等离子点火电极装置及等离子点火器的制作方法

本技术涉及燃煤锅炉点火，具体涉及一种等离子点火电极装置及等离子点火器。

背景技术：

1、目前，电站锅炉等离子点火系统中，电极装置通常依赖外部强磁场驱动电弧旋转以避免局部烧蚀，并采用刚性连接方式固定耐烧蚀部件。但在长期高温工况下，永磁体易发生退磁导致电弧失稳，气道结构易积碳堵塞致使气膜保护失效，且耐烧蚀部件与导电基体间因热膨胀系数差异产生较大热应力，引发开裂或脱落。一旦上述任一子系统失效，电极即丧失基本点火能力，导致系统停机维护频繁、寿命短及可靠性低等问题，因此急需一种能够在局部失效情况下仍维持基本运行能力的等离子点火电极装置。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的电极在局部失效时无法维持基本点火能力的问题，本技术通过等离子点火电极装置及等离子点火器，实现流场与磁场协同稳定电弧，并通过多重复合结构实现热应力缓冲与物理降级承载。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种等离子点火电极装置，包括阴极组件和阳极组件；

4、所述阴极组件包括旋流导流结构和电弧自旋驱动组件，所述旋流导流结构配置为引导气体形成贴壁旋转气膜，所述电弧自旋驱动组件配置为产生驱动电弧旋转的磁场；

5、所述贴壁旋转气膜的旋流方向与所述电弧的旋转方向协同耦合，以均衡电弧热负荷；

6、所述阳极组件包括导电基体以及嵌套于所述导电基体内的耐烧蚀内衬，所述导电基体与所述耐烧蚀内衬之间设有热应力缓冲结构，所述热应力缓冲结构配置为吸收热膨胀应力；

7、所述阴极组件的端部设有可拆卸弹头。

8、进一步地，所述贴壁旋转气膜的旋流方向与所述电弧的旋转方向之间的夹角为锐角；

9、所述旋流导流结构包括具有非平滑导流壁面的旋流气道，所述非平滑导流壁面配置为对所述气体进行导流以形成所述贴壁旋转气膜。

10、进一步地，所述非平滑导流壁面为锯齿状开放式气道结构；

11、所述锯齿状开放式气道结构设置于所述阴极组件的上游区域，包括沿气体流向所述阳极组件的方向连续分布的多个锯齿槽，所述锯齿槽的开口朝向气流中心区域；

12、所述锯齿状开放式气道结构的上方设有开放式气槽，所述开放式气槽配置为防止气流中的颗粒沉积；

13、气体经由所述锯齿状开放式气道结构引导后，在所述锯齿槽的下方及通道下部区域形成多条弯曲的流线，以在所述可拆卸弹头的上游形成贴附于所述非平滑导流壁面的所述贴壁旋转气膜；

