способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ безмазутной растопки котла и подсветки пылеугольного факела в камере термоподготовки топлива, имеющей плазмотрон на боковой поверхности, отличающийся тем, что в качестве камеры термоподготовки используют прямоточную горелку, причем плазменную струю плазмотрона вводят во внутреннюю трубу горелки, через которую проходит часть аэросмеси, а холодную струю аэросмеси подают снаружи этой трубы для ее охлаждения и обе струи смешивают на выходных торцах обеих труб с потоком вторичного воздуха.

2. Установка для безмазутной растопки энергетического котла, содержащая камеру термоподготовки топлива, отличающаяся тем, что камера термоподготовки топлива выполнена в виде прямоточной горелки, образованной коаксиально размещенными трубами с плазмотроном, укрепленным на фланце патрубка, проходящего через стенку внешней трубы горелки перпендикулярно к ее оси и входящего во внутреннюю трубу, а вдоль оси на входе во внутреннюю трубу размещено устройство регулирования соотношения частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для безмазутной растопки котлоагрегата из холодного состояния до рабочего режима, а также для подсветки пылеугольного факела при работе котла.

Известна установка, представляющая собой трехступенчатую схему сжигания топлива, в которой первой ступенью является камера термоподготовки, второй - камера смешения основного потока аэросмеси с высокотемпературным потоком, третьей - топочное пространство, где происходит взаимодействие вторичного воздуха с нагретой до температуры воспламенения пылеугольной смесью (см. М. Ф. Жуков, В. А. Неронов, В. П. Лукашов и др. Новые материалы и технологии. Экстремальные технические процессы. - Новосибирск: Наука, Сиб. от-е, 1992, с. 114).

Однако такая схема увеличивает габариты всей плазменной горелки (длина до 6 м), усложняет управление процессом и снижает технико-экономические показатели. Кроме этого, такую громоздкую конструкцию в большинстве случаев невозможно состыковать с котлоагрегатами, находящимися в эксплуатации.

Известна установка для растопки котлоагрегата, включающая муфель с установленным на ее поверхности плазмотроном. При работе установки плазменную струю направляют встречно потоку аэросмеси, что способствует повышению интенсивности газификации, воспламенению аэросмеси и розжигу факела (см. RU 2054599, МПК F 23 С 5/24, опубл. 20.02.96, БИ 5).

Однако при встречном направлении плазменной струи и потока аэросмеси не исключается возможность быстрого забивания угольной пылью плазмотрона в случае отказа системы воздухоснабжения.

Более гибкой в отношении качества углей является установка для безмазутной растопки пылеугольного котла, в которой нагрев аэросмеси, поступающей в прямоточную пылеугольную горелку, производится струйным плазмотроном, расположенным на ее боковой поверхности. Причем угол между осью плазмотрона и осью горелки варьируется в пределах 30^o-150^o в зависимости от качества используемого угля. Меньший угол соответствует использованию угля с более высоким содержанием летучих. Увеличение угла (плазменная струя направлена встречно потоку аэросмеси) позволяет увеличить интенсивность смешения плазмы с аэросмесью (см. патент 2128408. МПК Н 05 В 7/18, опубл. 27.03.99, БИ 9).

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков является установка для безмазутной растопки пылеугольного котла, включающая растопочную горелку прямоточного типа, которая представляет собой муфелизированную камеру термоподготовки с расположенным на ее боковой поверхности патрубком для ввода плазмы в эту камеру и размещенным в этом патрубке плазмотроном. Муфелизированная камера представляет собой две соосные трубы (внутренняя из нержавеющей стали), пространство между которыми заполняется высокотемпературным теплоизоляционным материалом (шамотобетон, карборунд и т. д. ). Поступающий вдоль оси камеры прямой незакрученный поток аэросмеси взаимодействует с вводимой через патрубок перпендикулярно оси камеры плазмой. Часть аэросмеси, контактирующая с плазмой, нагревается и воспламеняется, нагревая остальную аэросмесь в объеме муфелизированной камеры. Нагретая до температуры самовоспламенения топливная смесь вытекает в топочное пространство, где горение ее продолжается при смешении с вторичным воздухом. В этом случае время пребывания частиц угольной пыли в камере термоподготовки минимально. Такая установка хорошо зарекомендовала себя при использовании высокореакционных углей (см. Жуков М.Ф. и др. Низкотемпературная плазма. Т. 16, Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. - Новосибирск: Наука, 1995, с. 83-86, рис. 3.5б).

