的热化学处理，因此可以大大提高劣质煤炭反应能力使其完全燃烧。上述三种装置方案，可以实现发明所提议的办法。
文档编号F23Q13/00GK1160439SQ95195427
公开日1997年9月24日 申请日期1995年6月1日 优先权日1995年6月1日
发明者易卜拉耶夫·纱米里·纱氏易乌里, 美色尔乐·伟拉吉米尔·叶夫列摸尾切, 萨吉波夫·萨尔科氏·北可摸围其, 塞提摸夫·图尔斯别克·摸尔大合灭托伟其 申请人:哈萨克斯坦动力研究所, 易卜拉耶夫·纱米里·纱氏易乌里, 萨吉波夫·萨尔科氏·北可摸围其, 美色尔乐·伟拉吉米尔·叶夫列摸尾切, 塞提摸夫·图尔斯别克·摸尔大合灭托伟其, 阿里亚洛夫·必尔列斯别克·卡泥叶伟其, 乌撒切夫·伟克托尔·伟拉吉米洛卫其