способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива (варианты) и плазменная пылеугольная горелка (варианты)

Формула изобретения

1. Способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива, включающий подачу потока пылеугольной аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива горелки, генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы в камеру термохимической подготовки топлива, подачу полученной топливной смеси из горелки в топку котлоагрегата, подачу в топку вторичного воздуха и смешение его в топке с топливной смесью с образованием горящего факела, отличающийся тем, что пылеугольную аэросмесь подают в камеру термохимической подготовки топлива через закручивающее устройство или по пылепроводу, изогнутому по дуге окружности, центр которой находится на стороне, противоположной плазмотрону, с образованием области с повышенной концентрацией пыли около внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива, а струю плазмы подают в камеру в направлении по радиусу поперечного вертикального сечения камеры или по радиусу поперечного сечения, отстоящего от поперечного вертикального сечения на угол не более 15^o.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что струю плазмы подают из плазмотрона, расположенного в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в камеру термохимической подготовки топлива подают поток пылеугольной аэросмеси, который является частью общего потока пылеугольной аэросмеси, остальную вторую часть потока подают в камеру смешения горелки и смешивают ее в ней с топливной смесью, подаваемой из камеры термохимической подготовки топлива.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что вторую часть потока пылеугольной аэросмеси подают в горелку через закручивающее устройство.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вторичный воздух подают в топку через закручивающее устройство.

6. Способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива, включающий подачу потока пылеугольной аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива горелки, генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы в смеси из горелки в топку, подачу в топку вторичного воздуха и смешение его в топке с топливной смесью с образованием горящего факела, отличающийся тем, что пылеугольную аэросмесь подают в камеру термохимической подготовки топлива через закручивающее устройство или по пылепроводу, изогнутому по дуге окружности, центр которой находится на стороне, противоположной плазмотрону, с образованием области с повышенной концентрацией пыли вблизи внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива, а струю плазмы подают вдоль внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива в область повышенной концентрации угольной пыли.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что струю плазмы подают из плазмотрона, расположенного в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что струю плазмы подают из плазмотрона, ось которого параллельна продольной оси камеры термохимической подготовки топлива и расположена от нее на расстоянии l = (D-d)/2, а торец сопла плазмотрона расположен от входной кромки камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии k = (2-3)d, где D - внутренний диаметр камеры термохимической подготовки топлива; d - диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона.

9. Способ по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что в камеру термохимической подготовки топлива подают поток пылеугольной аэросмеси, который является частью общего потока пылеугольной аэросмеси, остальную вторую часть потока подают в камеру смешения, расположенную в горелке, и смешивают его с топливной смесью, подаваемой из камеры термохимической подготовки топлива.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что вторую часть потока пылеугольной аэросмеси подают в горелку через закручивающее устройство.

11. Способ по любому из пп.6-10, отличающийся тем, что вторичный воздух подают в топку через закручивающее устройство.

12. Плазменная пылеугольная горелка, содержащая камеру термохимической подготовки топлива, плазмотрон, установленный на входной части камеры термохимической подготовки топлива, пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива и канал вторичного воздуха, отличающаяся тем, что пылепровод подачи потока аэросмеси снабжен закручивающим устройством, установленным перед входом в камеру термохимической подготовки топлива, или пылепровод выполнен изогнутым по дуге окружности, центр которой расположен на стороне, противоположной плазмотрону, а плазмотрон установлен таким образом, что его ось совпадает с радиусом поперечного вертикального сечения камеры или радиусом любого сечения, отстоящего от поперечного вертикального сечения камеры на угол не более 15^o.

13. Плазменная пылеугольная горелка по п.12, отличающаяся тем, что плазмотрон размещен в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

14. Плазменная пылеугольная горелка по п.12 или 13, отличающаяся тем, что камера термохимической подготовки топлива выполнена с тепловой защитой.

15. Плазменная пылеугольная горелка по п.14, отличающаяся тем, что тепловая защита камеры термохимической подготовки топлива выполнена в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности стенки камеры термохимической подготовки топлива.

16. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.12-15, отличающаяся тем, что закручивающее устройство пылепровода подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива выполнено в виде улитки.

17. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.12-16, отличающаяся тем, что канал вторичного воздуха снабжен закручивающим устройством.

18. Плазменная пылеугольная горелка по п.17, отличающаяся тем, что закручивающее устройство канала вторичного воздуха выполнено в виде улитки.

19. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.12-18, отличающаяся тем, что снабжена пылепроводом подачи второго потока пылеугольной аэросмеси и камерой смешения, расположенной в ней после камеры термохимической подготовки топлива, причем пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси соединен с камерой смешения горелки.

20. Плазменная пылеугольная горелка по п.19, отличающаяся тем, что пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки и пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнены как ответвления от общего пылепровода, причем в общем трубопроводе в месте их ответвления установлен шибер с возможностью углового перемещения и регулирования расхода аэросмеси через указанные пылепроводы.

21. Плазменная пылеугольная горелка по п.19 или 20, отличающаяся тем, что камера смешения горелки выполнена с тепловой защитой.

22. Плазменная пылеугольная горелка по п.21, отличающаяся тем, что тепловая защита камеры смешения горелки выполнена в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности ее стенки.

23. Плазменная горелка по любому из пп.19-22, отличающаяся тем, что пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнен с закручивающим устройством.

24. Плазменная пылеугольная горелка по п.23, отличающаяся тем, что закручивающее устройство пылепровода подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнено в виде улитки.

25. Плазменная пылеугольная горелка по п.24, отличающаяся тем, что пылепровод второго потока пылеугольной аэросмеси расположен вокруг части камеры термохимической подготовки топлива, а камера термохимической подготовки топлива выступает из улитки второго потока аэросмеси на расстояние, достаточное для размещения плазмотрона.

26. Плазменная пылеугольная горелка по п.24 или 25, отличающаяся тем, что плазмотрон в камере термохимической подготовки топлива установлен таким образом, что его ось проходит через точку пересечения с вектором скорости потока аэросмеси, исходящим из зоны слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры термохимической подготовки топлива.

27. Плазменная пылеугольная горелка, содержащая камеру термохимической подготовки топлива, плазмотрон, пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива и канал вторичного воздуха, отличающаяся тем, что пылепровод подачи потока аэросмеси снабжен закручивающим устройством, установленным перед входом в камеру термохимической подготовки топлива, или пылепровод выполнен изогнутым по дуге окружности, центр которой расположен на стороне, противоположной плазмотрону, а плазмотрон установлен перед входом в камеру термохимической подготовки топлива таким образом, что его ось параллельна продольной оси камеры термохимической подготовки и проходит вблизи внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива.

28. Плазменная пылеугольная горелка по п.27, отличающаяся тем, что плазмотрон установлен таким образом, что его ось расположена от продольной оси камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии l = (D-d)/2, а торец сопла плазмотрона расположен от входной кромки камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии k = (2-3)d, где D - внутренний диаметр камеры термохимической подготовки топлива; d - диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона.

29. Плазменная пылеугольная горелка по п.27 или 28, отличающаяся тем, что плазмотрон размещен в верхней половине горелки.

30. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.27-29, отличающаяся тем, что камера термохимической подготовки топлива выполнена с тепловой защитой.

31. Плазменная пылеугольная горелка по п.30, отличающаяся тем, что тепловая защита камеры термохимической подготовки топлива выполнена в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности стенки камеры термохимической подготовки топлива.

32. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.27-31, отличающаяся тем, что закручивающее устройство пылепровода подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива выполнено в виде улитки.

33. Плазменная пылеугольная горелка по п.32, отличающаяся тем, что плазмотрон установлен таким образом, что его ось находится в плоскости, в которой находится продольная ось камеры термохимической подготовки топлива и линия слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры термохимической подготовки топлива.

34. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.27-33, отличающаяся тем, что канал вторичного воздуха снабжен закручивающим устройством.

35. Плазменная пылеугольная горелка по п.34, отличающаяся тем, что закручивающее устройство канала вторичного воздуха выполнено в виде улитки.

36. Плазменная пылеугольная горелка по любому из пп.27-35, отличающаяся тем, что она снабжена пылепроводом подачи второго потока пылеугольной аэросмеси и камерой смешения, расположенной в горелке после камеры термохимической подготовки топлива, причем пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси соединен с камерой смешения горелки.

37. Плазменная пылеугольная горелка по п.36, отличающаяся тем, что пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки и пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнены как ответвления от общего пылепровода, причем в общем пылепроводе в месте их ответвления установлен шибер с возможностью углового перемещения и регулирования расхода аэросмеси через указанные пылепроводы.

38. Плазменная пылеугольная горелка по п.36 или 37, отличающаяся тем, что камера смешения горелки выполнена с тепловой защитой.