Недостатком вышеописанной установки является то, что термоподготовке подвергается весь поток аэросмеси, вследствие чего процесс не является эффективным. Кроме того, изготовление муфелизированной камеры технически сложная и дорогая операция.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности термоподготовки топлива и упрощении конструкции горелки. Кроме этого, данное изобретение позволяет отказаться от дорогостоящего теплоизоляционного материала и упрощает технологию изготовления горелки.

Технический результат изобретения - выделение части аэросмеси из общего потока, ее термоподготовка и последующее смешение продуктов этого процесса с остальной (основной) частью аэросмеси в топочном пространстве, позволяющее улучшить воспламенение и выгорание топлива, снизить мехнедожог. Задача решается без изменения габаритных размеров горелки, что является важным как с точки зрения минимальных затрат при использовании на действующих котлоагрегатах, так и с точки зрения сохранения параметров горелки.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для безмазутной растопки пылеугольного котла и подсветки факела для низкореакционных углей, включающей муфелизированную камеру термоподготовки топлива с расположенным на ее боковой поверхности плазмотроном, согласно изобретению муфелизированная камера термоподготовки заменяется конструкцией, представляющей собой стандартную прямоточную горелку с коаксиально расположенной внутри нее трубой, в которую вводится плазменная струя плазмотрона, укрепленного на фланце патрубка, проходящего через стенку горелки перпендикулярно к ее оси и входящего во внутреннюю трубу. На входе горелки имеется устройство, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи.

Отличительным существенным признаком заявляемого изобретения является новый способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела, заключающийся в том, что плазменной термоподготовке, в отличие от прототипа, подвергается лишь часть аэросмеси путем добавления в установку нового конструктивного элемента, а именно внутренней трубы, внутри которой производится термоподготовка топлива, с устройством для регулирования соотношения частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи. Благодаря наличию указанных конструктивных решений происходит разделение потока аэросмеси на две части, в результате термоподготовки подвергается лишь часть аэросмеси, но с большей эффективностью. Кроме того, поток аэросмеси, обтекающий внутреннюю трубу снаружи, охлаждает ее. Поэтому внутреннюю трубу можно изготавливать из обыкновенной стали, что наряду с отказом от применения высокотемпературного теплоизолирующего материала уменьшает стоимость при минимальном изменении горелки.

Таким образом, именно предлагаемая совокупность конструктивных признаков обеспечивает согласно изобретению достижение технического результата, заключающегося в выделении части аэросмеси из общего потока, ее термоподготовке и последующем смешении продуктов этого процесса с остальной (основной) частью аэросмеси в топочном пространстве, позволяющем улучшить воспламенение и выгорание топлива, снизить мехнедожог. Задача решается без изменения геометрии и основных габаритных размеров горелки, что является важным как с точки зрения минимальных затрат при использовании на действующих котлоагрегатах, так и с точки зрения сохранения конструктивных параметров горелки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, где изображена предлагаемая установка.

Предлагаемый способ реализован в установке, которая содержит стандартную прямоточную горелку 1 с коаксиально расположенной внутри нее трубой 2, в которую вводится плазменная струя плазмотрона 3, укрепленного на фланце патрубка 4. Этот патрубок проходит через стенку горелки перпендикулярно к ее оси и входит во внутреннюю трубу. На входе горелки 1 имеется устройство 5, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку G₁, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи G₂.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Поток аэросмеси поступает на устройство 5, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку G₁, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи G₂. Поток аэросмеси G₁ поступает внутрь трубы 2, где подвергается воздействию плазменной струи, истекающей из плазмотрона 3, укрепленного на фланце патрубка 4. Поток аэросмеси G₂ обтекает внутреннюю трубу 2 снаружи. Продукты термоподготовки потока аэросмеси G₁ и поток аэросмеси G₂ встречаются на выходе горелки 1, где происходит их смешение и последующее горение в присутствии потока вторичного воздуха в топочном пространстве.

Таким образом, предлагаемый способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела и установка для его осуществления позволяют повысить эффективность термоподготовки топлива и упростить конструкцию горелки по сравнению с прототипом.