等离子点火系统介绍
-
等离子点火煤粉燃烧器工作原理
点火机理
本装置利用直流电流(
280---350A
< br>)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
p>
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<
/p>
)
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
< br>、
O
2
)
、
离
子
(
O
2
-
、
H
p>
2
-
、
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%
~
< br>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< /p>
0
压力的空气在电弧的作用下,被电
离为高温等离子体,其能量密度高达
105
~
106W/cm
< br>2
,为点燃
不同的煤种创造了良好的条件。
等离子发生器结构
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、线圈组件三
大部分组成,还有支撑托架配合现场安装。等离子发生器设计寿命为
5
< br>~
8
年。阳极组件与阴极组
件包
括用来形成电弧的两个金属电极阳极与阴极,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
< p>离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极。线圈通电产生强磁场,将等离子体压缩,并由压缩空< /p>
气吹出阳极,形成可以利用的高温电弧。
1
燃烧机理
气膜风
等离子燃烧器
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
>
5000
K
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
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
对于点燃贫煤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
< br>的粉量。
煤粉的浓度影响煤粉的着火温度,在点火区适
当提高煤粉浓度有利于点火。等离子燃烧器内通
过采用撞击式浓缩块获得点火区的相对较
高浓度。对于现场燃烧器前有弯头的锅炉,因弯头的离心
浓淡作用及现场安装位置的限制
,有可能会造成中心筒点火区的浓度降低,为了解决这个问题同时
减小改造工作量,可在
弯头内加入弯板或扭转板,改变进入点火区的能浓度分布。
-3
周界风
中心筒
撞击式浓淡块
III
II
I
一次风
等
离
风箱
子
发
生
器
等离子弧
2
热电偶
无
弯
板
时
的
高
p>
浓
度煤粉位置
中心筒点火区
最后一级煤粉
有
弯
板
时
的
高
浓
度煤粉位置
一次风
由
于等离子燃烧器采用内燃方式,
燃烧器的壁面要承受高温,
因此
加入了气膜冷却风
(如图
3.1
所示)
,避免了火焰和壁面的直接接触
,同
时也避免了煤粉的贴壁流动及挂焦。为了减小燃烧器的
尺寸,也可采取用一次风直接冷却
的办法但须在燃烧器壁面上增加壁温测点(如图
3.2
所示)<
/p>
,以
防止燃烧器因超温而被烧蚀。对温度的测量采用
K
分度凯装热电偶,热电偶的外径
3mm
,具有很好
的挠性,
可直接从伸到炉外热电偶导管
插入到测点,
再用螺母固定到导管上,
具有良好的可更换性。<
/p>
热电偶的测温范围为
0
~
800
℃
,
燃烧器的长期壁温
应控制在
600
℃以内,如果超温,可采取提高一
次风速和降低一次风浓度的手段进行降温。
系统组
成:电气系统、冷风加热系统、冷却水系统、载体风系统、控制系统、监视系统
隔离变压器
3
隔离变压器外形图
等离子电源系统用隔离变压器参数:
额定电压:
0.38/0.36KV
额定功率:
200KVA
额定频率:
50HZ
相数:三相
接线方式:Δ
/ Y
冷却风式:自然冷却
绝缘等级:
F
绝缘水平:
AC3/3
温升:
100K
选用材料:
30Q130
冷轧有取向硅钢片、环氧树脂真空浇注
.
隔离变压器的主要作用是隔离。一次绕阻接成三角形,使
3
次谐波能够通过,减少高次谐波的
影响;二次绕组接成星型
,可得到零线,避免等离子发生器带电。
电源柜
柜体外形尺寸及安装尺寸如下图所视:
4
3.6
电源柜外形图
电源柜为前后开门结构。前门上方安装有三块表从左到右分别为系统实际电压表、系统实际电
流表、系统给定电流表,下方为排气孔。
电源柜技术参数如下:
额定输入电压
(1)
:
3AC400(+15%/-20%)
额定输入电流:
332A
额定频率:
45-65HZ
额定直流输出电压:
485V
额定直流输出电流:
400A
过载能力:
180%
额定输出功率:
194KW
额定直流电流下的功耗:
1328W
电子电路电源
额定供电电压:
2AC380(-25%)
~
460(+15%); In=1A
或
1AC190(-25%)
~
230(+15%); In=2A
(-35% 1
分钟
)
冷却风扇
额定电压:
3AC400( 15%) 50HZ
5
额定电流:
额定流量:
噪音等级:
运行环境温度:
存储和运输温度:
安装海拔高度:
0.3A
570m3/h
73dBA
0
~
40
℃
(2)
强迫风冷
-25
~
+70
℃
额定直流电流下≦
1000M (3)
环境等级(
DIN IEC
721-3-3
)
:
3K3
防护等级
(DIN 40050
IEC144)
:
IP00
说明:
(1)
< br>电源柜进线电压可低于额定电压
(由参数
P078
设置,
400V
装置可用于
< br>85V
输入电压)
。
输出电压也
相应降低。
(2)
指定的直流输出
电压,在进线电压低于
5%
(额定输入电压)时也能达到。
p>
(3)
负载系数
K1(
直流电流
)
同冷却温度有关。
(4)
负载系数
< br>K2
与安装高度有关。
(5)
总的衰减系数
K=K1
×
K2
。
电源柜正面视图如
图
3.7
所示,电源柜后视图如图
3.
