УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F23Q5/00 F23D1/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для розжига и стабилизации горения пылеугольных горелок.

Известно устройство для воспламенения пылеугольного топлива, содержащее топливоподающую трубу, камеру воспламенения и плазмотрон (см. пат. Великобритании 1585943, кл. F 23 Q 5/00, 1981).

Недостаток этого решения - эффективность работы только при сжигании высокосортных углей с высоким выходом летучих.

Известно устройство для воспламенения пылеугольного топлива, содержащее топливоподающую трубу, связанную топливоподводящим каналом с источником угольной пыли и снабженную каналом для ввода сжатого воздуха, камеру воспламенения и плазмотрон (см. пат. РФ 1732119, кл. F 23 Q 5/00, 1992).

Недостаток этого решения - необходимость повышения мощности плазмотрона и, соответственно, увеличение громоздкости всего устройства, что объясняется неэффективными условиями взаимодействия плазменного "шнура" и пылеугольного потока, который "размазывается" по стенкам топливоподающей трубы, в результате чего основной объем плазмы даже не контактирует с частицами угольной пыли, кроме того, процесс розжига не поддается регулированию.

Известно также устройство для воспламенения пылеугольного топлива, содержащее топливоподающую трубу, связанную топливоподводящим каналом с источником угольной пыли и снабженную каналом ввода сжатого воздуха, каналом ввода регулировочного воздуха, камеру воспламенения и плазмотрон (см. пат. РФ 2174652, кл. F 23 Q 5/00, 2001).

Недостаток этого решения - зависимость устойчивости и эффективности его работы от качества сжигаемого угля (при использовании высокозольных углей его эффективность снижается), кроме того, сложен процесс запуска устройства в работу (начальный этап розжига).

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является обеспечение устойчивости и эффективности процесса воспламенения пылеугольного топлива независимо от качества сжигаемого угля и упрощение процесса запуска устройства в работу.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении максимально эффективных условий взаимодействия плазменного "шнура" и пылеугольного потока, снижении мощности потребляемой плазмотроном, увеличении сроков безремонтной эксплуатации устройства и обеспечение эффективного регулирования процесса розжига и поддержания горения даже высокозольных углей.

Поставленная задача решается тем, что устройство для воспламенения пылеугольного топлива, содержащее топливоподающую трубу, связанную топливоподводящим каналом с источником угольной пыли и снабженную каналом ввода сжатого воздуха, каналом ввода регулировочного воздуха, камеру воспламенения и плазмотрон, отличается тем, что плазмотрон ориентирован вдоль оси камеры воспламенения топливоподающей трубы, при этом канал ввода регулировочного воздуха выполнен в виде эжектора, на продольной оси которого, размещено направляющее кольцо, в котором, с возможностью возвратно-поступательного движения, размещена регулирующая втулка, соосная с продольной осью эжектора и выпускным отверстием плазмотрона, кроме того, выпускное отверстие топливоподводящего канала размещено перед выпускной кромкой эжектора, при этом, источник угольной пыли дополнительно связан с зазором, расположенным между кромкой приемного отверстия эжектора и направляющим кольцом. Кроме того, канал ввода сжатого воздуха, выполнен в виде щелевых прорезей в стенке топливоподающей трубы, по меньшей мере двух, ориентированных под углом к ее продольной оси, при этом ближайшая из них отстоит от кромки приемного отверстия эжектора на расстоянии 2-2,5 диаметров топливоподающей трубы, при этом каждая щелевая прорезь, разделена на изолированные друг от друга участки, каналы подвода воздуха к которым изолированы друг от друга и снабжены регуляторами ввода воздуха, причем расстояние между щелевыми прорезями соответствует 0,13 диаметра топливоподающей трубы. Кроме того, плазмотрон установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно эжектора.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признак "плазмотрон ориентирован вдоль оси камеры воспламенения топливоподающей трубы" обеспечивает максимальную возможную продолжительность взаимодействия плазменного шнура и угольной пыли, которая при этом не зависит от диаметра оси топливоподающей трубы и исключает разрушение противоположной плазмотрону стенки трубы.

Признак "канал ввода регулировочного воздуха выполнен в виде эжектора" обеспечивает возможность глубокого регулирования объемов подаваемого воздуха и, следовательно, эффективное регулирование процесса горения.