14、所述锯齿状开放式气道结构的轮廓呈连续的锯齿状，所述锯齿槽的深度和间距配置为在气体流速处于预设范围内时，维持所述贴壁旋转气膜的厚度均匀性。

15、进一步地，所述电弧自旋驱动组件包括电流耦合磁场发生结构和偏置磁体中的至少一种；

16、所述电流耦合磁场发生结构配置为利用电弧电流自身产生感应磁场；

17、所述偏置磁体配置为提供基础引导磁场；

18、当所述电流耦合磁场发生结构和所述偏置磁体同时设置时，二者同轴嵌套设置于所述阴极组件的内部。

19、进一步地，所述热应力缓冲结构包括机械咬合结构和冶金结合层；

20、所述机械咬合结构设置于所述导电基体与所述耐烧蚀内衬之间的至少部分接触区域，配置为提供径向和轴向的机械锁定；

21、所述冶金结合层设置于所述机械咬合结构的至少部分接触面，配置为实现所述导电基体与所述耐烧蚀内衬之间的冶金结合；

22、所述热应力缓冲结构还包括设置于所述导电基体与所述耐烧蚀内衬之间的至少部分区域的弹性缓冲层，所述弹性缓冲层配置为吸收所述耐烧蚀内衬受热膨胀时产生的应力。

23、进一步地，所述机械咬合结构为燕尾槽结构，所述燕尾槽结构包括设置于所述导电基体的内壁的凹槽和设置于所述耐烧蚀内衬的外壁的凸起，所述凹槽与所述凸起相互嵌合；

24、所述冶金结合层为界面扩散焊层，所述界面扩散焊层通过高温扩散工艺形成于所述凹槽与所述凸起的接触面之间；

25、所述弹性缓冲层为波浪纹弹性缓冲层，所述波浪纹弹性缓冲层设置于所述导电基体与所述耐烧蚀内衬之间的至少部分区域并贴合于所述导电基体的内壁；

26、在设有所述弹性缓冲层的区域，所述耐烧蚀内衬与所述弹性缓冲层之间还设有fgm梯度过渡层，所述fgm梯度过渡层的材料成分从靠近所述耐烧蚀内衬的一侧至靠近所述弹性缓冲层的一侧呈梯度变化。

27、进一步地，所述可拆卸弹头通过刺刀式快插锁定结构与所述阴极组件相连；所述刺刀式快插锁定结构包括设置于所述可拆卸弹头的后部的插接部和设置于所述阴极组件的前部的锁定槽，所述插接部配置为插入所述锁定槽并旋转锁定；

28、所述阴极组件的内部还设有弹性预紧接触片，所述弹性预紧接触片与所述可拆卸弹头的导电连接部弹性抵接，配置为向所述可拆卸弹头施加轴向预紧力，以减小所述插接部与所述锁定槽之间的轴向间隙，并保持所述可拆卸弹头与所述阴极组件之间的导电接触。

29、进一步地，还包括气路系统，所述气路系统包括机械延时阀和阻尼气室；

30、所述机械延时阀设置于所述气路系统的进气通道中，配置为在所述等离子点火电极装置停机断电后，保持开启状态预设时间；

31、所述阻尼气室与所述机械延时阀气路连通，配置为在所述预设时间内，利用内部储存的压缩气体维持所述旋流导流结构的气体吹扫，以防止电极积碳和热回流。

32、进一步地，所述阴极组件的内部设有阴极冷却水道，所述阳极组件的内部设有阳极冷却水道，所述阴极冷却水道和所述阳极冷却水道分别配置为通入冷却介质，以对所述阴极组件和所述阳极组件进行冷却；

33、还包括外壳，所述外壳上设有状态监测接口，所述状态监测接口包括用于采集电压、电流、水温和气压中至少一种参数的传感器安装位，以及用于输出监测信号的干接点或电流输出接口。

34、一种等离子点火器，包括电源接口以及如权利要求9所述的等离子点火电极装置；

35、所述电源接口设置于所述等离子点火电极装置的外壳上并与所述等离子点火电极装置电连接，所述外壳上设有与所述旋流导流结构连通的进气口以及与所述等离子点火电极装置的出火端对应的火焰出口。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

37、本技术提供的等离子点火电极装置，通过旋流导流结构与电弧自旋驱动组件的协同耦合，使贴壁旋转气膜与电弧旋转方向高度一致，形成稳定的流-磁同向驱动场，促使弧根在电极表面均匀漂移，显著降低局部热负荷集中，延缓电极烧蚀速率；阳极组件中导电基体与耐烧蚀内衬之间设置的热应力缓冲结构，通过机械咬合、冶金结合与弹性缓冲的多重机制，有效吸收热膨胀应力，防止界面失效，并在耐烧蚀内衬磨损后允许导电基体短时承载，配合阴极可拆卸弹头结构，使装置在气膜减弱、磁场衰减或局部结构损伤等部分失效工况下仍能维持基本点火功能，实现了可退化运行能力；锯齿状开放式气道结构避免积碳堵塞，保障气膜长期稳定；机械延时吹扫机构在停机后自动维持气流保护，防止热回流与积碳；整体结构无需改造原系统即可原位安装，维护时间短，显著提升了等离子点火系统的可靠性、寿命及运维效率。