СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ГОРЕНИЯ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ В ТОПКЕ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1997 года по МПК F23D14/24 

Изобретение относится к огневым технологиям, конкретнее, к теплоэнергетике, в частности, к способам управления процессом горения топлива в теплоэнергетических установках, например, в котельных установках.

Известны способы и устройства преобразования химической энергии топлива, например, газа, мазута в тепловую энергию воды, пара котла путем сжигания данного топлива в топке с последующим термическим нагревом от пламени теплоносителя, например, воды в котле, и выводом отходящих газов в окружающую среду (аналоги Политехнический словарь, М. 1976, с.196).

Недостатки аналогов состоят в низкой интенсивности сгорания топлива в факеле пламени, в токсичности отходящих газов, их большом объеме, пониженной теплопередачи от факела к котлу, особенно в условиях повышенного сажеобразования на стенках котла, т.к. сажа является хорошим теплоизолятором.

Для повышения интенсивности горения в них применяют воздушное дутье, которое значительно увеличивает объем отходящих токсичных газов.

Известны способы и устройства интенсификации горения факела в топке путем циклонного закручивания топлива, либо воздуха, либо всей топливо-воздушной смеси (там же, с.554 прототип).

Вследствие лучшего перемешивания улучшается степень сгорания топлива в факеле, возрастает температура пламени и производительность топки, однако, увеличивается объем отходящих токсичных газов и возрастают энергозатраты на аэродинамическое закручивание топливной смеси.

Целью изобретения является повышение интенсивности горения факела в топке при одновременном улучшении энергетических и экологических показателей процесса сжигания топлива в топке.

Предлагаемый способ интенсификации горения факела пламени в топке, например, котельной установки, путем взаимосвязанных регулирования и подачи топлива и окислителя в топку, например, через форсунку горелки, в зависимости от температуры воды в котле и экологических параметров отходящих газов, в котором вводится новая операция обработки факела продольным электрическим полем с напряженностью не ниже 1 кВ/см, причем, потенциалы упомянутого элетрического поля подают на форсунку, электроизолированную от корпуса топки котла, и на электроизолированный от корпуса топки водогрейный котел, а напряженность электрополя регулируют в зависимости от потребляемого тока высоковольтного источника электрополя и от параметров горения факела (состав и объем токсичных газов, температуры пламени), например, при резком возрастании потребляемого тока источника поля, снижают напряженность электрополя, и одновременно снижают подачу топлива в горелку до снижения тока источника, причем, осуществляют электростатическое распыление топлива в упомянутом электрическом поле регулируют число и длину игл котла.

Изобретение (см. чертеж) проиллюстрировано на примере камерной топки с электрическим катализатором горения.

Модернизированная камерная топка котельной установки состоит из форсунки 1 горелки 2, соединенных через электроизолятор 3, топочной камеры 4 (обмуровка и тепловой экран внутри топки не показаны), водогрейного котла 5, размещенного через электроизоляторы 6 сверху топки 4 и имеющие регуляторы подачи и выпуска воды 7, дымовой трубы 8, бункера золы, шлака 9, опор 10.

В состав устройства введены также силовой блок высоковольтного преобразователя напряжения (источника электрополя) 11 с системой управления 12, присоединенной по входу через логически функциональный преобразователь 13 к выходамдатчиков режима горения 14 и датчику тока 15. Иглы на нижней поверхности котла 5 обозначены 5a.

На чертеже факел пламени обозначен позицией 16, а отходящие газы позицией 17, топливо Т, воздух В, вода H₂O.

Установка работает следующим образом.

После подачи топливо-воздушной смеси через горелку 2 и распыления ее форсункой, смесь поджигают, например, электроискровым способом. Далее факел 16 обрабатывают сильным электрополем от высоковольтного источника 11, после чего управляют напряженностью электрополя путем регулирования скважности и(или) частоты высоковольтных импульсов от системы управления 12, причем управляющее воздействие для блока 11 формирует логически функциональный преобразователь 13 в функции сигналов с датчика тока 15 и с датчиков режима 14 горения факела 16, причем, алгоритм управления состоит в регулировании напряженности электрополя, например, в снижении его при резком повышении тока преобразователя 11 для устранения режима электродуги через факел с форсунки 2 на котел 5 и в тонком регулировании напряженности электрополя в функции состава отходящих токсичных газов 17 с целью максимальной очистки.

