СПОСОБ СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F23Q5/00 

Изобретение относится к способам и устройствам сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, реализуемых в котельных установках, топочных устройствах и других теплогенерирующих системах.

Изобретение может быть использовано на теплоэлектростанциях и котельных установках, в теплогенерирующих системах, применяющихся в металлургической и других отраслях промышленности.

Известны способы и устройства сжигания жидкого топлива, включающие подачу и распыление топлива, розжиг и стабилизацию его горения с использованием теплоты, получаемой при сжигании дополнительного высокореакционного топлива (солярового масла, мазута и т.д.) и подогревом дутьевого воздуха /Некрасов В. Г. Исследование процессов распыливания водоугольных суспензий и форсунок для сжигания их. Автореф. диссерт. ... канд. техн. наук. Алма-Ата, 1972, 16 с/.

Наиболее близким способом сжигания жидкого топлива к предлагаемому изобретению является способ, включающий подачу и распыление топлива, розжиг и стабилизацию его горения с использованием термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа /Перегудов В.С., Карпенко Е.М., Буянтуев С. Л. Плазменный розжиг мазутного факела. "Энергетика" N 2, 1997 г./.

Известна конструкция центробежной форсунки по заявке N 97114438 от 03.09.1977 г. , включающая корпус с выходным фланцем с центральным отверстием, камеру для приема топлива, патрубки для тангенциальной подачи топлива и воздуха, обтекатель, установленный в центральной полости корпуса форсунки, образованной вращающимся слоем топлива.

Недостатками известных способов являются
в первом случае:
- необходимость наличия источника природного или другого горючего газа, или жидкого топлива;
- высокие капитальные и эксплуатационные расходы;
- высокие требования к взрыво- и пожаробезопасности;
во втором случае:
- необходимость постоянного охлаждения плазмотрона либо водой, либо воздухом;
- низкая эффективность зажигания распыленной струи низкореакционного жидкого топлива преимущественно водоугольной суспензии;
в третьем случае:
- необходимость наличия системы зажигания низкореакционного жидкого, преимущественно водоугольного топлива.

Задачей предлагаемых изобретений является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности зажигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива и упрощение конструкции горелочного устройства.

Для решения поставленной задачи поток термической плазмы формируют внутри струи распыленного жидкого топлива, соосно с ней, а с внешней стороны струи организуют поток горячего воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения.

Для реализации указанного способа установленный в центральной полости корпуса форсунки, образованной вращающимся цилиндрическим слоем топлива, обтекатель, одновременно является корпусом плазмотрона, выходное сопло которого установлено соосно с центральным отверстием выходного фланца форсунки, смонтированного на фланце форкамеры с возможностью осуществления гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры, а сопла форсунки расположены в ее выходном фланце равномерно вокруг сопла плазмотрона.

Таким образом, отличительными признаками предлагаемого способа сжигания и устройства для его осуществления являются:
- формирование потока термической плазмы внутри струи распыленного жидкого топлива, соосно с ней;
- организация с внешней стороны распыленной струи топлива потока горячего воздуха либо смеси воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения;
- обтекатель, установленный в центральной полости корпуса форсунки, образованной вращающимся цилиндрическим слоем топлива, одновременно является корпусом плазмотрона, выходное сопло которого установлено соосно с центральным отверстием выходного фланца форсунки;
- выходной фланец форсунки смонтирован на фланце формакеры с возможностью осуществления гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры;
- сопла форсунки расположены в выходном фланце равномерно вокруг сопла плазмотрона.

Формирование потока термической плазмы внутри струи распыленного жидкого топлива, соосно с ней позволяет наиболее эффективно использовать преимущества зажигания и стабилизации горения с использованием плазмы особенно для низкореакционного водоугольного топлива. Только в этом случае высокая температура и большая концентрация энергии в единице объема в центре струи топлива, значительное количество возбужденных частиц - атомов, радикалов, ионов (в том числе и ионов кислорода), электромагнитные поля потока плазмы в наибольшей степени способствуют надежности воспламенения и стабильности последующего горения распыленного жидкого топлива.

Организация с внешней стороны распыленной струи топлива потока горячего воздуха, либо смеси воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения, обеспечивает мощный тепловой поток снаружи распыленной струи, что во взаимодействии с первым отличительным признаком дополнительно катализирует протекание химических реакций в распыленной струе топлива, что особенно необходимо для низкореакционных жидких топлив, например, водоугольного топлива, с точки зрения стабильности их горения и полноты сгорания.

Для осуществления указанных операций способа разработана горелка для сжигания жидкого преимущественно водоугольного топлива.

Установка в центральной полости корпуса форсунки, образованной вращающимся цилиндрическим слоем топлива, обтекателя, являющегося одновременно корпусом плазмотрона, выходное сопло которого установлено соосно с центральным отверстием выходного фланца форсунки, позволяет организовать поток плазмы из сопла плазмотрона непосредственно внутри струи распыленного жидкого топлива соосно с ней, что, как было показано выше, способствует эффективному зажиганию и стабильному горению топлива. Кроме того, в этом случае обеспечивается надежное охлаждение работающего плазмотрона потоками топлива и сжатого воздуха, поступающих в форсунку.

