Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива

 

Изобретение относится к устройствам для розжига и стабилизации горения топлива в котельных установках, топочных устройствах. Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива содержит камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом паротопливная форсунка размещена в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива, а указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, кроме того, устройство снабжено элементом вывода запального факела, а полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива с направлением ее сопла вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива, а плазмотрон смонтирован в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от сопла паротопливной форсунки в направлении вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела. Устройство снабжено дополнительной паротопливной форсункой, установленной в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от плазмотрона в направлении выходного отверстия элемента вывода запального факела. Дополнительная паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела. В стенке охлаждающей рубашки выполнены отверстия для подачи воздуха в зону расположения паротопливной форсунки. Дополнительная паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону паротопливной форсунки. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для розжига и стабилизации горения топлива в котельных установках, топочных устройствах и других теплогенерирующих устройствах.

Наиболее традиционным способом воспламенения топлива является способ, при котором плазмотрон размещают в непосредственной близости от мазутной форсунки горелки так, что сопло плазмотрона касается поверхности конуса распыла мазутного факела (М. Ф. Жуков, Е.И.Карпенко, В.С.Перегудов и др. "Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела", под ред. В. Е.Мессерле, В.С.Перегудова, Новосибирск, Наука, Сиб. изд. фирма РАН, 1995, стр. 98).

Недостатком данного способа воспламенения является попадание топлива из-за неравномерности его распыла на плазмотрон, что ведет к закоксовыванию и уменьшению срока эксплуатации электродов плазмотрона. Кроме того, при необходимости снижения расхода топлива через форсунку изменяется угол раскрытия факела, что ведет к увеличению расстояния между соплом плазмотрона и поверхностью конуса распыла факела. С другой стороны, в процессе эксплуатации в результате естественного износа изменяются параметры работы форсунки, что также ведет к изменению угла раскрытия факела и его нестабильности.

Известно плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, содержащее камеру подготовки топлива, в торцевой части которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона, причем указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры подготовки топлива (RU, полезная модель 19312, F 23 D 1/00, опубл. 20.08.2001).

Недостатком данного устройства является нестабильная его работа при малых расходах топлива и уменьшении тепловой мощности плазмотрона.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по гарантированному обеспечению работы устройства при малых расходах топлива и малой мощности применяемого плазмотрона.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационных качеств и надежности за счет обеспечения устойчивого розжига и стабилизации горения топлива в течение срока службы плазмотрона.

Указанный технический результат достигается тем, что плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива содержит камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом паротопливная форсунка размещена в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива, а указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, устройство снабжено элементом вывода запального факела, а полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива с направлением ее сопла вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива, а плазмотрон смонтирован в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от сопла паротопливной форсунки в направлении вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

При этом оно может быть снабжено дополнительной паротопливной форсункой, установленной в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от плазмотрона в направлении выходного отверстия элемента вывода запального факела.

При этом дополнительная паротопливная форсунка может быть смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

При этом в стенке охлаждающей рубашки могут быть выполнены отверстия для подачи воздуха в зону расположения паротопливной форсунки.

При этом дополнительная паротопливная форсунка может быть смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону паротопливной форсунки.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема плазмохимического устройства для подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, первый пример исполнения; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, второй пример исполнения.

Согласно настоящему изобретению плазмохимическе устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива представляет собой камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка.

Имеется элемент вывода запального факела, а паротопливная форсунка размещена в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива с направлением ее сопла вдоль продольной оси камеры, а плазмотрон смонтирован в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от сопла топливной форсунки в направлении вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

Камера предварительной подготовки топлива выполнена с элементом вывода запального факела и охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке.

Устройство может быть снабжено дополнительной паротопливной форсункой, установленной в боковой стенке камеры на расстоянии от плазмотрона в направлении выходного отверстия элемента вывода запального факела.

Причем возможно исполнение, согласно которому дополнительная паротопливная форсунка может быть смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

Кроме того, в стенке охлаждающей рубашки могут быть выполнены отверстия для подачи воздуха в зону расположения паротопливной форсунки.

Кроме того, в стенке охлаждающей рубашки выполнены отверстия для подачи воздуха в зону расположения паротопливной форсунки.

При этом возможно выполнение элемента вывода факела в виде трубы или сопла.

Ниже приводятся примеры конкретного исполнения изобретения.

В устройстве (фиг.1) используется камера предварительной подготовки топлива 1, который может присоединяться к элементу вывода запального факела в виде стандартной трубы 2 под запальное устройство, установленной в горелке. В торцевой части камеры предварительной подготовки топлива располагается паротопливная форсунка 3, а в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива устанавливается плазмотрон 4. Камера предварительной подготовки топлива снабжена охлаждающей рубашкой 5 с перфорацией в ее торцевой стенке 6. В качестве охладителя в рубашке 5 используется воздух, выполняющий также роль эжектора и окислителя. Из охлаждающей рубашки 5 часть воздуха может подаваться в начало камеры предварительной подготовки топлива через отверстия 7, что позволяет использовать плазмотрон меньшей мощности и уменьшить расход топлива. Воздух и топливо подаются в устройство с таким расчетом, чтобы разложение и горение топлива происходило при недостатке окислителя. На выходе из стандартной трубы 2 под запальное устройство продукты термического разложения и неполного сгорания топлива, имеющие высокое содержание активных радикалов, соединяются с окислителем, содержащимся в дутьевом воздухе, и образуют устойчивый высокотемпературный факел, обеспечивающий надежное воспламенение газомазутной форсунки. Данное устройство может использоваться для плазмохимической подготовки пылеугольной смеси.

С целью снижения уровня стехиометрического соотношения окислителя и топлива а, увеличения длины факела и повышения его интенсивности возможно исполнение (фиг. 2), когда устройство снабжается дополнительной паротопливной форсункой 8, расположенной в боковой стенке камеры на расстоянии от плазмотрона 4.

Настоящее изобретение промышленно применимо. Испытания устройства показали, что устойчивый запальный факел на выходе трубы 2 образуется уже при мощности плазмотрона от 0,8 кВт и расходе топлива 3,5-5,2 г/с при стехиометрическом соотношении окислителя и топлива 0,3<α<0,7. При этом длина запального факела была в пределах от 500 до 1500 мм.

Формула изобретения

1. Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, содержащее камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещен плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом паротопливная форсунка размещена в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива, а указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, отличающееся тем, что оно снабжено элементом вывода запального факела, а полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива с направлением ее сопла вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива, а плазмотрон смонтирован в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от сопла паротопливной форсунки в направлении вдоль продольной оси камеры предварительной подготовки топлива в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной паротопливной форсункой, установленной в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива на расстоянии от плазматрона в направлении выходного отверстия элемента вывода запального факела.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительная паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону выходного отверстия элемента вывода запального факела.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в стенке охлаждающей рубашки выполнены отверстия для подачи воздуха в зону расположения паротопливной форсунки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительная паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси паротопливной форсунки с направлением ее сопла в сторону паротопливной форсунки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2