39. Плазменная пылеугольная горелка по п. 37, отличающаяся тем, что тепловая защита камеры смешения горелки выполнена в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности ее стенки.

40. Плазменная горелка по любому из пп.36-39, отличающаяся тем, что пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнен с закручивающимся устройством.

41. Плазменная пылеугольная горелка по п.40, отличающаяся тем, что закручивающее устройство пылепровода подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнено в виде улитки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения (подсветки) факела в них, а также в других процессах, связанных с воспламенением мелкодисперсного твердого топлива и в других нагревательных установках, работающих на таком топливе.

Известен способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива и плазменная пылеугольная горелка (Пат. РФ 2047048, МПК F 23 D 1/00, публ. 27.10.95). Способ включает разделение потока аэросмеси на два - стабилизирующий и основной. Стабилизирующий поток подают в завихритель, в котором его закручивают, и подают в камеру термохимической подготовки топлива горелки (камеру ТХПТ), генерируют низкотемпературную плазму в плазмотроне, расположенном вдоль продольной оси камеры ТХПТ, и подают струю плазмы вдоль этой оси, затем подают полученную топливную смесь из горелки в топку, в топку подают вторичный воздух, где он смешивается с топливной смесью с образованием горящего факела. Основной поток аэросмеси подают в топку через завихритель.

Плазменная пылеугольная горелка содержит камеру термохимической подготовки топлива, плазмотрон, расположенный вдоль продольной оси камеры ТХПТ и на ее входной части, пылепровод подачи стабилизирующего потока аэросмеси, выходящие в топку пылепровод подачи основного потока аэросмеси и канал вторичного воздуха, завихритель, расположенный на входе в камеру ТХПТ вокруг плазмотрона. Плазмотрон и завихритель расположены от выходного торца камеры ТХПТ на расстоянии, равном 1,5-2 внутреннего диаметра последней, причем выходные торцы камеры ТХПТ и канала подачи основного потока находятся в одной плоскости. Пылепровод подачи основного потока аэросмеси также снабжен завихрителем.

В известной горелке плазменная струя течет по оси закрученного потока аэросмеси, в то время как частицы угля под действием центробежных сил будут стремиться к стенке камеры ТХПТ и их концентрация на оси камеры будет минимальной. В результате энергия плазменной струи будет расходоваться неэффективно, в основном на нагрев первичного воздуха, а не частиц угля. И хотя в способе и устройстве предусмотрены некоторые условия для более эффективного воспламенения аэросмеси: создание стабилизирующего потока аэросмеси, интенсификация тепломассообмена в камере ТХПТ и в зоне горения основного потока аэросмеси за счет завихрителей, увеличение расстояния для прогрева частиц в потоке низкотемпературной плазмы, но электрическая мощность, подводимая к плазмотрону, снижается при этом недостаточно.

В качестве "прототипа" выбран способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива и плазменная пылеугольная горелка, приведенные в книге Е.И. Карпенко и В. Е. Мессерле "Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования", Новосибирск, Наука, Сибирское предприятие РАН, 1998г., т.1, с. 50-51. Способ включает подачу потока пылеугольной аэросмеси в камеру ТХПТ горелки, генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, расположенном во входной части камеры ТХПТ, подачу струи плазмы в камеру термохимической подготовки в направлении по радиусу поперечного вертикального сечения камеры ТХПТ, подачу полученной топливной смеси из горелки в топку котлоагрегата, подачу вторичного воздуха в топку и смешивание его в топке с топливной смесью с образованием горящего факела. Плазменная пылеугольная горелка включает камеру ТХПТ, плазмотрон, установленный на входной части камеры ТХПТ таким образом, что его ось совпадает с радиусом поперечного вертикального сечения, и канал вторичного воздуха. Этот способ и устройство эффективны при использовании только для высокореакционных углей. Для обеспечения устойчивого воспламенения топлива необходимо подводить к плазмотрону повышенную электрическую мощность.

В основу группы изобретений положена задача создания способа плазменного воспламенения топлива и плазменной пылеугольной горелки, обеспечивающих надежное и устойчивое воспламенение топлива при меньшей мощности, подводимой к плазмотрону.

Технический результат: надежное и устойчивое воспламенение топлива при снижении электрической мощности, подводимой к плазмотрону.

