Устройство для поджига и стабилизации горения твердого топлива

Изобретение относится к устройствам для поджига и стабилизации горения твердого топлива в теплоэнергетических установках, например в газификаторах или котельных агрегатах. Устройство для поджига и стабилизации горения твердого топлива содержит кожух с охлаждаемой рубашкой, соединенной с источником охладителя, и размещенные в рабочей зоне кожуха элемент подачи плазмообразующего газа, элемент подачи поджигового топлива и электроды. Электроды выполнены с возможностью перемещения между рабочим положением и положением охлаждения, а в рабочей зоне кожуха выполнены отверстия для вывода охладителя из охлаждаемой рубашки. Число отверстий для вывода охладителя составляет не менее числа электродов. Элемент подачи плазмообразующего газа выполнен в виде трубки, а электроды в рабочем положении и отверстия для вывода охладителя размещены на окружностях с центрами на оси этой трубки, причем диаметр окружности расположения отверстий для вывода охладителя составляет от 1,1 до 10,0 диаметра окружности расположения электродов. Положение охлаждения электрода соответствует размещению его в зоне, ограниченной расстоянием от оси отверстия для вывода охладителя, равным половине разности диаметров окружности расположения отверстий для вывода охладителя и окружности расположения электродов. Рабочая зона кожуха выполнена в виде вогнутого отражателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам для поджига и стабилизации горения твердого топлива в теплоэнергетических установках, например в газификаторах или котельных агрегатах.

Известно устройство для воспламенения и стабилизации горения пылеугольного топлива, содержащее плазматрон, введенный в камеру воспламенения, соединенную с каналом подачи пылеугольного топлива. Устройство содержит каналы ввода сжатого воздуха, регулирование параметров которого осуществляется, в частности, возвратно-поступательным движением плазматрона (патент RU 2216690 С2, кл. F23Q 5/00, опубл. 20.11.2003). Это устройство не предназначено для работы с неизмельченным твердым топливом.

Наиболее близким к заявленному является устройство для поджига и стабилизации горения твердого, в частности пылеугольного, топлива, содержащее кожух с охлаждаемой рубашкой, соединенной с источником охладителя, и размещенные в муфеле рабочей зоны кожуха элемент подачи плазмообразующего газа, элемент подачи поджигового топлива и электроды (патент RU 2230991 С2, кл. F23Q 5/00, опубл. 20.06.2004).

Это устройство недостаточно эффективно и надежно, так как содержит воздушный плазматрон, который требует постоянного поддержания электрической дуги, что способствует быстрому выгоранию электродов, а струя плазмы обеспечивает лишь низкотемпературный факел муфеля (900-1100°С). Кроме того, использование в этом устройстве воздуха в качестве плазмообразующего газа приводит к образованию нежелательных комбинаций химических соединений, таких как N_xO_y и N_xC_y. При работе с твердым топливом может происходить закупорка муфеля, что также понижает его эффективность и надежность. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности и надежности устройства, а также расширении области его применения за счет улучшения его эксплуатационных характеристик.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для поджига и стабилизации горения твердого топлива, содержащем кожух с охлаждаемой рубашкой, соединенной с источником охладителя, и размещенные в рабочей зоне кожуха элемент подачи плазмообразующего газа, элемент подачи поджигового топлива и электроды, в рабочей зоне кожуха выполнены отверстия для вывода охладителя из охлаждаемой рубашки, а электроды выполнены с возможностью перемещения между рабочим положением и положением охлаждения.

Число отверстий для вывода охладителя может составлять не менее числа электродов, что повышает эффективность охлаждения электродов и увеличивает их ресурс.

Элемент подачи плазмообразующего газа может быть выполнен в виде трубки, а электроды в рабочем положении и отверстия для вывода охладителя могут быть размещены на окружностях с центрами на оси этой трубки, причем диаметр окружности расположения отверстий для вывода охладителя может составлять от 1,1 до 10,0 диаметра окружности расположения электродов, что обеспечивает эффективное охлаждение электродов при различных размерах устройства.

Положение охлаждения электрода может соответствовать размещению его в зоне, ограниченной расстоянием от оси отверстия для вывода охладителя, равным половине разности диаметров окружности расположения отверстий для вывода охладителя и окружности расположения электродов, что повышает эффективность устройства.

Рабочая зона кожуха может быть выполнена в виде вогнутого отражателя, что обеспечивает фокусирование фотонной энергии, сопутствующей формированию теплового пятна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показано заявленное устройство;

на фиг.2 - схематичное изображение электродов в рабочем положении и положении охлаждения.

Устройство для поджига и стабилизации горения твердого топлива содержит кожух 1 с охлаждаемой рубашкой 2, соединенной с источником охладителя (не показано). Источником охладителя может быть емкость с охладителем или система водоснабжения. В рабочей зоне кожуха 1 размещены трубка 3 подачи плазмообразующего газа, элемент подачи поджигового топлива в виде трубки 4, а также электроды 5, установленные с возможностью подключения к электрической цепи. Рабочей зоной кожуха 1 является зона, сообщенная с топкой или вводимая в топку газификатора или котельного агрегата. Рабочая зона кожуха 1 выполнена в виде вогнутого отражателя 6, обращенная к топке поверхность которого выполнена зеркальной. Форма отражателя может быть круглой, параболической, гиперболической или какой-либо другой, обеспечивающей защиту электродов 5 от попадания фрагментов твердого топлива при работе устройства и для предотвращения попадания твердого топлива в стартовую зону теплового пятна. Электроды 5 выполнены с возможностью перемещения между рабочим положением 7 и положением охлаждения 8 и снабжены механизмом их перемещения. Механизмом перемещения электродов 5 может быть одно из известных устройств, не рассматриваемых в данном изобретении. Для охлаждения электродов 5 в рабочей зоне кожуха 1 выполнены отверстия 9 для вывода охладителя из охлаждаемой рубашки 2. Отверстия 9 могут быть оборудованы форсунками 10 для формирования струи охладителя.