Признаки "на продольной оси которого (т.е. - эжектора), размещено направляющее кольцо, в котором, с возможностью возвратно-поступательного движения, размещена регулирующая втулка, соосная с продольной осью эжектора и выпускным отверстием плазмотрона", обеспечивают возможность регулирования объемов сжатого воздуха, подаваемых через эжектор и, одновременно, обеспечивают работоспособность регулирующей втулки и всего устройства в целом (исключают ее разрушение плазменным шнуром).

Признаки "выпускное отверстие топливоподводящего канала размещено перед выпускной кромкой эжектора" упрощают организацию взаимодействия угольно-воздушного потока и плазменного шнура и обеспечивают более эффективное использование пространства топливоподающей трубы за счет исключения объема, на котором угольная пыль не взаимодействует с плазменным шнуром.

Признаки "источник угольной пыли дополнительно связан с зазором, расположенным между кромкой приемного отверстия эжектора и направляющим кольцом" упрощают запуск устройства в работу.

Признаки второго пункта формулы конкретизируют условия, при которых эффективность процесса регулирования аэродинамических качеств топливоподводящей трубы (формирования аэродинамического сопла в полости трубы) максимальна, по результатам опытно-промышленных испытаний, кроме того, эти признаки обеспечивают защиту стенок топливоподводящей трубы от прогара.

Признаки третьего пункта формулы способствуют повышению эффективности процесса розжига за счет заданного перемещения по отношению к подводимому потоку угольной пыли соответствующих температурных зон плазменного шнура.

На чертеже показан общий вид устройства (горизонтальная ось повернута по вертикали).

На чертеже показаны источник угольной пыли 1 (бункер), топливоподающая труба 2, с отверстием 3, в колене 4, плазмотрон 5, плазменный шнур 6, изолированные друг от друга участки 7, 8, 9 и 10 щелевых прорезей (каждая пара участков, образует одну щелевую прорезь, например, одна щелевая прорезь - ближняя к плазмотрону, образована парой изолированных друг от друга участков - 7 и 8, а вторая щелевая прорезь образована второй парой изолированных друг от друга участков 9 и 10), соответствующие им каналы подвода воздуха 11, 12, 13 и 14, камера воспламенения 15, канал 16 вторичного воздуха, короб 17 подвода вторичного воздуха, ось 18 топливоподающей трубы 2, выпускное отверстие 19 топливоподающей трубы, канал 20 подвода регулировочного воздуха, выполненный в виде эжектора, содержащего сопло 21, направляющее кольцо 22, скрепленное стойками 23 с эжектором, при этом в полости направляющего кольца 22 с возможностью возвратно-поступательного движения размещена регулирующая втулка 24, дополнительные топливопроводы 25, которыми источник угольной пыли 1 связан с зазором 26, оставленным между кромкой 27 приемного отверстия эжектора и направляющим кольцом 22. Кроме того, на чертеже показан пылеугольный поток 28, топливоподводящий канал 29 с выпускным отверстием 30.

Топливоподающая труба 2 выполнена из трубчатой заготовки внутренним диаметром 205 мм и длиной порядка 2 метров. Целесообразно, чтобы трубе 2 была придана Г-образная форма с плавным сопряжением вертикального и горизонтального участков в колене 4. В качестве топливоподводящего канала 29 используется вертикальный участок топливоподающей трубы 2 (выпускным отверстием 30 топливоподводящего канала является сопряжение вертикального участка топливоподающей трубы и колена 4). В качестве камеры воспламенения 15 используется горизонтальный участок топливоподающей трубы 2, на котором плазменный шнур 6 взаимодействует с потоком угольной пыли, поступающим по вертикальному участку трубы (фактически этот участок от колена 4 трубы 2 до щелевых прорезей, длина которого составляет 1,5-2 диаметра топливоподводящей трубы. В качестве плазмотрона используют плазмотрон известной конструкции мощностью порядка 30-40 кВт (диаметр выпускного отверстия плазмотрона порядка 8 мм), при этом плазмотрон 5, установлен так, чтобы продольная ось его выпускного отверстия совпадала с осью 18 топливоподающей трубы 2, регулирующей втулки 24 (диаметр порядка 16 мм) и продольной осью канала 20 (сопла эжектора). На практике это означает соосность плазменного шнура 6 и названных элементов устройства. Целесообразно, чтобы плазмотрон 5 был установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно эжектора, что обеспечивает возможность не только управление подачей регулировочного воздуха, но и регулирование теплового потока, поступающего в камеру воспламенения. Перемещение регулировочной втулки 24 в полости направляющего кольца 22 обеспечивается одинаковой резьбовой нарезкой на внешней поверхности регулировочной втулки 24 и поверхностью полости направляющего кольца 22 (на чертеже не обозначены).

