双风道分控式等离子电弧拉长升压点火装置及方法与流程

本发明属于等离子点火燃烧，具体涉及一种双风道分控式等离子电弧拉长升压点火装置及方法。

背景技术：

1、现有燃煤锅炉等离子点火装置普遍采用单回路载体风送风结构，单一流道难以同时实现阴极弧根防护与电弧拉伸升压两项功能，气流调控存在固有矛盾。传统送风方式易在放电腔内形成气流紊动与气流串扰，阴极根部弧根附着状态不稳定，设备长期连续运行过程中阴极、阳极电极损耗严重，频繁发生断弧、起弧失效等故障。常规等离子放电电弧受气流约束长度固定，电弧压降数值偏低，整体输出热功率受限，在燃用高灰分、高水分劣质燃煤时点火热源能量不足，点火与稳燃可靠性较差。与此同时，市面上同类装置仅依据电弧电压、电流参数完成基础风量调节，未对接锅炉煤粉工况参数开展联动自适应控制，风道风量与风压无法根据煤质、负荷实时匹配，电弧拉伸增益效果微弱，整机能耗偏高、煤质适配性差，大幅限制了等离子点火设备在火电锅炉调峰、劣质煤稳燃场景下的应用边界。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双风道分控式等离子电弧拉长升压点火装置及方法，用以解决现有等离子点火装置单回路送风结构功能耦合、气流紊动串扰、阴极弧根易失稳、电极烧蚀损耗大，且常规电弧长度固定压降不足、燃用劣质煤时点火热源匮乏，传统调控模式未联动煤粉工况、无分路自适应送风机制，造成风量匹配精度低、煤质适配能力弱、大功率工况运行稳定性差的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术第一方面，提供了一种双风道分控式等离子电弧拉长升压点火装置，包括:

4、电弧放电腔体，其内设置阴极组件和阳极组件，所述阴极组件和阳极组件同轴套装布设，所述阴极组件位于阳极组件内侧，阴极组件与阳极组件之间围合形成电弧空腔；

5、双通道载体风机构，包括涡流保护风道和轴向拉伸风道，所述涡流保护风道贴合阴极组件根部布设，所述轴向拉伸风道设于阳极组件喉部上游；

6、独立调节阀组，分别连通涡流保护风道和轴向拉伸风道，用于分路调节两道风道的风压和流量；

7、控制系统，其信号采集端分别与所述独立调节阀组和电弧放电腔体电性相连，用于采集电弧电压、电弧电流运行参数，并输出分控指令独立调节涡流保护风道和轴向拉伸风道的通风参数；所述涡流保护风道输出切向旋流包覆阴极弧根，所述轴向拉伸风道输出平行电弧轴线的定向气流拉伸电弧，以此提升电弧压降。

8、在一种可选的实施例中，所述双通道载体风机构还包括两组独立供气管道，所述独立调节阀组包括第一调节单元和第二调节单元；

9、其中，一组所述独立供气管道一端与涡流保护风道管路连通、另一端与所述第一调节单元连接；

10、另一组所述独立供气管道一端与轴向拉伸风道管路连通、另一端与第二调节单元连接。

11、在一种可选的实施例中，所述涡流保护风道上设有若干切向进气孔；

12、所述切向进气孔沿阴极组件根部周向均匀环绕布设；

13、每一所述切向进气孔与阴极组件中心轴线呈30°～60°夹角布置。

14、在一种可选的实施例中，所述涡流保护风道包括环形气腔；

15、所述环形气腔环绕阴极组件根部设置；

16、经所述切向进气孔通入的气流于环形气腔内部形成旋转气膜并包覆阴极弧根。

17、在一种可选的实施例中，所述轴向拉伸风道包括：

18、多组轴向进气孔；所述轴向拉伸风道布置于阳极组件喉部上游20mm～50mm处；

19、各所述轴向进气孔的出风方向与电弧放电腔体的中轴线平行设置。

20、在一种可选的实施例中，所述阳极组件采用拉瓦尔喷管结构；

21、所述轴向进气孔喷出的轴向气流沿阳极组件内部轴线定向输送；

22、所述轴向气流强制拉长电弧空腔内部形成的放电电弧。

23、在一种可选的实施例中，所述控制系统包括信号对接模块；

24、所述信号对接模块与锅炉dcs系统信号相连；

25、所述控制系统用于采集煤粉浓度和煤粉细度信号，并结合电弧电压、电弧电流参数同步修正涡流保护风道和轴向拉伸风道的通风参数。

26、在一种可选的实施例中，所述控制系统内置自适应控制逻辑；

27、所述自适应控制逻辑预设控制策略；

28、当等离子功率升高或燃用高灰高水分劣质煤时，所述控制系统调控增大轴向拉伸风道的风压与流量，以增强电弧拉伸作用。

29、在一种可选的实施例中，所述阴极组件由水冷钨铈合金材质制成，所述阳极组件为水冷金属喷管结构；

30、所述阴极组件外接直流电源负极，所述阳极组件外接直流电源正极。

31、本技术的第二方面，提供了基于所述双风道分控式等离子电弧拉长升压点火装置的点火方法，包括：

32、为同轴套装布设的阴极组件与阳极组件分别接通直流电源负极与正极，在阴极组件与阳极组件围合形成的电弧空腔内激发等离子放电电弧；

33、通过独立调节阀组的第一调节单元、第二调节单元，经两组相互隔断的独立供气管道，分别向涡流保护风道、轴向拉伸风道独立输送载体风，实现两路风道气源隔离、互不串扰；

