СПОСОБ ЗАЖИГАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРЕЛОК ПРИ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ ВИДОВ ТОПЛИВА Российский патент 2014 года по МПК F23Q9/00 F23D14/26 F23N5/12 

Изобретение относится к способу зажигания и эксплуатации горелок при газификации углеродосодержащих типов топлива с использованием по меньшей мере двух газификационных горелок.

Подобный способ, в котором несколько пылеугольных горелок воспламеняются от одной пилотной горелки, раскрыт в DE 102005048488 А1. Другие способы для зажигания используют так называемые запальные пики, как это показано в DE 3227155 А1, при этом ввод подобных подвижных вспомогательных зажигательных средств через стенки топочной камеры привносит с собой дополнительный расход, что ведет к удорожанию подобных установок. Другие примеры показаны в ЕР 0347002 В1, ЕР 0511479 А1, US 408628, US 5273212, DD 231962 А, или DD 241457 А.

В качестве уровня техники необходимо также сослаться на DE 19641843 А1, DE 19529 994 C2, DE 100 24003 А1, DE 10019198 А1, DE 734927 А, ЕР 0095103 В1, WO 2008/055829 А1 или AT 286072 B.

Среди всего прочего, недостаток известного способа состоит в том, что пилотные или же запальные горелки продолжают эксплуатировать далее, и при этом обуславливают постоянный проток газа и кислорода или же воздуха для того, чтобы предотвратить закупорку шлаком или подобным. При этом, прежде всего при большом потоке шлака на стенке газификатора, проблематичным является обеспечение свободной проходимости соответствующих выходных отверстий. Как уже упомянуто выше, применение подвижных запальных пик является затратным и проблематичным по другим причинам. При этом перед внедрением запальной горелки должны контролироваться и обычно очищаться каналы доступа для газификации, заменяться уплотнения и подобное, при этом эти работы должны осуществляться в состоянии отсутствия давления.

Для проведения этих работ с газификатора и подключенного к нему оборудования по обработке газа, включая оборудование для удаления HzS и COS, сначала должно быть отведено давление и создана атмосфера инертного газа, при этом смешанные с инертным газом горючие газы обычно сжигаются в факелах. После зажигания запальной горелки давление затем должно медленно расти, например 0,5 бар/мин, и инертный газ вытесняется выработанным в газификаторе газом, при этом вытесненный и смешанный с горючим газом газ снова должен сжигаться в факелах. Этот процесс является не только затратным по времени, но и имеет высокий расход топлива для зажигания с соответственно высокими значениями выбросов через факел.

Здесь вступает в действие изобретение, задача которого состоит в том, чтобы сделать возможным запуск газификации под давлением с коротким временем запуска при высоких значениях давления без предшествующего создания атмосферы инертного газа в газовой камере с предотвращением непрерывного расхода горючего газа в пилотной или же запальной горелке, при этом при использовании стационарных запальных горелок они также защищены от загрязнения.

С помощью способа вышеозначенного типа эта задача согласно изобретению решена посредством того, что одна из газификационных горелок выполнена в виде пусковой горелки, для зажигания которой служит по меньшей мере одна пилотная горелка, которую зажигают посредством электрического запального устройства, при этом посредством пилотной горелки в пусковой горелке воспламеняют смесь из горючего газа и кислородосодержащего газа, при этом после зажигания пусковой горелки от нее зажигают по меньшей мере одну другую газификационную горелку и пусковую горелку за счет смены среды эксплуатируют далее в качестве одной из газификационных горелок углеродосодержащего топлива.

За счет происходящего по типу каскада зажигания достигается ряд преимуществ, которые, прежде всего, содействуют тому, что зажигание возможно при высоком давлении и отсутствует подвижное или перемещаемое запальное устройство. Вместе с этим отсутствует необходимость очищать канал доступа перемещаемой запальной горелки перед каждым запуском и обновлять уплотнение соответствующего канала. Этот способ согласно изобретению в частности делает возможным, что при запуске в качестве пусковых горелок необходимо эксплуатировать несколько газификационных горелок при использовании пилотной горелки.

В качестве только некоторых преимуществ возможно быстрое повышение давления перед зажиганием газификационной горелки без создания атмосферы инертного газа в газовой камере, отсутствуют выбросы от сжигания в факелах во время остановки или же запуска.

Варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

При этом могут зажигаться отдельные пилотные горелки, посредством чего затем вырабатываемая соответствующей газификационной горелкой горючая смесь и образующееся из этого пламя могут использоваться для того, чтобы воспламенить газокислородную смесь из других газификационных горелок. При этом повышается мощность и стабильность факелов зажигания. Затем эти факелы могут зажигать следующие угольные горелки, при этом сильно упрощается концепция управления и контроля пускового процесса.

Следующий вариант способа согласно изобретению заключается в том, что на пилотную горелку после зажигания пусковой горелки для предотвращения забивания дополнительно подается газовая смесь, которая содержит CO₂ и/или пар и/или кислород, при необходимости также инертный газ, и принимает участие в реакциях газификации, так что пилотная горелка полностью интегрирована в систему газификации.

Также предпочтительно, если пилотная горелка сначала зажигается при менее чем 50% мощности используемой в качестве газовой горелки газификационной горелки и с коэффициентом избытка кислорода от 0,8 до 1,2, при этом также может быть предусмотрено, что для ускорения воспламенения кислородосодержащей смеси в газификаторе на пилотную горелку подается коэффициент избытка горючего/кислорода <0,8.

Помощь при зажигании газификатора состоит в контроле пламени пилотной горелки, при этом пламя контролируется так, что при распознавании пламени запальный элемент пилотной горелки отключается.

Если пламя контролируется с помощью ионизационного прибора для контроля пламени, то запальный элемент пилотной горелки может использоваться как соответствующий электрод, как это также предусматривает изобретение.

Согласно изобретению для распознавания пламени может применяться оптический прибор для контроля пламени или привлекаться изменение электрического сопротивления запального элемента.

Сформулированная выше задача решена с помощью устройства посредством того, что пилотная горелка оснащена центральной головкой форсунки, которая окружена трубой горелки, которая возвышается над головкой форсунки в направлении потока горючего газа, при этом внутри камеры трубы горелки предусмотрено по меньшей мере одно электрическое запальное устройство, а в направлении потока за ним - уменьшение поперечного сечения трубы горелки.

С помощью такой конфигурации возможно применять, например, керамический нагревательный элемент с электронагревом. Уменьшение поперечного нагрева в трубе горелки отвечает за вихреобразование в области форсунки, так что горячий газ отводится обратно в окружающую среду выходного отверстия форсунки и воспламеняется более холодная смесь из свежеподанных газов, и дополнительно может быть установлен более высокий уровень завихрения для того, чтобы достичь простого зажигания. Благодаря этому пламя может быть стабилизировано за счет соответствующих сужений.

Как уже было упомянуто выше, важно контролировать пламя пилотной горелки, при этом согласно изобретению трубе горелки придан по меньшей мере один элемент контроля за пламенем, например оптический контроль за пламенем с оптиковолоконным кабелем к соответствующему электронному элементу.

Как описано более подробно ниже, горелка согласно изобретению имеет кольцеобразные каналы, при этом через первый кольцеобразный канал пусковой горелки как во время процесса зажигания, так и при нормальном режиме эксплуатации подается кислородосодержащий газ так, что выходное отверстие пилотной горелки окружено чистым газом. Если на пилотную горелку после зажигания для предотвращения забивания подается газовая смесь, это имеет преимущество, заключающееся в том, что избыток горючего может вступать в реакцию с кислородом из первого кольцевого канала.

Другие признаки, детали и преимущества изобретения вытекают из нижеследующего описания, а также чертежа. На нем показано:

Фиг.1 разрез через пилотную горелку согласно изобретению в упрощенном изображении,

Фиг.2 вид сверху на пилотную горелку по стрелке II на фиг.1, а также на

Фиг.3 газификационная горелка с интегрированной по центру пилотной горелкой.

Обозначенное в целом позицией 1 устройство для зажигания и эксплуатации горелок при газификации углеродосодержащих типов топлива образована по существу пилотной горелкой, схематично и упрощенно изображенной на фиг.1 и обозначенной позицией 2, которая имеет форсунку 3 для горючего газа, к которой подается горючий газ, при этом форсунка 3 для горючего газа оснащена подводом 5 воздуха, который концентрически окружает форсунки 3 для горючего газа. В направлении потока не изображенного на фигурах факела зажигания обозначенная позицией 6 головка форсунки окружена трубой 7 горелки.