Установка выходного фланца форсунки на фланце форкамеры с возможностью осуществления гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры позволяет организовать подачу потока горячего воздуха или смеси воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения, к внешней стороне распыленной струи жидкого топлива. В первом случае во внешнюю полость форкамеры подают горячий воздух, например, из теплообменника, установленного на тракте отходящих газов. Вследствие эжекторного воздействия струи распыленного топлива совместно с потоком плазмы давление во внутренней полости форкамеры становится меньше, чем во внешней, и за счет наличия гидравлической связи между ними в месте установки форсунки горячий воздух из внешней полости эжектируется во внутреннюю полость, охватывая с внешней стороны струю распыленного топлива. Во втором случае во внешнюю полость форкамеры подают смесь воздуха и горячих газов, как правило рециркулирующих из зоны горения. Поступление смеси во внутреннюю полость форкамеры обеспечивается так же, как и в первом случае, за счет эжекторного действия распыленной струи топлива и потока плазмы.

Расположение сопл форсунки равномерно вокруг сопла плазмотрона обеспечивает эффективность взаимодействия потока плазмы со всей распыленной струей топлива, формирующейся из отдельных потоков, выбрасываемых из сопл форсунки.

На чертеже представлены разрез устройства, сечение В-В и вид А.

Устройство для сжигания жидкого, преимущественно водоугольного, топлива состоит из форкамеры 1, корпуса форсунки 2, выходного фланца 3 с центральным отверстием, камеры для приема топлива 4, патрубков для тангенциальной подачи топлива 5 и воздуха 6, направляющего аппарата 7, патрубка 8 для подачи сжатого воздуха на распыление, обтекателя 9, являющегося одновременно корпусом плазмотрона с соплом 10 для выхода плазмы. Выходной фланец 3 оборудован соплами 11 для выхода распыленного топлива. Форсунка установлена на фланце 12 форкамеры с возможностью гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры посредством каналов 13.

Плазмотрон оборудован клеммами 14 для соединения с источником питания и штуцером 15 для подачи сжатого воздуха.

Устройство работает следующим образом.

От источника питания включается плазмотрон с одновременной подачей в плазмотрон сжатого воздуха. Осуществляется предварительный прогрев внутренней полости форкамеры потоком плазмы. Затем осуществляются подача топлива на форсунку и подача сжатого воздуха двумя потоками. Причем один поток сжатого воздуха подается через тангенциальные патрубки 6 и направляющий аппарат 7 для раскручивания подаваемого в форсунку топлива. Одновременно этим потоком топливо гомогенизируется. Второй поток сжатого воздуха подается по патрубку 8, который осуществляет срыв частиц с вращающегося цилиндрического слоя топливно-воздушной смеси и выброс распыленной смеси в форкамеру. Расположение плазмотрона в центральном отверстии выходного фланца соосно с ним и выходных сопл во фланце равномерно вокруг сопла плазмотрона позволяет подвергнуть плазменной обработке большую часть распыленной струи топлива, и в результате происходит зажигание топлива. Одновременно за счет эжекционного эффекта, возникающего во внутренней полости форкамеры под действием быстро летящих в одном направлении струи распыленного топлива и потока плазмы из внешней полости форкамеры через каналы 13 во внутреннюю полость поступает горячий воздух или смесь воздуха с горячими газами, преимущественно рециркулирующих из зоны горения. В результате распыленная струя топлива с внешней стороны омывается горячим воздухом, что стабилизирует процесс горения топлива.

Предлагаемый способ сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, реализуется следующим образом.

В форкамере формируют поток термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа. После предварительного прогрева потоком плазмы в форкамеру через форсунки подается жидкое, преимущественно водоугольное топливо. При этом поток плазмы оказывается сформированным внутри струи распыленного жидкого топлива соосно с ней. В результате теплового и термохимического воздействия потока плазмы на распыленные капли топлива осуществляются эффективное зажигание последнего и его горение. Стабилизации горения топлива также способствует организация потока горячего воздуха или смеси воздуха с горячими газами, рециркулирующими из топки (зоны горения).

В настоящее время по предлагаемому способу разработаны рабочие чертежи с установленным плазмотроном и ведется изготовление опытного образца.

Изобретение может быть использовано в котельных установках тепло- и электростанций, котлах малой и средней мощности, теплогенерирующих установках в металлургической, строительной и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что поток термической плазмы формируют внутри струи распыленного жидкого топлива, соосно с ней, а с внешней стороны струи организуют поток горячего воздуха либо смеси воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения. При этом обтекатель одновременно является корпусом плазмотрона, выходное сопло которого установлено соосно с центральным отверстием выходного фланца форсунки, смонтированного на фланце форкамеры с возможностью осуществления гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры, а сопла форсунки расположены в ее выходном фланце равномерно вокруг сопла плазмотрона. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности зажигания жидкого топлива и упрощении конструкции горелочного устройства. 2 с.п.ф-лы, 3. ил.

1. Способ сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, включающий подачу и распыление топлива, розжиг и стабилизацию его горения с использованием потока термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, отличающийся тем, что поток термической плазмы формируют внутри струи распыленного жидкого топлива, соосно с ней, а с внешней стороны струи организуют поток горячего воздуха, либо смеси воздуха и горячих газов, преимущественно рециркулирующих из зоны горения. 2. Устройство для сжигания жидкого, преимущественно водоугольного топлива, включающее корпус форсунки с выходным фланцем с центральным отверстием, камеру для приема топлива, патрубки для тангенциальной подачи топлива и воздуха, обтекатель, установленный в центральной полости корпуса форсунки, образованной вращающимся цилиндрическим слоем топлива, форкамеру с фланцем, отличающееся тем, что обтекатель одновременно является корпусом плазмотрона, выходное сопло которого установлено соосно с центральным отверстием выходного фланца форсунки, смонтированного на фланце форкамеры с возможностью осуществления гидравлической связи между внутренней и внешней полостями форкамеры, а сопла форсунки расположены в ее выходном фланце равномерно вокруг сопла плазмотрона.