Между изолированными друг от друга участками 7 и 8, а также 9 и 10 щелевых прорезей оставлены перемычки, ширина которых определяется толщиной стенок, соответствующих им каналов подвода воздуха 11, 12, 13 и 14, что обеспечивает возможность изолированной подачи через них воздуха. Щелевая прорезь, образованная изолированными друг от друга участками 7 и 8, ближе расположенная к плазмотрону 5, имеет ширину 2 мм, а щелевая прорезь, образованная изолированными друг от друга участками 9 и 10 имеет - ширину 1 мм, причем расстояние между щелевыми прорезями соответствует 0,13 диаметра топливоподающей трубы. Стенки каналов подвода воздуха 11-14 и короба подвода вторичного воздуха 17 являются несущей конструкцией, обеспечивающей цельность конструкции устройства (конструктивно они одинаковы и представляют из себя кольцевые желоба, охватывающие соответствующие участки трубы 2 (изолированные друг от друга участки 7-10 щелевых прорезей) и снабженные отверстиями для подсоединения источников воздуха (через регуляторы ввода воздуха, которые на чертеже не показаны). Отличие этих элементов только в размерах.

В качестве канала 20 (эжектора) используется сопло Вентури (диаметр кромки приемного отверстия - порядка 30 мм, ширина выпускного отверстия - также порядка 30 мм (его длина превышает ширину за счет того, что сопряжение сопла и трубы 2 приходится на колено 4), т.е. кромка выпускного отверстия эжектора представляет из себя кромку отверстия 3, образованную пересечением внутренних поверхностей канала 20 подвода регулировочного воздуха и топливоподающей трубы 2.

Дополнительные топливопроводы 25 выполнены из металла или другого огнестойкого материала, при этом их выпускные отверстия (на чертеже не показаны) открыты в верхнюю часть зазора 26, а их приемные отверстия (на чертеже не показаны) открыты в источник угольной пыли 1.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Плазмотрон 5 приводят в рабочее состояние - формируют плазменный шнур 6, таким образом, чтобы зона его воздействия была локализована по оси канала 20, после чего смесь воздуха и угольной пыли подают через топливопроводы 25 в зазор 26. Плазменный шнур 6 проходит через полость регулировочной втулки 24, пересекает зазор 26 и через сопло эжектора (канал 20) попадает в камеру воспламенения 15, при этом, пересекая зазор 26, плазменный шнур увлекает за собой углевоздушную смесь, поступающую через топливопровод 25, в канал 20 и далее - в топливоподающую трубу 2. Пылеугольный поток взаимодействует с плазменным шнуром 6 в течение продолжительного времени, при этом частицы пыли воспламеняются. Далее раскаленные частицы топлива (фактически это уже не плазменный шнур, а факел, т.е. объем, включающий в себя и плазму и раскаленные частицы топлива, имеющий объем, больший чем исходный объем плазменного шнура) попадают в камеру воспламенения 15, воспламеняя объем топлива, попадающий туда непосредственно из источника угольной пыли (бункера) 1 через выпускное отверстие 30 топливоподводящего канала 29. Пылеугольный поток 28 после этого взаимодействия воспламеняется. При этом, воздух, подаваемый в каналы подвода воздуха 11-14 и короб подвода вторичного воздуха 17, выбрасывается в полость топливоподающей трубы 2 через щелевые прорези, образованные изолированными друг от друга участками 7-10 и канал 16. Воздушные потоки, подаваемые через щелевые прорези, образуют "воздушную рубашку", покрывающую стенки топливоподающей трубы 2, мешают воспламененному пылеугольному потоку касаться ее стенок и обжимают его в виде шнура, локализованного по оси 18 топливоподающей трубы 2.

Далее раскаленные частицы топлива попадают в топку, воспламеняя объем топлива, находящийся там.

Перед выходом из топливоподающей трубы 2, в перемещающийся по ней поток раскаленных угольных частиц, газа и воздуха подается (через канал 16) заданный объем вторичного воздуха, что обеспечивает поддержание оптимального соотношения топлива и воздуха.

