Стенд для определения необходимых и оптимальных режимов безмазутного розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства Российский патент 2025 года по МПК F23Q13/00 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к конструкциям газовых радиационных горелочных устройств, предназначенных для установки в теплогенерирующие устройства.

Уровень техники

Известен способ сжигания низкосортных углей и плазменная пылеугольная горелка для его осуществления (RU 2059926, приоритете от 05.06.1992, МПК F23C 5/24), использующийся на тепловых электростанциях, в котельных для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива, заключающийся в генерировании электрической плазменной дуги в плазмотроне- запальнике со стержневыми электродами, нагреве аэросмеси в дуговой плазме, розжиге и стабилизации горения аэросмеси, отличающийся тем, что генерирование электрической плазменной дуги осуществляют в канале подачи аэросмеси, выполненном в горелке, для чего в указанном канале первоначально генерируют вспомогательную электрическую плазменную дугу и ее плазменными потоками возбуждают основную дугу, при этом плазмотрон-запальник перемещают вдоль стержневых электродов по мере их эрозионного разрушения. Плазменная пылеугольная горелка, содержащая канал подачи аэросмеси, канал подачи вторичного воздуха с установленным в нем завихрителем, плазмотрон-запальник со стержневыми электродами, отличающаяся тем, что плазмотрон-запальник с электродами установлен в канале подачи аэросмеси, электроды выполнены графитовыми и размещены по всей длине канала подачи аэросмеси, а плазмотрон-запальник снабжен соплами двустороннего истечения и установлен с возможностью продольного перемещения между стержневыми электродами, при этом сопла плазмотрона сориентированы на концы электродов.

Известно устройство для воспламенения пылеугольного топлива (RU 2047048, приоритете от 16.04.1993, МПК F23D 1/00), обеспечивающее на ТЭЦ и в котельных безмазутный обеспечения безмазутного горения пылеустойчивого факела при минимальных энергозатратах, содержащее камеру нагрева стабилизирующего потока аэросмеси, плазмотрон, расположенный на входе в указанную камеру и соосной с ней, каналы подачи основного потока аэросмеси и вторичного воздуха, отличающееся тем, что вокруг плазмотрона установлен завихритель, при этом плазмотрон и завихритель расположены от выходного торца камеры нагрева на расстоянии, равном 1,5-2 внутреннего диаметра последней, причем выходные торцы камеры нагрева и канала подачи основного потока аэросмеси находятся в одной плоскости

Известен способ растопки котлоагрегата (RU 2054599, приоритет от 14.04.1994, МПК F23C 5/24), использующийся на тепловых электростанциях для безмазутной растопки котлоагрегата из холодного состояния до рабочего режима, путем розжига пылеугольного факела с последующей последовательной подачей пылеугольной смеси через сопла пылеугольных горелок, установленных ярусами, и ее воспламенением, отличающийся тем, что розжиг пылеугольного факела осуществляют путем генерирования струи низкотемпературной плазмы в плазмотронах, установленных в муфеле по крайней мере одной из горелок нижнего я руса, а пылеугольную смесь воспламеняют при ее подаче через струю плазмы, причем после стабилизации горения пылеугольного факела плазмотроны отключают.

Известна схема безмазутной растопки котла (RU 2096688, приоритет от 04.05.1994, МПК F23K 1/00), содержащая растопочный бункер пыли с пылепитателями, линию подачи пыли к растопочной горелке топки котла, подключенную к линии горячего воздуха, и электрозапальное устройство, отличающаяся тем, что между растопочным бункером пыли и растопочной горелкой размещена дополнительная линия термического разложения пыли, включающая участок термоподготовки расчетной длины, выполненный в виде вертикальной петли с перепускным газоходом и шибером, сообщающийся на входе с линией горячего воздуха через дополнительный электрокалорифер и с растопочной горелкой на выходе через камеру предварительного зажигания, установленную перед растопочной горелкой и соединенную с ней перепускной трубой, в которой размещено указанное электрозапальное устройство, а перед камерой предварительного зажигания на выходном участке термоподготовки выполнено дросселирующее устройство в виде суженного канала расчетного сечения.

Известна установка для безмазутной растопки пылеугольного котла и подсветки факела (RU 2128408, приоритет от 15.08.1997, МПК Н05В 7/18, Н05Н 1/32, C10L 11/00), включающая муфелизированную камеру термоподготовки топлива с расположенным на ее боковой поверхности патрубком, в котором установлен струйный плазмотрон, содержащий внутренний электрод с цилиндрическим плазменным каналом, выходной электрод-сопло, имеющий плазменный канал, состоящий из цилиндрического участка и расширяющегося вниз по потоку плазмы конусообразного участка, отличающаяся тем, что наружный торец выходного электрода-сопла отстоит от точки пересечения оси плазмотрона с продолжением наружной, соприкасающейся с патрубком поверхности камеры термоподготовки топлива на расстоянии L = (0,8 - 1)d2, где d2 - диаметр канала электрода-сопла у наружного торца, при этом угол а между осью плазмотрона и осью камеры термоподготовки топлива составляет 30-150°. Угол α между осью плазмотрона и осью камеры термоподготовки топлива составляет 30°≤α<60° для углей с выходом летучих Vг>37%. Угол α между осью плазмотрона и осью камеры термоподготовки топлива составляет 60°≤α<90° для углей с выходом летучих 10%<Vг>37%. Угол α между осью плазмотрона и осью камеры термоподготовки топлива составляет 90°<α<150° для углей с выходом летучих Vг>10%.