Для достижения этого результата в способе плазменного воспламенения пылеугольного топлива, включающем подачу потока пылеугольной аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива горелки, генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы в камеру термохимической подготовки топлива, подачу полученной топливной смеси из горелки в топку котлоагрегата, подачу в топку вторичного воздуха и смешивание его с топливной смесью в топке с образованием горящего факела, согласно изобретению, пылеугольную аэросмесь подают в камеру термохимической подготовки топлива через закручивающее устройство или по пылепроводу, изогнутому по дуге окружности, центр которой расположен на стороне, противоположной плазмотрону, с образованием области с повышенной концентрацией пыли около внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива, а струю плазмы подают в камеру в направлении по радиусу поперечного вертикального сечения камеры или по радиусу поперечного сечения, отстоящего от поперечного вертикального сечения на угол не более 15^o.

Преимущественно струю плазмы подают из плазмотрона, расположенного в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

Для углей с выходом летучих (V^г) менее 30% предпочтительно, чтобы в камеру термохимической подготовки топлива подавался поток пылеугольной аэросмеси, который является частью общего потока пылеугольной аэросмеси, остальную, вторую часть потока подают в камеру смешения, расположенную в горелке за камерой термохимической подготовки топлива, и смешивают ее в ней с топливной смесью, подаваемой из камеры термохимической подготовки топлива.

Вторую часть потока пылеугольной аэросмеси предпочтительно подавать в горелку через закручивающее устройство.

Кроме того, вторичный воздух можно подавать в топку через закручивающее устройство.

Для достижения указанного технического результата в способе плазменного воспламенения пылеугольного топлива, включающем подачу потока пылеугольной аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива горелки, генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы в камеру термохимической подготовки топлива, подачу полученной топливной смеси из горелки в топку, подачу в топку вторичного воздуха и смешение его в топке с топливной смесью с образованием горящего факела, согласно изобретению, пылеугольную аэросмесь подают в камеру термохимической подготовки топлива через закручивающее устройство или по пылепроводу, изогнутому по дуге окружности, центр которой находится на стороне, противоположной плазмотрону, с образованием области с повышенной концентрацией пыли около внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива, а струю плазмы подают вдоль внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива в область повышенной концентрации угольной пыли.

Предпочтительно струю плазмы подают из плазмотрона, расположенного в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

В предпочтительном варианте осуществления способа струю плазмы подают из плазмотрона, ось которого параллельна продольной оси камеры термохимической подготовки топлива и расположена на расстоянии l = (D-d)/2 от нее, а торец сопла плазмотрона расположен от входной кромки камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии, k = (2-3)d, где

D - внутренний диаметр камеры термохимической подготовки топлива;

d - диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона.

Кроме того, при использовании углей с выходом летучих V^г < 30% преимущественно в камеру термохимической подготовки топлива подают поток пылеугольной аэросмеси, который является частью общего потока пылеугольной аэросмеси, остальную, вторую часть потока подают в камеру смешения, расположенную в горелке за камерой ТХПТ, и смешивают его с топливной смесью, подаваемой из камеры термохимической подготовки топлива.

Вторую часть потока пылеугольной аэросмеси подают в горелку через закручивающее устройство. Вторичный воздух подают в топку также через закручивающее устройство.

Для достижения технического результата в плазменной пылеугольной горелке, содержащей камеру термохимической подготовки топлива, плазмотрон, установленный на входной части камеры термохимической подготовки топлива, пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива и канал вторичного воздуха, согласно изобретению, пылепровод подачи потока аэросмеси снабжен закручивающим устройством, установленным перед входом в камеру термохимической подготовки топлива, или пылепровод выполнен изогнутым по дуге окружности, центр которой находится на стороне, противоположной плазмотрону, а плазмотрон установлен таким образом, что его ось совпадает с радиусом поперечного вертикального сечения камеры или радиусом любого сечения, отстоящего от поперечного вертикального сечения камеры на угол не более 15^o.

Предпочтительно, чтобы плазмотрон был размещен в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

Камера термохимической подготовки топлива преимущественно выполнена с тепловой защитой, в частности в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности стенки камеры термохимической подготовки топлива.

Закручивающее устройство пылепровода подачи потока аэросмеси может быть выполнено в виде улитки.

Канал вторичного воздуха может быть снабжен закручивающим устройством, в частности в виде улитки.

В предпочтительном варианте осуществления горелки, используемой для углей с низким выходом летучих V^г < 30%, она снабжена пылепроводом подачи второго потока пылеугольной аэросмеси, а также в ней выполнена после камеры термохимической подготовки топлива камера смешения, причем пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси соединен с камерой смешения горелки.