Как можно различить на фиг.1, в образованную трубой 7 горелки камеру 8 трубы выступает электрический запальный элемент, например нагревательный элемент 9, который посредством электрического провода 10 соединен с соответствующим источником тока для зажигания смеси из горючего газа и воздуха. Для создания стабильного пламени и оптимального режима горения в образованное трубой 7 горелки пространство в направлении образованного пламени выступает обозначенное в целом позицией 11 сужение для того, чтобы добиться завихрения или же циркуляции газа, что на фиг.1 указано пунктирным овалом 12.

Пилотная горелка 2 находится предпочтительно в центральном канале газификационной горелки и тем самым защищена от грязи посредством вытекающего через внутренний кольцевой канал газа. Дополнительно, центральный канал пилотной горелки может продуваться газом.

Дополнительно, как это следует из фиг.2, на головке 6 горелки предусмотрен еще элемент 13 контроля за пламенем, который окружен защитной трубой 14. При этом для возможности изображения элементов 9 и 13 резкое сужение 11 отдельно на фиг.2 не отображено.

Из фиг.3 понятно, что пилотная горелка 2 может представлять собой неотъемлемую составную часть обозначенной в целом позицией 15 газификационной горелки, при этом отдельные кольцевые и подводящие пространства газификационной горелки здесь отображены упрощенно. Как описано выше, эта газификационная горелка 15 может эксплуатироваться в качестве пусковой горелки.

На фиг.3 позицией 16 обозначено кольцевое пространство или же кольцевой канал для первичного кислорода, позицией 17 обозначен кольцевой канал для топлива, например газа или пылевой суспензии, позицией 18 - кольцевой канал для вторичного кислорода, позицией 19 - кольцевой канал для инертного или бедного кислородом газа, например N₂, CO₂, пара или пара +O₂. Наконец, на фиг.3 еще позицией 20 обозначена наружная труба газификационной горелки, позицией 21 - выходное отверстие газификационной горелки, и позицией 22 - выходное отверстие пилотной горелки.

Пример для предпочтительной смены сред в пилотной горелке и соседних каналах газификационной горелки.

Канал Процесс зажигания Нормальный режим эксплуатации: 4 Горючий газ Газ или газифицирующий агент или инертный газ отсутствует 5 Кислородосодержа-щий газ - газ отсутствует, если, например, горелка направлена вниз - предпочтительно газифицирующий агент, который содержит либо O₂, либо СО₂, или же водяной пар, или горючий газ, который должен разлагаться в газификаторе 16 Кислородосодержа-
щий газ Кислородосодержащий газ,

Канал Процесс зажигания Нормальный режим эксплуатации 17 Горючий газ Пневматически подаваемое топливо 18 Кислородосодержащий газ Кислородосодержащий газ

Для продувки соответствующего канала существует возможность пропускать инертный газ через кольцевые каналы 16-19. Так, например, инертный газ может протекать через канал 6 и тем самым предотвращать загрязнение в области выходного отверстия пилотной горелки 22.

На размер области 12 рециркуляции в виде овала может влиять соотношение длины и диаметра.

Контрольный элемент 13 для контроля за пламенем может быть системой линз, на которую для предотвращения загрязнения или также для охлаждения может подаваться продувочный воздух. Эта система линз может быть окружена защитной трубой (фиг.2, 14 защитная труба). Контрольный элемент также может быть реализован посредством подходящей системы световодов.

Контрольный элемент может параллельно быть интегрирован к каналу форсунки подачи топлива.

Другая возможность осуществления заключается в том, что этот контрольный элемент интегрирован по центру внутри подводящего канала для горючего газа, так что контроль за пламенем происходит через канал форсунки.

Контрольный элемент может, с одной стороны, распознавать пламя и в случае отключения пилотной горелки посредством использования сигнала также использоваться для распознавания пламени эксплуатируемой в качестве газовой горелки угольной горелки.