8
所示。
6
3.7
电源柜正面图
其中主要部件为:
①
冷却风机
:
用来冷却柜内控制元件。
②
整流装置。
③
熔断器:电流过载保护。
④
电源开关:控制电源柜内冷却风机的启停。
⑤
电源开关:电源柜控制电源。
⑥
端子排:电源柜与外部设备的接口。
⑦
直流控制器
6RA70
。
⑧
直流平波电抗器。
3.8
电源柜后视图
⑨
控制变
压器:将柜内交流
380V
电源转变成交流
220V
电源供控制回路使用。
⑩
直流
24
V
电源:用于电极的接触检测。
7
电源
进线
L3
1
2
启
动
(
面
板<
/p>
)
停
止
(
面
板
)
F0
本
控
/
遥
控
(
面
板
< br>)
L1
L2
1
< br>1
2
2
Prifibus-DP
冷
却
风
机
p>
电
极
检
测
交
流
合
闸
输
出
电
压
< br>输
出
电
流
设
定
电
流
复
位
铜排
1
3<
/p>
5
13
1
3
p>
14
2
4
6
2
4
P11
2
1
+
P12
+
P13
+
2
0
2
K12
2
4
6
1
3
5
5
365V
6
1
F11
3
4
2
4
6
2
V
-
A
-
A
< br>-
14
14
22
14
24
14
24
14
14
9
14
D1
U
V
W
2U
2V
PGK
/.E4
5
9
26V
2
20V
D2
D3
I
0
.
0
I
0
.
1
I
0<
/p>
.
2
I
0
.
3
I
0
.
4
I
0
.
5
I
0
.
6
I
0
.
7
I
1
.<
/p>
0
I
1
.
1
I
1
.
2
I
1
.
3
I
1
.
4
5
U
1
5
W
1
1
1<
/p>
1
I
1
.
5
1
4
1
5
1
2
1
3
1
6
1
7
F12
F13
F14
V11
2
2
2
0
3
F10
1
3
5
T11
13
13
21
13
23
p>
13
23
13
13
5
13
2
0<
/p>
1
2
0
0
2
4
V
d
c
/
.
E
9
EM-277
L
+
M
1
M
2
M
M
L
+
< br>P
E
PE
1
S
1
1
S
1
2
S
1
3<
/p>
S
1
4
S
1
5
S
1
6
Q
1
1
K
1
1
/.B8
6QG12 功率组件
2W
1C2
< br>1D2
2
6RA70 MASTER DRIVER
p>
1
0
9
1
1
0
1
D
1
58
59
S7-224
可编程控制器
1
L
Q
< br>0
.
0
Q
0
.
1
Q
0
.
2
Q
0
p>
.
3
2
L
3
L
Q
0
.
4
Q
0
< br>.
5
Q
0
.
6
PE
K
1
L
N
14
K
11
13
11
21
K1
12
22
R13
C11
K1
A1
A2
PE
/.B8
L1
H
11
1
A1
A2
K12
1
2
Q
0
.
7
3
6
3
9
3
8
p>
3
7
3
4
1
0
5
1
0
6
L
1
< br>N
P
E
风
压
F15
2
Q11
< br>Q12
R11
R12
红
2
阴
极
前
进
阴
极
后
< br>退
3
1
指
示
灯
P
2
4
S
t
a
r
p>
t
E
n
a
b
l
e
A
M
P
u
p
< br>A
M
P
d
n
计
数
复
位
1
0
4
阴
p>
极
进
阴
极
退
电
流
增
电
流
减
水
< br>流
量
M12
N
< br>L
PGK
/.C2
1
0
0
1
0
1
1
0
2
1
C
1
冷却风机
< br>功率主回路
1
D
1
电极检测
辅助电源
SIEMENS
驱动器
390
PLC 数字量输出
1<
/p>
0
0
1
0
1
1
0
2
1
0
3
1
0
4
保
留
2
0
0
2
0
1
2
0
2<
/p>
2
0
3
/.D3
/.D3
/.B8
11
21
13
12
22
14
/.B3
1
3
5
2
4
6
6
R
A
7
0
X
1
7
2
/.B2
< br>58
220
59
60
390
K
L
k
l
K
L
k
l
2
4
X3-3
X3-2
K1
K12
8
p>
5
1
通讯电缆连接示意
电流互感器连接示意
6
R
A
7
0
X
1
7
2
接线端子排列
1
3
5
2
4
6
D
型
9
针
插
< br>头
(
针
)
U
V
W
X3-1
X3-4
6
3
1
< br>0
3
2
4
V
d
c
/
.
