等离子点火装置工作原理

等离子点火装置工作原理

燃烧机理

等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。

等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化，因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）。除此之外，等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃煤粉强化燃烧有特别的意义。

根据有限的点火功率不可能直接点燃无限的煤粉量的问题，等离子燃烧器采用了多级燃烧结构，如图3.1所示，煤粉首先在中心筒中点燃，进入中心筒的粉量根据燃烧器的不同在500 ～ 800kg/h之间，这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧，并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源，并以次逐级放大，最大可点燃12T/H的粉量。

等离子燃烧器的高温部分采用耐热铸钢，其余和煤粉接触部位采用高耐磨铸钢。和现场管路连接时须正确选用焊条型号。

a）总体结构及其工作原理、工作特性：

本装置使用压缩空气作为产生等离子体的介质，在电流250～600A的情况下,获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）

等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，除此之外，等离子体对于煤粉的作用，可比通常情况下提高20% ～80%的挥发份，

即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。

等离子点火装置由等离子发生器、等离子燃烧器、电源装置和辅助系统组成。辅助系统包括冷却水系统、载体风系统、图像火检系统、一次风风速测量系统和磨煤机冷炉制粉系统等。

b）主要部件或功能单元的机构、作用及其工作原理：

1、等离子发生器

等离子发生器工作原理图

本发生器为压缩空气载体等离子发生器，它由阴极、阳极前腔进气环,后腔进气环等组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先建立空载电压,设定好输出电流，启动后,高频引弧器工作，将阴极和阳极之间的间隙击穿, 由于有空载电压,电弧就建立起来了，形成等离子体,等离子体的能量密度高达105～106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。

等离子发生器是用来产生高温等离子电弧的装置，其主要由阳极组件、阴极组件、漩流环及支撑托架组成。等离子发生器设计寿命为8～10年。在两电极间加稳定的大电流，将电极之间的空气电离形成具有高温导电特性等离子体，其中带正电的离子流向电源负极形成电弧的阴极，带负电的离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极。

阳极组件

阳极组件由阳极、冷却水道、压缩空气通道及壳体等构成。阳极导电面为具有高导电性的金属材料，采用水冷的方式冷却，连续工作时间大于1000小时。

阴极组件

阴极组件由阴极头、进出水口、进气口等构成，阴极头导电面为具有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，连续工作时间大于150小时。