Предпочтительно, чтобы пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки и пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси были выполнены как ответвления от общего пылепровода, причем в общем пылепроводе в месте ответвления установлен шибер с возможностью углового перемещения и регулирования расхода аэросмеси через указанные пылепроводы.

Преимущественно камера смешения горелки выполнена с тепловой защитой, в частности в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности ее стенки.

Кроме того, пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси может быть выполнен с закручивающим устройством, преимущественно в виде улитки.

Помимо этого, в плазменной пылеугольной горелке пылепровод второго потока пылеугольной аэросмеси может быть расположен вокруг части камеры термохимической подготовки топлива, а камера термохимической подготовки топлива может выступать из улитки второго потока аэросмеси на расстояние, достаточное для размещения плазмотрона.

Плазмотрон в камере термохимической подготовки топлива может быть установлен таким образом, что его ось проходит через точку пересечения с вектором скорости потока аэросмеси, исходящим из зоны слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры термохимической подготовки топлива.

Технический результат также достигают тем, что в плазменной пылеугольной горелке, содержащей камеру термохимической подготовки топлива, плазмотрон, термохимической подготовки топлива, пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки топлива и канал вторичного воздуха, в соответствии с изобретением, пылепровод подачи потока аэросмеси снабжен закручивающим устройством, установленным перед входом в камеру термохимической подготовки топлива, или пылепровод выполнен изогнутым по дуге окружности, центр которой находится на стороне, противоположной плазмотрону, а плазмотрон установлен перед входом в камеру термохимической подготовки топлива таким образом, что его ось параллельна продольной оси камеры термохимической подготовки и проходит вблизи внутренней поверхности камеры термохимической подготовки топлива.

В предпочтительном варианте осуществления плазменной пылеугольной горелки плазмотрон установлен таким образом, что его ось расположена от продольной оси камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии L = (D-d)/2, а торец сопла плазмотрона расположен от входной кромки камеры термохимической подготовки топлива на расстоянии k = (2-3)d, где

D - внутренний диаметр камеры термохимической подготовки топлива;

d - диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона.

Преимущественно плазмотрон размещен в верхней половине камеры термохимической подготовки топлива.

Камера термохимической подготовки топлива, преимущественно, выполнена с тепловой защитой, в основном в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности стенки камеры термохимической подготовки топлива.

Закручивающее устройство пылепровода подачи потока аэросмеси может быть выполнено в виде улитки.

Плазмотрон может быть установлен таким образом, что его ось размещена в плоскости, в которой находится продольная ось камеры термохимической подготовки топлива и линия слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры термохимической подготовки топлива.

Кроме того, канал вторичного воздуха может быть снабжен закручивающим устройством, в частности в виде улитки.

При использовании горелки для углей с низким выходом летучих (V^г <30%) она может быть снабжена пылепроводом подачи второго потока пылеугольной аэросмеси, а после камеры термохимической подготовки топлива в ней размещена камера смешения, причем пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси соединен с камерой смешения горелки.

Предпочтительно, пылепровод подачи потока аэросмеси в камеру термохимической подготовки и пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси выполнены как ответвления от общего пылепровода, причем в общем пылепроводе в месте их ответвления установлен шибер с возможностью углового перемещения и регулирования расхода аэросмеси через указанные пылепроводы.

Кроме того, в плазменной пылеугольной горелке камера смешения горелки выполнена с тепловой защитой, в частности в виде огнеупорного покрытия на внутренней поверхности ее стенки.

Пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси также может иметь закручивающееся устройство, в частности в виде улитки.

При подаче пылеугольной аэросмеси через закручивающее устройство или по изогнутому по дуге окружности пылепроводу частицы угля, обладающие большей плотностью в сравнении с первичным воздухом, будут за счет центробежной силы сосредоточены у внутренней поверхности камеры ТХПТ, т.е. образуется область с повышенной концентрацией угольной пыли около внутренней поверхности камеры. Подача струи плазмы в направлении по радиусу поперечного вертикального сечения камеры ТХПТ или с небольшим угловым отклонением от него или вдоль стенок камеры ТХПТ обеспечивает взаимодействие плазмы с аэросмесью в области с наиболее высокой концентрацией угольной пыли. Поток энергии плазменной струи при этом будет идти на нагрев угольной пыли с выделением летучих и частичной газификацией коксового остатка и почти не будет тратиться на нагрев воздуха. Температура образовавшейся топливной смеси будет выше температуры самовоспламенения угля, даже самого низкореакционного. Это обеспечивает заданное устойчивое воспламенение пылеугольного факела при меньших энергозатратах и снижении мощности, подводимой к плазмотрону.

