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第二章等离子点火煤粉燃烧器工作原理

2.1点火机理

本装置利用直流电流（280350A）在介质气压0.01-0.03Mpa的条件下接触引弧，

并在强磁场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、H、

2

－－－－＋

O、离子（O、H、OH、O、H）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全

2）22

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。

2.2等离子发生器工作

原理

本发生器为磁稳空气载

体等离子发生器，它由线圈、

阴极、阳极组成。其中阴极材

料采用高导电率的金属材料或

非金属材料制成。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。

线圈在高温250℃情况下具有

抗2000V的直流电压击穿能

力，电源采用全波整流并具有、线圈2、阳极3、阴极4、电源

恒流性能。其拉弧原理为：首

图2.1等离子发生器工作原理图

先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不

变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电

2

弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105～106W/cm，为点燃不同的煤

种创造了良好的条件。

2.3燃烧机理

图2.2燃烧机理图

根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级燃

烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利

于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明运用这一原理及设

计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。在建立一级点火燃烧过程中我们采

用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，10000℃的高温等离子体同浓煤粉的汇

合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。

点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500～

800kg/h，其喷口温度不低于1200℃。另外我们加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴

壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。

第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器

的应用将淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的

点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。

第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率

采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的

初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结

焦的目的（1998年获专利）。

第四区为燃尽区，疏松碳的燃尽率，决定于火焰的长度。随烟气的温升燃尽率逐渐

加大。

第三章等离子点火燃烧系统组成

3.1等离子点火燃烧系统

3.1.1燃烧系统