Согласно фиг.2 электроды 7 в рабочем положении размещены на окружности диаметра Dэ, а отверстия 9 для вывода охладителя на окружности диаметра Do. Центры Оэ, Оо этих окружностей расположены на оси трубки 3, причем диаметр Do окружности отверстий для вывода охладителя составляет от 1,1 до 10,0 диаметра Dэ окружности расположения электродов 5 и определяется конкретными параметрами устройства, в частности размером электродов 5. В положении 8 охлаждения электроды 5 размещены в зоне, ограниченной расстоянием t от оси Оохл отверстия 9 для вывода охладителя, равным половине разности диаметров Do окружности расположения отверстий 9 для вывода охладителя и Dэ окружности расположения электродов 5 в рабочем положении 7. Электроды 5 выполнены из тугоплавких сплавов на основе хрома, ванадия или никеля. В качестве плазмообразующего газа может быть использован водород или кислород. В качестве поджигового топлива могут быть использованы различные виды топлива как жидкого, так и пылевидного, например дизельное топливо, бензин, бензол, керосин, водоугольное топливо, а также может быть использована смесь топлива с топливоносителем, например паром, и/или кислородом, и/или водородом. Устройство для поджига снабжено регуляторами силовой части искрения, перемещения электродов, расхода плазмообразующего газа, расхода поджигового топлива и расхода охладителя, а также блоками управления ими.

Устройство работает следующим образом. Плазмообразующий газ, например водород, по трубке 3 поступает в рабочую зону кожуха 1 и проходит между симметрично расположенными относительно оси трубки 3 электродами 5, создающими электроискровые дуги, при этом образуется плазма. Одновременно для охлаждения кожуха 1 и электродов 5 в охлаждаемую рубашку 2 подают охладитель, например водяной пар, который через отверстия 9 выводят из рубашки 2 для охлаждения электродов 5. Электроды 5 периодически перемещают в рабочее положение в зоне электродуги и в положение охлаждения для охлаждения паром. При этом перемещение электродов 5 создает турбулентность на границе потоков плазма - охладитель, и часть потока охладителя попадает в зону образовавшейся плазмы, где охладитель распадается на составляющие, которые вступают в реакцию. При прохождении плазмообразующего газа через создаваемые электродами 5 электроискровые дуги определенный, регулируемый интенсивностью искрения, процент молекул водорода распадается на атомы, которые снова воссоединяются на небольшом расстоянии от дуги, а также вступают в реакцию с кислородом, образуя пламя. Воссоединение и окисление водорода поднимает температуру в локальной области (тепловом пятне). Температура теплового пятна может изменяться в диапазоне от 900 до 4000°С путем регулирования процентного соотношения расщепляемого водорода изменением частоты и длительности искрения электродов 5. Частота и длительность искрения электродов влияет на их охлаждение. Может быть использовано любое количество пар электродов 5. Количество пар электродов 5 определяет время нахождения электродов под нагрузкой и время охлаждения электродов, т.е. увеличение количества пар электродов 5 увеличивает время их эксплуатации. Для поддержания объема теплового пятна в рабочую зону кожуха 1 через трубку 4 подают поджиговое топливо.

Поджиговое топливо могут подавать сплошным потоком или прерывисто. Для подачи поджигового топлива могут использовать топливоноситель, например, охладитель или другой, участвующий в реакции, реагент.

Требуемые параметры устройства задают через блоки управления, через которые поступают сигналы на регуляторы силовой части искрения, перемещения электродов, расхода плазмообразующего газа, расхода поджигового топлива и расхода охладителя.

Предложенное изобретение может найти применение в области энергетики, в частности в газификаторах твердого топлива, в тепловых котлах, утилизаторах, а также в химической промышленности.

1. Устройство для поджига и стабилизации горения твердого топлива, содержащее кожух с охлаждаемой рубашкой, соединенной с источником охладителя, и размещенные в рабочей зоне кожуха элемент подачи плазмообразующего газа, элемент подачи поджигового топлива и электроды, отличающееся тем, что электроды выполнены с возможностью перемещения между рабочим положением и положением охлаждения, а в рабочей зоне кожуха выполнены отверстия для вывода охладителя из охлаждаемой рубашки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число отверстий для вывода охладителя составляет не менее числа электродов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент подачи плазмообразующего газа выполнен в виде трубки, а электроды в рабочем положении и отверстия для вывода охладителя размещены на окружностях с центрами на оси этой трубки, причем диаметр окружности расположения отверстий для вывода охладителя составляет от 1,1 до 10,0 диаметра окружности расположения электродов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что положение охлаждения электрода соответствует размещению его в зоне, ограниченной расстоянием от оси отверстия для вывода охладителя, равным половине разности диаметров окружности расположения отверстий для вывода охладителя и окружности расположения электродов.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая зона кожуха выполнена в виде вогнутого отражателя.