[发明专利]一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置和燃烧方法

权利要求书

1.一种基于水蒸气热等离子体的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置包括等离子体发生单元、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器包括气化筒；

所述冷却单元和水蒸气单元均与所述等离子体发生单元相连，所述等离子体发生单元的出口端延伸进所述煤粉燃烧器的气化筒内。

2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述等离子体发生单元包括等离子体枪和配套电源，所述配套电源与等离子体枪连接；

优选地，所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪；

优选地，所述水蒸气热等离子体枪包括电弧等离子体枪、微波等离子体枪或脉冲等离子体枪中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述等离子体枪至少为1支。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，所述煤粉燃烧器包括燃烧器外壳、气化筒和燃烧筒；

优选地，所述气化筒包括直筒结构或缩口结构；

优选地，所述气化筒的材质包括陶瓷和/或耐热钢；

优选地，所述等离子体枪与所述气化筒、所述燃烧筒依次连接，所述气化筒与燃烧筒同轴设置；

优选地，所述气化筒、燃烧筒与所述燃烧器外壳间设有间隙；

优选地，所述煤粉燃烧器的气化筒一端设有煤粉入口；

优选地，所述煤粉燃烧器的出口与锅炉相连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置还包括控制单元，所述控制单元与所述等离子体枪、配套电源、冷却单元、水蒸气单元以及煤粉燃烧器均相连。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述燃烧装置进行煤粉燃烧的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)向等离子体枪通入水蒸气，得到水蒸气热等离子体；

(2)步骤(1)得到的水蒸气热等离子体与煤粉依次发生气化反应和燃烧反应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述等离子体枪包括水蒸气热等离子体枪；

优选地，产生水蒸气热等离子体的过程中对所述水蒸气热等离子体枪进行冷却；

优选地，所述冷却的冷却介质包括冷却水或压缩空气。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述水蒸气由水蒸气单元产生；

优选地，所述水蒸气单元包括蒸气锅炉；

优选地，步骤(1)所述水蒸气的流量为10～300Nm³/h；

优选地，步骤(1)所述水蒸气的压力为5～1500kPa。

8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述煤粉中的固定碳含量与水蒸气的通入量的质量比不小于1；

优选地，所述煤粉中的固定碳含量为30～70wt％；

优选地，部分煤粉通过燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙对煤粉燃烧器的内壁进行冷却。

9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述气化反应在所述气化筒中进行；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应在所述煤粉燃烧器中进行；

优选地，步骤(2)所述气化反应的温度为2250～5500℃；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应的温度不小于600℃；

优选地，步骤(2)所述气化反应生成的气体包括H₂和CO；

优选地，步骤(2)所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。

10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将流量为10～300Nm³/h，压力为5～1500kPa的水蒸气通入等离子体枪，得到的水蒸气热等离子体；水蒸气热等离子体的生成过程中对等离子体枪进行冷却；

(2)将固定碳含量为30～70wt％的煤粉气流通入煤粉燃烧器，部分煤粉气流与步骤(1)得到的2250～5500℃的水蒸气热等离子体发生气化反应，生成包括H₂和CO的混合可燃气，所述混合可燃气与煤粉在不小于600℃的条件下发生燃烧反应，另一部分煤粉气流进入到燃烧器外壳与气化筒以及燃烧筒的间隙中对煤粉燃烧器的内壁进行冷却；所述燃烧反应生成的火焰进入锅炉。