Разделение общего потока пылеугольной аэросмеси на два и взаимодействие струи плазмы с меньшим количеством пылеугольной аэросмеси также позволяет снизить мощность, подводимую к плазмотрону, необходимую для устойчивого воспламенения факела. В то же время полученная в камере ТХПТ топливная смесь имеет намного большую тепловую мощность в сравнении с мощностью плазменной струи, что обеспечивает нагрев второго потока пылеугольной аэросмеси и получение на выходе из горелки в топку топливной смеси с высокой температурой и устойчивое воспламенение топлива в топке. Причем смешение топливной смеси и второго потока аэросмеси в камере смешения в горелке, а не в топке также способствует устойчивому воспламенению при меньших энергозатратах.

Максимальная плотность частиц угля в потоке при подаче аэросмеси через улитку будет в зоне слияния внутренней поверхности ее криволинейной стенки с внутренней поверхностью камеры ТХПТ. В камеру ТХПТ эта движущаяся по внутренней поверхности стенки улитки часть потока поступит в зоне, где внутренняя поверхность криволинейной стенки улитки сольется с внутренней поверхностью камеры ТХПТ. В направлении вектора скорости, исходящего из этой зоны, в камере ТХПТ будет протекать часть потока аэросмеси с максимальной концентрацией частиц угля. Это подтверждается хорошо видимым винтовым следом в зоне максимального абразивного износа внутренней поверхности трубы аэросмеси у обычных вихревых горелок котла. Размещение плазмотрона так, что его ось, будучи направлена по радиусу камеры ТХПТ, пересекает этот вектор скорости, снижает энергозатраты на воспламенение аэросмеси.

Снабжение камеры ТХПТ и камеры смешения горелки тепловой защитой, в частности покрытием из огнеупорного материала на внутренней поверхности ее стенки, повышает устойчивость воспламенения и снижает пульсации горения смеси на выходе из горелки в топку. Иногда, когда используются угли с высоким выходом летучих V^г > 30%, применять огнеупорное покрытие нецелесообразно в связи с повышением стоимости изготовления и монтажа горелки.

Размещение плазмотрона таким образом, что расстояние от оси камеры ТХПТ I = (D-d)/2, а расстояние от торца плазмотрона до входной кромки камеры ТХПТ k = (1-3)d является наиболее оптимальным для взаимодействия струи плазмы с потоком аэросмеси, т.к. в этом месте концентрация частиц угля наиболее высока, что позволяет повысить эффективность использования энергии плазмы. Расстояние k от торца сопла до входной кромки камеры ТХПТ ограничивают в пределах (2-3)d для того, чтобы сохранить направление плазменной струи. При k>3d плазменная струя отклоняется потоком аэросмеси от оси сопла и внутренней поверхности камеры ТХПТ (т.е. от зоны с высокой концентрацией частиц угля), энергия плазмы рассеивается в потоке с низкой концентрацией частиц угля, что ведет к повышению энергозатрат на воспламенение. При k<2d возможна привязка дуги на стенку камеры ТХПТ. Максимальная плотность частиц угля в потоке находится в зоне слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры ТХПТ. Поэтому, размещение плазмотрона таким образом, что его ось находится в плоскости, в которой располагаются продольная ось камеры ТХПТ и зона слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки с внутренней поверхностью камеры ТХПТ, снижает энергозатраты на устойчивое воспламенение факела.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена плазменная пылеугольная горелка в продольном разрезе; на фиг.2 - вид А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.4 - плазменная пылеугольная горелка, вариант, продольный разрез; на фиг.5 - плазменная пылеугольная горелка, вариант, продольный разрез.

Плазменная пылеугольная горелка содержит камеру термохимической подготовки топлива 1 и расположенную за камерой ТХПТ камеру смешения 2. Длина камеры ТХПТ составляет обычно 0,5 - 0,6 общей длины горелки. Камера ТХПТ 1 снабжена тепловой защитой, на внутренней поверхности ее стенки выполнено покрытие 3 из огнеупорного материала, например карборунда или шамотобетона. На внутренней поверхности стенки камеры смешения 2 выполнено покрытие 4 из того же огнеупорного материала.