B
9
电
源
p>
风
机
3.9
电源柜原理接线图
3.2.2.2.1
整流电路
<
/p>
V1-V6
六个晶闸管(
KP1000A
/1200V
)接成三相全控整流桥。
三相桥式全控整流电路为三相半波共阴极组与共阳极组的串联,因此整流电路在任何时刻都必
< br>须有两个晶闸管导通,
才能形成导电回路,
其中一个晶闸
管是共阴极的,
另一个晶闸管是共阳极的,
所以必须对两组中要
导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。可采用两种办法:一种是给每个触发脉冲
的宽度大于
60
º
(一般取
80
º
∽
100
º
)
,称宽脉冲触发;另一种是在触发某一号晶闸管的同时
给
前一号晶闸管补发一个脉冲,相当于用两个窄脉冲等效替代大于
60
º
的宽脉冲,称双脉冲触发。
等
离子电源柜采用的是双脉冲触发方式。
整流原理图
SIEMENS
大功率直流调速装置
67RA70
S
IEMENS
大功率直流调速装置
6RA70
< br>是给直流调速电机配备的调速器,其内部有两套整流电路
分别用于电机电枢回路和
电机的励磁回路。电机电枢回路采用的是三相全控桥式整流电路,励磁回
路采用的是单向
全控桥式整流电路。等离子电源柜正是采用
6RA70
的电枢回
路来提供稳定的直流电
源。
直流电抗器
直流平波电抗器,由于<
/p>
DLZ-200
型等离子发生器是直流接触引弧,因此在启动阶段
电源要工作
在低电压(
0
~
20V
)
,大电流(
2
60
~3
00A
)的短路状态,这对
功率组件是极其不利的。同时,
由于等离子发生器在引弧瞬间会产生强烈的冲击负荷,即
使是在正常工作情况下,由于电弧在阴极
- 15 -
和阳极之间旋转产生电压跳变,也要求电源要有极强的恒流能力。这就要求平波电抗器要有足够
的
感抗。从平波的角度讲当然是电感量越大越好,但是一味的增加电感抗,不仅会增加设
备的成本,
同时由于其尺寸过于庞大而不利于设备的推广使用。因此,在电抗容量设计上
,通过大量实验工作
最后定为
500A
,
2.1MH
的电抗器,其平波效果较为理想。
控制
PLC
选用
S7-200
CPU224 <
/p>
可编程控制器来对直流电源和电极动作进行控制,实现等离子点火器的自
< br>动点火。具体方案如下:
·
使用
USS
协议通过
< br>CPU224
上的通讯口
PORT0
与
6RA70
的通讯口
X172<
/p>
之间的进行数据交换,
以完成对主电路的操作控制和各类状态信息
的读出和条件判断等,实现直流电源的控制。
·
电极控制信号及点火必须的压缩空
气压力、冷却水压力等信号直接接入
CPU224
固有的开关<
/p>
量输入输出。
·
通过扩展
EM277 DP
模块与主
站
S7-300
完成数据交换,实现集中控制。
EM277
模块配置为
16
字
入
/16
字出模式。
·
通过
CP
U224
内部的逻辑运算,实现点火装置的自动控制。
按等离子发生器工作的特点和要求编制的控制程序保证了点火过程可顺利地进行,并对点火工<
/p>
作过程各装置提供了有效的监控和保护。根据系统要求启动等离子点火装置要分遥控
/
本控两种方
式。在本控操作时,通过电气操
作柜对直流电流和阴极位置可以随时进行必要的调整,以适应不同
煤种和工况条件下的点
火参数需求。
3.2.3
等离子载体风系统
压力控制器
压力表
1-1/2
压力表
1-1/2
D
L
Z
-
2
0
0
D
L
0
Z
-
2
0
45*3
仪表组件
仪表组件
炉 膛
压力控
制器
压力表
1-1/2
压力控制器
p>
压力表
1-1/2
D
L
Z
-
2
0
0
D
L
Z
p>
-
2
0
0
仪表组件
注:1、该图仅示意出压缩空气系统构
成(按四台等离子发生器考
虑),并推荐管径,不代表其
真实走向。
2、压缩空气为洁净的仪表气源
(要求无油、无水)。
3、系统压力不低于0.5MPa。
空气过滤器
(滤油、滤水
)
压力表
储气罐
此
部
分
供
参
考
空气压缩机
- 16 -
等离子冷却水系统
仪表组件
1-1/2
过滤器
压力控制器
< br>压力表
压力表
仪表组件
压力控制
器
过滤器
1-1/2
45*3
45*3
4
5
*
3
炉 膛
仪表组件
压力控制器
1-1/2
过滤器
压力表
回
水
管
4
p>
5
*
3
仪表组件<
/p>
压力表
压力控制器
过滤器
1-1/2
45*3
45*3
回水管
89*4.5
来水母管
76*4
.5
该部分供参考
回水母管
108*5
76*4.5
89*4.5
水箱
冷却水系统图
3.3
监控系统
3.3.1
壁温测量
3.3.1.1
壁温测量
为了确保等离子燃烧器的安全运行,在燃烧器的相应位置安装了监视壁面温度的热电偶。热电<
/p>
偶的安装位置是根据数台等离子燃烧器的工业应用情况和燃烧器工作状态下的温度场确定的
。安装
位置如下图所示。热电偶的型号主要为
K
分度或铠装热电偶。
热电偶1
热电偶2
- 17 -