ЗАПАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F23Q13/00 

Группа изобретений относится к области управления процессами горения и может быть использовано для розжига и стабилизации пламени горелок теплоэнергетических установок, сжигающих различные виды топлива.

Известно запальное устройство для растопочной горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон (Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. М.Ф.Жуков, Е.И.Карпенко, B.C.Перегудов и др. Под ред. В.Е.Мессерле, B.C.Перегудова. - Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН. 1995. С.98).

Недостатком конструкций с плазменньм поджигом основной горелки является большая требуемая мощность плазмотрона, что усложняет систему питания плазмотрона и увеличивает стоимость установки.

Наиболее близким к предложенным является запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон и средство подачи топлива к факелу плазмотрона через кольцевое пространство, охватывающее плазмотрон (WO 90/08289, F 23 D 1/00, F 23 Q 13/00, опубл. 26.07.1990). В данном устройстве в качестве дополнительного топлива используется пылеугольная смесь, которая является также рабочим топливом котлоагрегата.

Известная конструкция не приспособлена для работы с жидким топливом, которое требует специального приспособления для распыла, и при прохождении по кольцевому пространству вокруг плазмотрона капли топлива будут укрупняться, и их воспламенение и образование факела будет менее эффективно.

Технический результат группы изобретений заключается в повышении эффективности работы запального устройства на жидком топливе, а также расширение ассортимента запальных устройств.

Этот результат достигается тем, что в запальном устройстве для горелки теплоэнергетической установки по первому варианту, содержащем плазмотрон, снабженный вспомогательным розжиговьм устройством, установленным на выходе плазмотрона с возможностью пересечения его факела с плазменным факелом плазмотрона, согласно изобретению вспомогательное устройство выполнено в виде топливной форсунки, установленной с возможностью отбора топлива от факела распыла топлива основной горелки.

Топливная форсунка может представлять собой пневмогидравлическую форсунку.

Кроме того, устройство может быть снабжено камерой термической подготовки топлива, в одном конце которой размещены плазмотрон и топливная форсунка, а противоположный открытый конец ее предназначен для размещения в зоне факела распыла топлива основной горелки.

Указанный результат достигается также тем, что запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки по второму варианту, содержащее плазмотрон, снабжено кожухом с отверстиями, выполнеными в виде полуцилиндра, установленным на выходе плазмотрона и предназначенным для размещения, по крайней мере, своей частью в факеле распыла соосно с ним и предназначенным для размещения, по крайней мере, своей частью в факеле распыла основной горелки.

На фиг.1 изображено расположение запального устройства по первому варианту в установочной трубе; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1; на фиг.3 - пневомидравлическая форсунка; на фиг.4 - схема отбора топлива от факела распыла основной горелки; на фиг.5 - схема расположения запального устройства с камерой термической подготовки топлива; на фиг.6 - камера термической подготовки топлива; на фиг.7 - запальное устройство по второму варианту.

Запальное устройство (ЗУ) для растопочной горелки теплоэнергетической установки по первому варианту изобретения содержит плазмотрон 1, розжиговую топливную форсунку 2 (фиг.1), которая может быть выполнена пневмогидравлической с возможностью регулирования геометрических параметров факела путем изменения входных давлений топлива и газа и установки выходного сопла 3 различной формы (фиг.3). Кроме того, ЗУ снабжено камерой 4 термической подготовки топлива, в одном конце которой размещены плазмотрон 1 и розжиговое устройство в виде топливной форсунки 2, а противоположный конец камеры 4 предназначен для размещения в зоне факела распыла топлива основной растапливаемой горелки (фиг.6). ЗУ располагается в установочной трубе 5, проходящей либо параллельно основной растапливаемой горелке, либо под углом к ней (фиг.1).

Инициирующим устройством для воспламенения факела основной горелки является плазмотрон 1. В качестве рабочего тела используется воздух или любое другое вещество. При подаче напряжения на электроды плазмотрона 1 на его выходе образуется факел, содержащий ионизированные продукты диссоциации, обладающие высокой химической активностью и инициирующие горение топливной смеси. Плазмотрон 1 устаналивается в ЗУ. Растопочная горелка может включать в себя несколько ЗУ с плазмотронами 1, питающимися последовательно (во времени) от одного блока питания, который располагается вблизи котлоагрегата.

Кроме мазута в качестве запального топлива может использоваться газ, дизельное топливо, керосин и др. горючие продукты.

Запальное устройство по первому варианту работает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды плазмотрона 1 на его выходе образуется факел, содержащий ионизированные продукты диссоциации рабочего тела, обладающие высокой активностью и инициирующие горение топливной смеси, выходящей из топливной форсунки 2 и попадающей в зону факела плазмотрона 1 (см. фиг.2). На форсунке 2 образуется факел, пересекающийся с факелом плазмотрона 1, в результате образуется устойчивый высокотемпературный факел.