Для подвода пылеугольной аэросмеси горелка имеет общий пылепровод 5, который разветвляется на пылепровод 6 подачи потока аэросмеси в камеру ТХПТ 1 и пылепровод подачи второго потока аэросмеси 7. В месте разветвления общего пылепровода 5 на валу 9 установлен шибер 8 для регулирования расхода аэросмеси. Шибер 8 выполнен с возможностью углового перемещения на валу 9 между своими крайними положениями 8а и 8б", в которых он полностью перекрывает соответственно пылепроводы 6 и 7. Пылепровод 6 соединен с камерой ТХПТ 1 и снабжен закручивающим устройством 10, выполненным в виде улитки (фиг. 1). Но это также может быть закручивающее устройство любого типа, например лопаточный завихритель. В реальных условиях в котлоагрегатах нет прямых пылепроводов. На фиг.4 изображен вариант выполнения горелки, когда пылепровод 6 подачи потока аэросмеси в камеру ТХПТ выполнен изогнутым по дуге окружности. Центр окружности 0 находится на стороне, противоположной плазмотрону 11.

Пылепровод подачи второго потока пылеугольной аэросмеси 7 охватывает часть камеры ТХПТ 1, соединен с камерой смешения 2 горелки и снабжен закручивающим устройством в виде улитки 12. Канал вторичного воздуха 13 имеет на входе закручивающее устройство в виде улитки 14 и выходит в топку котлоагрегата 15.

Плазмотрон установлен во входной части камеры ТХПТ 1 в верхней ее половине в водоохлаждаемом патрубке 16 (фиг.1). Он установлен таким образом, что его ось направлена по радиусу поперечной вертикальной плоскости камеры ТХПТ или по радиусу поперечной плоскости, находящейся под углом () к поперечной вертикальной плоскости. Этот угол не превышает 15^o.

Другую координату для размещения плазмотрона определяют следующим образом. По типовым методикам расчета горелок определяют составляющие вектора скорости потока аэросмеси на входе в камеру ТХПТ 1. Пересечение вектора этой скорости, исходящего их зоны слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки 10 с внутренней поверхностью камеры ТХПТ 1, дает точку, через которую проходит ось плазмотрона 11.

Камера ТХПТ 1 выступает из улитки 10 на расстояние L, достаточное для размещения плазмотрона, например для плазмотрона ЭДП-212 L= 250 мм.

В варианте плазменной пылеугольной горелки, изображенном на фиг.5, плазмотрон 11 установлен на фланце 17 в верхней половине горелки перед входом в камеру ТХПТ 1 таким образом, что торец его сопла находится от входной кромки камеры ТХПТ 1 на расстоянии k = (2-3)d, где d - диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона, а ось параллельна оси камеры ТХПТ 1 и находится вблизи ее внутренней стенки на расстоянии от продольной оси камеры ТХПТ 1 l = (D-d)/2, где D - внутренний диаметр камеры ТХПТ 1.

Кроме того, плазмотрон 11 располагают таким образом, что его ось находится в плоскости, в которой находится продольная ось камеры ТХПТ и линия слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки 12, с внутренней поверхностью камеры ТХПТ 1.

Способ осуществляют следующим образом.

Шибер 8 устанавливают в промежуточное положение между 8а и 8б. В дальнейшем расход аэросмеси через пылепроводы 6 и 7 можно регулировать в зависимости от яркости и устойчивости горения факела в топке 15. Подают пылеугольную аэросмесь по общему пылепроводу 5. Часть потока аэросмеси по пылепроводу 6 через улитку 10, где происходит закручивание потока, или по изогнутому пылепроводу 6 (фиг.4) поступает в камеру ТХПТ 1. Под действием центробежной силы у внутренней поверхности камеры ТХПТ 1 образуется область повышенной концентрации угольной пыли. Включают плазмотрон 11. Струя плазмы из плазмотрона 11 подается в камеру ТХПТ 1 в направлении по радиусу ее поперечного вертикального сечения или с незначительным отклонением от него на угол (фиг. 1, 4) или параллельно продольной оси камеры ТХПТ (фиг.5) в область повышенной концентрации угольной пыли у внутренней поверхности камеры ТХПТ 1. Струя плазмы взаимодействует с потоком аэросмеси, происходит нагрев этой части аэросмеси с выделением летучих и частичной газификацией коксового остатка. Из-за дефицита окислителя в камере ТХПТ 1 сгорает только часть выделившихся горючих. Температура топливной смеси (горючие + коксовый остаток + продукты горения) достигает 1200^oС и более, что превышает температуру самовоспламенения даже для самого низкореакционного угля. Вторая часть потока аэросмеси по пылепроводу 7 поступает через улитку 12 в камеру смешения 2, где смешивается с нагретой в камере ТХПТ 1 топливной смесью. Полученные в камере ТХПТ 1 горючие окисляются при взаимодействии с первичным воздухом второго потока аэросмеси, в результате чего происходит выделение летучих из второго потока аэросмеси и нагрев ее до температуры не ниже 1000^oС. Из горелки полученная топливная смесь поступает в топку 15 котлоагрегата. Одновременно по каналу вторичного воздуха 13 закрученный в улитке 14 поток вторичного воздуха подают в топку 15. Происходит их смешение и образуется пылеугольный факел.