При этом принцип работы устройства согласно изобретению является следующим:

Горючий газ или же необходимый для горения воздух подаются на пилотную горелку 2 или же центральную форсунку 3. Эта газовая смесь протекает в обозначенное позицией 8 внутреннее пространство трубы 7 горелки, в которое выступает электрический запальный элемент, например обозначенный позицией 9 нагревательный элемент, при этом положение такого нагревательного элемента таково, что обеспечивается оптимальное воспламенение топливовоздушной смеси. Это может быть, например, слабообтекаемое место, на котором происходит рециркуляция топливовоздушной смеси перед зажиганием или рециркуляция отработанного газа после зажигания.

Не изображена возможность того, что могут быть предусмотрены несколько нагревательных элементов 9, которые, как упомянуто выше, могут также привлекаться для измерения ионизации.

Труба 7 горелки может с помощью резкого сужения 11 стабилизировать пламя внутри трубы, при этом за счет сужения часть горячего газа изменяет направление и усиливается циркуляция 12. Благодаря этому, например, свежая холодная смесь подведенных газов надежно нагревается выше температуры воспламенения с помощью циркулирующих горячих отработанных газов. Пламя проникает из трубы 7 горелки в газификационную камеру и воспламеняет там горючую смесь из горючего газа и окислителя, которые вытекают из кольцевых каналов 16-19 газификационной горелки во время фазы зажигания. После того как зажглась газификационная горелка, газифицирующие агенты, такие как CO₂, пар или смеси с кислородом, могут подаваться в камеру сгорания как по трубопроводу подачи горючего газа пилотной горелки 4, так и по воздушному подводящему трубопроводу 5, благодаря чему обеспечивается, что в пилотной горелке не образуются пылевые отложения или нагары.

Разумеется, изобретение не ограничивается изображенными примерами осуществления. Возможны другие варианты без отхода от основной идеи. Так, альтернативные подачи через насадки соответствующих сред в пилотной горелке могут сменяться и соотноситься с соответствующими случаями применения, пилотная горелка может эксплуатироваться с избытком горючего газа, горючие вещества в пилотной горелке могут быть образованы воздухом или кислородом с азотом или CO_2Э или паром для того, чтобы, например, избежать образования сажи при субстехиометрическом сгорании, но также может речь идти об обогащенном кислородом воздухе, подача кислорода может осуществляться с завихрением и без завихрения и т.п.

Изобретение относится к области энергетики. Способ зажигания и эксплуатации горелок при газификации углеродосодержащих типов топлива с использованием по меньшей мере двух газификационных горелок заключается в том, что одна из газификационных горелок выполнена в виде пусковой горелки, для зажигания которой служит по меньшей мере одна пилотная горелка, которую зажигают посредством электрического запального элемента, при этом посредством пилотной горелки в пусковой горелке воспламеняют смесь из горючего газа и кислородосодержащего газа, при этом после зажигания пусковой горелки от нее зажигают по меньшей мере одну другую газификационную горелку и пусковую горелку за счет смены среды эксплуатируют далее в качестве одной из газификационных горелок углеродосодержащего топлива. Изобретение позволяет предотвратить непрерывный расход горючего газа в пилотной или же запальной горелке. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ зажигания и эксплуатации горелок при газификации углеродосодержащих типов топлива с использованием по меньшей мере двух газификационных горелок, отличающийся тем, что
- одна из газификационных горелок выполнена в виде пусковой горелки,
- для зажигания которой служит по меньшей мере одна пилотная горелка,
- которую зажигают посредством электрического запального элемента,
- при этом посредством пилотной горелки в пусковой горелке воспламеняют смесь из горючего газа и кислородосодержащего газа,
- при этом после зажигания пусковой горелки от нее зажигают по меньшей мере одну другую газификационную горелку, и
- пусковую горелку за счет смены среды эксплуатируют далее в качестве одной из газификационных горелок углеродосодержащего топлива.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на пилотную горелку после зажигания пусковой горелки для предотвращения забивания подают газовую смесь, которая содержит СО₂ и/или пар и/или кислород и принимает участие в реакциях газификации.

3. Способ по одному из пп.1-2, отличающийся тем, что контролируют пламя пилотной горелки и при распознавании пламени отключают запальный элемент пилотной горелки.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для контроля за пламенем используют ионизационный прибор контроля пламени, при этом запальный элемент используют в качестве электрода.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют оптический прибор для контроля пламени, при этом оптический сигнал направляют через линзу и световод к детектору.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что для контроля пламени пилотной горелки используют изменение электрического сопротивления запального элемента.