С целью оптимизации условий для розжига мазутного факела котлоагрегата или другого теплотехнического устройства факел топливной форсунки 2 организуется с заданным распределением параметров по пространству факела (распределение температуры, размеров и концентрации частиц топлива и пр.). Это достигается распылением топлива с помощью пневмогидравлической форсунки 2, снабженной профилированным соплом 3 (фиг.3). Изменяя расход и давление топлива и распыливающего газа, а также форму сопла 3, можно достичь требуемого размера и пространственного распределения капель топлива.

Автономное питание топливной форсунки 2 может быть связано с техническими трудностями (необходимость очистки топливных трубопроводов в промежутке между включениями, дополнительные устройства автоматики и пр.). В ряде случае возможен отбор топлива от факела распыла основной горелки (фиг.4). В этом случае часть топлива отбирается ловушкой 6, устанавливаемой в факеле распыла, и поступает в пневмогидравлическую форсунку 2, выполняющую роль эжектора, засасывая топливо и распыливая его газом.

С целью повышения удобства эксплуатации плазмотрон 1 и форсунка 2 размещены в торце трубы 7, расположенном снаружи котлоагрегата (фиг.6), а открытый конец трубы 7 размещается внутри котлоагрегата на расстоянии 100-1000 мм от факела основной мазутной форсунки 8 растопочной горелки (фиг.5).

В этом случае упрощаются условия охлаждения плазмотрона 1 и топливных каналов топливной форсунки 2. Топливо в топливную форсунку 2 подается в таком количестве, чтобы обеспечить допустимую температуру газа в жаровой трубе 7 при недостатке окислителя. При выходе из жаровой трубы 7 продукты неполного сгорания и термического разложения соединяются с кислородом дутьевого воздуха и догорают, образуя высокотемпературный устойчивый факел.

По второму варианту изобретения (фиг.7) на выходе из плазмотрона 1 соосно с ним установлен кожух, например, в виде цилиндра или полуцилиндра 9 с отверстиями или прорезями, который размещается в факеле распыла основной горелки. Часть топлива попадает через отверстия внутрь цилиндра, где воспламеняется плазменным факелом. Продукты сгорания выходят как по оси цилиндра, так и через отверстия с противоположной стороны. В случае использования полуцилиндра 9 проникающее через отверстия топливо поджигается струей, и пламя распространяется в направлении движения капель топлива. Нагретый плазменной струей цилиндр или полуцилиндр 9 тоже способствует воспламенению топлива. Кожух может иметь также иную форму, например, с поперечным сечением в виде трапеции, эллипса и т.п.

В данном варианте устройства созданы благоприятные условия для горения, предотвращения сбива пламени запального устройства в топливный факел основной горелки и для стабилизации пламени.

Группа изобретений относится к области управления процессами горения и может быть использована для розжига и стабилизации пламени горелок теплоэнергетических установок. По первому варианту запальное устройство содержит плазмотрон и снабжено вспомогательной розжиговой топливной форсункой, установленной таким образом, что факел ее распыла пересекается с плазменным факелом плазмотрона. Розжиговая форсунка может представлять собой пневмогидравлическую форсунку и быть либо соединенной с автономным источником топлива либо выполнена с возможностью отбора топлива от факела распыла основной горелки. Устройство может быть снабжено камерой термической подготовки топлива, в которой в одном конце размещены плазмотрон и розжиговая форсунка, а другой конец размещен в зоне факела распыла основной горелки. В другом варианте изобретения запальное устройство, содержащее плазмотрон, снабжено кожухом с отверстиями, выполненным в виде полуцилиндра. Изобретение позволяет снизить стоимость установки за счет снижения требуемой мощности плазмотрона. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон, снабженный вспомогательным розжиговым устройством, установленным на выходе плазмотрона с возможностью пересечения его факела с пламенным факелом плазмотрона, отличающееся тем, что вспомогательное розжиговое устройство выполнено в виде топливной форсунки, установленной с возможностью отбора топлива от факела распыла топлива основной горелки.2. Запальное устройство по п.1, отличающееся тем, что топливная форсунка представляет собой пневмогидравлическую форсунку.3. Запальное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено камерой термической подготовки топлива, в одном конце которой размещены плазмотрон и топливная форсунка, а противоположный, открытый, конец ее предназначен для размещения в зоне факела распыла топлива основной горелки.4. Запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон, отличающееся тем, что оно снабжено кожухом с отверстиями, выполненным в виде полуцилиндра, установленным на выходе плазмотрона и предназначенным для размещения, по крайней мере, своей частью в факеле распыла топлива основной горелки.