При работе горелки в штатном режиме устанавливают шибер 8 в положение 8а, и весь поток пылеугольной аэросмеси по пылепроводу 7 через улитку 12 поступает в горелку, а затем в топку котлоагрегата 15, куда одновременно подают по каналу вторичного воздуха 13 через улитку 14 вторичный воздух.

Пример 1. Применялась плазменная пылеугольная горелка, изображенная на фиг. 1, 2, 3. Расстояние между улитками 10 и 12 - 250 мм. Плазмотрон 11 установлен таким образом, что в поперечной плоскости ось плазмотрона отстоит от области m (фиг.3) на 180^o и совпадает с радиусом поперечного вертикального сечения камеры ТХПТ. В качестве топлива использовался антрацит с выходом летучих 3,5%. Расход угольной пыли изменяли в пределах 0,8 - 3 т/ч. Расход первичного воздуха от 500 до 4000 м³/ч. При расходе угля 0,8 т/ч, расходе первичного воздуха 1200 м³/ч и мощности, подводимой к плазмотрону, 270 кВт на выходе горелки в топке наблюдалось устойчивое горение факела. Температура на выходе из горелки, измеренная пирометром, была в пределах 1000-1100^oС.

Пример 2. Способ осуществлен аналогично примеру 1, но в поперечной плоскости ось плазмотрона 11 находилась в точке пересечения с вектором скорости аэросмеси в камере ТХПТ 1, исходящим из зоны слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки и внутренней поверхности стенки камеры ТХПТ 1 (зона m на фиг. 3), и совпадала с радиусом поперечной плоскости, отстоящей от вертикальной на 15^o. При тех же расходах угля и первичного воздуха устойчивое горение с температурой факела на выходе горелки, равной 1000-1070^oС, было достигнуто при мощности, подводимой к плазмотрону, равной 245 кВт.

Пример 3. Использовалась плазменная пылеугольная горелка, изображенная на фиг. 5. Плазмотрон размещен на боковой стенке улитки 10 так, что ось его параллельна продольной оси камеры ТХПТ 1, и находится от этой оси на расстоянии l = 75 мм, а торец сопла плазмотрона 11 находился от входной кромки камеры ТХПТ 1 на расстоянии - k = 60 мм. В этих опытах внутренний диаметр камеры ТХПТ 1 был равен 180 мм, а диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона - 30 мм. Кроме того, ось плазмотрона находилась в одной плоскости с продольной осью камеры ТХПТ 1 и зоной слияния внутренней поверхности криволинейной стенки улитки и внутренней поверхности камеры ТХПТ. Качество угля, его расход и расход первичного воздуха были такие же, что и в примере 1. Устойчивое горение факела с температурой на выходе горелки в пределах 1000-1120^oС было достигнуто при подводимой к плазмотрону мощности 260 кВт.

Пример 4. Осуществляли аналогично примеру 3, но расстояние от торца сопла плазмотрона до входной кромки камеры ТХПТ 1 k = 90 мм, т.е. k = 3d. Воспламенение факела наблюдалось при мощности плазмотрона, равной 290 кВт. Температура факела на выходе горелки была 960-1080^oС. Наблюдались пульсации яркости факела. Все это свидетельствовало о том, что дальнейшее увеличение расстояния от сопла плазмотрона до входной кромки камеры ТХПТ приводит к ухудшению горения.

Пример 5. Использовалась плазменная пылеугольная горелка по "прототипу". Условия осуществления способа были аналогичны примеру 1. При мощности, подводимой к плазмотрону, равной 320 кВт, достичь устойчивого воспламенения антрацита не удалось.