Этот второй контур регулирования является по существу, подчиненным главному контуру регулирования, например, стабилизации тока нагрузки преобразователя 11. Ток регулируют также изменением числа и длины игл(шипов) 5a снизу котла 5 (механизм на чертеже не показан).

Развитием изобретения может служить также операция дополнительного дожига отходящих газов электрополем от источника 11, для чего на изоляторе необходимо ввести коаксиальный электрод (не показан) и присоединить его электрически к водогейному котлу 5. В этом случае обеспечивается дополнительная электрофильтровая очистка и дожиг токсичных составляющих отходящих газов.

Интенсификация процесса горения факела пламени в топке достигается благодаря следующему:
сильное электрическое поле от высоковольтного источника 11 весьма ионизирует факел пламени, вносит "свежие" электроны и выносит из факела несгоревшие радикалы топлива, дробит частицы топлива в электрическом поле, осуществляет его электростатическое распыление до молекулярного уровня, вследствие чего температура факела пламени 16 возрастает, снижается требуемый расход топлива и воздуха, снижается объем отходящих токсичных газов 17, вследствие полного сгорания углеводородов, сажевой компоненты и доокисления в озонированной наэлектризованной среде вокруг факела 16 окиси углерода до безвредного углекислого газа.

Дополнительный положительный эффект способа состоит в повышении теплопередачи тепла от факела 16 к котлу 5 в виду дожига сажевой компоненты отходящих газов 17, ранее интенсивно оседавших на поверхности котла, а также вследствии повышения теплопередачи горячих наэлектризованных молекул воздуха на котел 5, а не в дымовую трубу 8, как было ранее.

Вследствие снижения требуемого расхода окислителя (воздуха В) снижается общий объем отходящих токсичных газов, а интенсификация горения факела пламени обеспечивается электронно-ионным дутьем через форсунку 1 и игольчатую поверхность котла 5 (иглы 5a регулируются). Регулирование напряженности электрополя источника 11 через систему управления 12 в зависимости от датчика тока 15 позволяет устранить электродуговой режим (разряд) высоковольтного источника через пламя 16 на котел 5. Тонкое регулирование напряженности электрополя источником 11 в функции состава отходящих токсичных газов 17 позволяет значительно минимизировать их количество.

Использование: для интенсификации горения факела пламени в топке котельной установки. Сущность изобретения: факел пламени обрабатывают сильным электрическим полем, например, от регулируемого высоковольтного преобразователя (по напряжению и частоте), причем высоковольтные потенциалы электрополя подают через изолированную от топки и земли форсунку и на водогрейный котел, электрически также изолированный от топочной камеры. Вследствие каталитического воздействия электрополя на факел пламени, создается его дополнительная ионизация, радикалы топлива лучше дробятся, перемешиваются с ионизированным воздухом в зоне горения, в факел пламени вносятся дополнительные "свежие" электроны от игл, размещенных на поверхности котла, в результате возрастает число центров горения, очагов цепных реакций деления радикалов на более мелкие составляющие. 1 ил.

Способ интенсификации горения факела пламени в топке котельной установки путем взаимосвязанного регулирования и подачи топлива и окислителя в топку через форсунку горелки, отличающийся тем, что факел пламени обрабатывают электрическим полем с напряженностью не ниже 1 кВ/см, причем потенциалы упомянутого электрического поля подают на форсунку, электроизолированную относительно топки котла, и на изолированный относительно топки водогрейный котел, а напряженность электрополя регулируют в зависимости от потребляемого тока высоковольтного источника электрополя и от параметров горения факела, причем при возрастании потребляемого тока снижают напряженность электрополя с одновременным снижением подачи топлива в горелку, электростатическое распыление топлива осуществляют в упомянутом электрическом поле, регулируют ток эмиссии электронов путем изменения числа и длины игл (шипов) с поверхности водогрейного котла в сторону факела пламени.