При необходимости регулирования процесса розжига выполняют следующие операции:
- регулируют расход воздуха через изолированные друг от друга участки 7-10 щелевых прорезей (в качестве регуляторов используются дистанционно управляемые краны-регуляторы известного типа, установленные на магистрали сжатого воздуха (на чертеже регуляторы не показаны);
- через канал 20 (в колене 4 топливоподающей трубы 2) подают объем регулировочного воздуха, величину которого регулируют посредством регулировочной втулки 24.

При необходимости регулирования местоположения потока раскаленной пылевоздушной смеси выполняют следующие операции: например, если необходимо его переместить вниз относительно оси 18 - расход воздуха через вышележащие изолированные друг от друга участки 7 и 9 щелевых прорезей, делают больше, чем через нижележащие 8 и 10, в результате этого, местоположение зоны взаимодействия плазмы и топлива смещается вниз. Если необходимо обратное смещение этой зоны, то наоборот повышают расход воздуха через нижележащие щелевые прорези.

Изобретение может быть использовано для розжига и стабилизации горения пылеугольных горелок. Устройство для воспламенения пылеугольного топлива содержит топливоподающую трубу, связанную топливоподводящим каналом с источником угольной пыли и снабженную каналом ввода сжатого воздуха, каналом ввода регулировочного воздуха, камеру воспламенения и плазмотрон, который ориентирован вдоль оси камеры воспламенения топливоподающей трубы, при этом канал ввода регулировочного воздуха выполнен в виде эжектора, на продольной оси которого размещено направляющее кольцо, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения размещена регулирующая втулка, соосная с продольной осью эжектора и выпускным отверстием плазмотрона, кроме того, выпускное отверстие топливоподводящего канала размещено перед выпускной кромкой эжектора, при этом источник угольно й пыли дополнительно связан с зазором, расположенным между кромкой приемного отверстия эжектора и направляющим кольцом. Канал ввода сжатого воздуха выполнен в виде щелевых прорезей в стенке топливоподающей трубы, по меньшей мере, двух, ориентированных под углом к ее продольной оси, при этом ближайшая из них отстоит от кромки приемного отверстия эжектора на расстоянии 2-2,5 диаметров топливоподающей трубы, при этом каждая щелевая прорезь разделена на изолированные друг от друга участки, каналы подвода воздуха к которым изолированы друг от друга и снабжены регуляторами ввода воздуха, причем расстояние между щелевыми прорезями соответствует 0,13 диаметра топливоподающей трубы. Плазмотрон установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно эжектора. Изобретение позволяет обеспечить максимально эффективные условия взаимодействия плазменного "шнура" и пылеугольного потока, снизить потребления мощности, повысить эксплуатационную надежность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для воспламенения пылеугольного топлива, содержащее топливоподающую трубу, связанную топливоподводящим каналом с источником угольной пыли и снабженную каналом ввода сжатого воздуха, каналом ввода регулировочного воздуха, камеру воспламенения и плазмотрон, отличающееся тем, что плазмотрон ориентирован вдоль оси камеры воспламенения топливоподающей трубы, при этом канал ввода регулировочного воздуха выполнен в виде эжектора, на продольной оси которого размещено направляющее кольцо, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения размещена регулирующая втулка, соосная с продольной осью эжектора и выпускным отверстием плазмотрона, кроме того, выпускное отверстие топливоподводящего канала размещено перед выпускной кромкой эжектора, при этом источник угольной пыли дополнительно связан с зазором, расположенным между кромкой приемного отверстия эжектора и направляющим кольцом. 2. Устройство для воспламенения пылеугольного топлива по п. 1, отличающееся тем, что канал ввода сжатого воздуха выполнен в виде щелевых прорезей в стенке топливоподающей трубы, по меньшей мере, двух, ориентированных под углом к ее продольной оси, при этом ближайшая из них отстоит от кромки приемного отверстия эжектора на расстоянии 2-2,5 диаметров топливоподающей трубы, при этом каждая щелевая прорезь разделена на изолированные друг от друга участки, каналы подвода воздуха к которым изолированы друг от друга и снабжены регуляторами ввода воздуха, причем расстояние между щелевыми прорезями соответствует 0,13 диаметра топливоподающей трубы. 3. Устройство для воспламенения пылеугольного топлива по п. 1, отличающееся тем, что плазмотрон установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно эжектора.