34、气流经由涡流保护风道上30°～60°夹角且周向均匀布置的切向进气孔进入环形气腔，在阴极组件根部形成旋转气膜，完整包覆阴极弧根，实现阴极稳燃保护；

35、布置于阳极组件喉部上游20mm～50mm处的轴向拉伸风道，通过多组平行于电弧空腔中轴线的轴向进气孔输出定向气流，气流沿阳极组件拉瓦尔喷管内部轴线输送，强制拉长放电电弧，提升电弧压降；

36、控制系统实时采集电弧电压、电弧电流运行参数，同时通过信号对接模块联动锅炉dcs系统，获取煤粉浓度、煤粉细度工况参数，同步修正两路风道的风压与流量通风参数；

37、控制系统利用内置自适应控制逻辑，在等离子功率升高或燃用高灰高水分劣质煤工况下，自适应增大轴向拉伸风道的风压与流量，强化电弧拉伸效果，适配恶劣煤质点火稳燃需求。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、1、通过电弧放电腔体实现阴阳极同轴放电基础架构，双通道载体风机构拆分两路风道分工工作，搭配独立调节阀组分路控风、控制系统联动调控，区分阴极护弧与电弧拉伸两种送风功能，解决单风道功能冲突、气流串扰问题，依靠定向气流拉长电弧提升压降，从整体结构上改善电极烧蚀、点火能量不足的技术缺陷。

40、2、增设两组独立供气管道，分别对接调节阀组内两个调节单元，让涡流保护风道与轴向拉伸风道拥有完全相互隔离的供气通路，彻底根除两路气流气源互通串流的问题，规避传统共用管路风量互相干扰的弊端，让两路风道风压流量调节互不干涉，保障阴极护弧、电弧拉伸两项调控动作精准独立执行。

41、3、在涡流保护风道设置沿阴极根部周向排布、与轴线呈30°~60°夹角的切向进气孔，进气方向形成固定倾斜角度，相比直吹式进气可引导气流稳定形成环绕流向，解决常规送风无法贴合包裹弧根、弧根易偏移失稳的缺陷，从进气结构层面提升阴极弧根附着稳定性，降低电极局部高温烧蚀概率。

42、4、在涡流保护风道设置环绕阴极根部的环形气腔，切向进气孔通入气体后可在腔体内形成完整旋转气膜，全方位包覆阴极弧根，弥补普通开孔送风气流分散、防护范围不全的问题，持续隔绝高温电弧对阴极基材的直接冲刷，大幅缓解阴极组件损耗速度，延长电极使用寿命。

43、5、将轴向拉伸风道限定在阳极喉部上游20mm~50mm区间，并设置多组平行腔体中轴线的轴向进气孔，在电弧下游位置施加同向拉伸气流，区别于随意位置送风难以拉弧的弊端，定点定向牵引电弧延展长度，有效提升电弧整体压降，增大等离子点火热输出能量。

44、3、将阳极组件设置为拉瓦尔喷管结构，轴向进气孔气流顺着喷管轴线输送，依托喷管内腔形态约束气流流向，强制拉伸放电电弧，解决普通阳极结构气流发散、电弧拉伸效果弱的问题，依靠喷管收敛扩张结构强化气流增速效果，进一步拔高电弧压降，提升劣质煤点火适配能力。

45、7、为控制系统增设对接锅炉dcs系统的信号对接模块，可采集煤粉浓度、细度工况参数，并结合电弧电参数同步修正两路风道风量，打破传统仅依靠电弧参数调风的局限，实现煤质工况与送风参数联动匹配，解决风道参数和实际燃烧工况适配性差的技术短板。

46、8、在控制系统内部写入自适应控制策略，在大功率运行或燃用高灰高水分煤种时自动加大轴向风道风量，针对劣质煤点火能量不足、电弧易衰减的缺陷动态强化电弧拉伸效果，无需人工手动调节，实现工况自适应调控，提升设备复杂煤种场景下运行稳定性。

47、9、阴极采用水冷钨铈合金材质、阳极采用水冷金属喷管结构，阴阳极分别接入直流电源正负极，利用钨铈合金耐高温抗烧蚀特性搭配水冷结构带走电极热量，解决大功率工况下电极局部过热损毁问题，提升放电端散热能力，适配长时间大功率等离子点火作业需求。