Известен способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела и установка для его осуществления (RU 2180075, приоритете от 27.02.2001, МПК F23D 1/00, Н05Н 1/32) имеющей плазмотрон на боковой поверхности, отличающийся тем, что в качестве камеры термоподготовки используют прямоточную горелку, причем плазменную струю плазмотрона вводя т во внутреннюю трубу горелки, через которую проходит часть аэросмеси, а холодную струю аэросмеси подают снаружи этой трубы для ее охлаждения и обе струи смешивают на выходных торцах обеих труб с потоком вторичного воздуха. Установка для безмазутной растопки энергетического котла, содержащая камеру термо подготовки топлива, отличающаяся тем, что камера термоподготовки топлива выполнена в виде прямоточной горелки, образованной коаксиально размещенными трубами с плазмотроном, укрепленным на фланце патрубка, проходящего через стенку внешней трубы горелки перпендикулярно к ее оси и входящего во внутреннюю трубу, а вдоль оси на входе во внутреннюю трубу размещено устройство регулирования соотношения частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи.

Известна статья «Пути сокращения расхода газа и мазута на пылеугольных электростанциях, рассчитанных на сжигание низкореакционных углей» (Л.М. Капельсон // Теплоэнергетика. - 2002. - №1. - С. 56-60.), в которой приводятся характеристики работы электростанций с пылеугольными котлами, рассчитанными на сжигание АШ (антрацитовый штыб) и тощих углей, но использующих в топливном балансе наряду с твердым топливом природный газ и мазут. Сформулированы предложения по переходу этих электростанций на преимущественное сжигание проектного угля путем сокращения доли газомазутного топлива.

Известна система подачи угольной пыли на сжигание (RU 107843 приоритет от 07.04.2011, МПК F23K 1/00), включающая линии подачи исходного угольного топлива и сушильного агента, соединенные с размольным устройством, устройство для разделения аэросмеси, выходные патрубки которого подключены раздаточными пылепроводами к горелкам топки котла, устройство для разделения аэросмеси выполнено с возможностью двухступенчатого разделения последней в каждой ступени на два потока, разведенные друг от друга на расстоянии и находящиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях, раздаточные пылепроводы снабжены устройствами регулирования сопротивления аэросмеси, а в линии подачи сушильного агента установлены делители потока. Кроме того, устройство для разделения аэросмеси снабжено шиберными заслонками, выполненными с возможностью регулированного поворота. Кроме того, устройство регулирования сопротивления аэросмеси выполнено в виде заслонки, соединенной с винтовой парой с возможностью регулированного изменения сечения пылепровода. Кроме того, делители потока линии подачи сушильного агента выполнены в виде разделительных пластин, равноудаленных друг от друга. Выполнение устройства для разделения аэросмеси с возможностью ее двухступенчатого разделения в каждой ступени на два потока, разведенные друг от друга на расстоянии и находящиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет регулировать подачу пылевоздушной смеси в каждый пылепровод,. в зависимости от необходимого количества пыли на каждую горелку, что обеспечивает четкое регулирование расхода пылевоздушной смеси на соответствующие горелки топки котла. Снабжение системы устройствами регулирования сопротивления аэросмеси позволяет обеспечить плавное регулирование аэродинамического сопротивления пылепроводов. Установка делителей потока в линии подачи сушильного агента позволяет равномерно разделить воздушный поток (поток сушильного агента) и исключить возникновение так называемой «мертвой зоны». Известна схема безмазутной растопки котла (RU 121036, приоритет от 19.04.2012, МПК F23Q 13/00, F23K 1/04, F23D 1/00), содержащая растопочную горелку топки котла, основной пылепровод и электронагреватель, отличающаяся тем, что растопочная горелка соединена с источником пылевоздушной смеси посредством основного пылепровода, на основном пылепроводе закреплен муфель, выполненный в виде керамического прямоугольного параллелепипеда, на муфеле установлен делитель потока, представляющий собой участок полутрубы расчетной длины, расположенный внутри основного пылепровода вдоль его оси, внутри керамического прямоугольного параллелепипеда установлен металлический экран, под которым размещен электронагреватель, причем внутри керамического прямоугольного параллелепипеда между внутренней поверхностью делителя потока и внешней поверхностью металлического экрана образован муфельный канал.

Известна вихревая растопочная пылеугольная горелка (RU 2683052, приоритет от 09.06.2018, МПК F23Q 5/00), использующаяся на тепловых электростанциях, в котельных для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива, содержащая внешний канал пылеугольного топлива, внутри которого коаксиально установлен внутренний канал пылеугольного топлива, а также стержневые электроды, подключенные к источнику высокого напряжения и образующие между собой межэлектродное пространство, отличающаяся тем, что входы этих каналов подсоединены к выходу вихревого пылеконцентратора, снабженного поворотными лопатками, разделяющими входящий в него поток пылеугольного топлива на две части, во внешней части потока создается повышенная концентрация угольных частиц, а во внутренней части потока - пониженная концентрация угольных частиц, причем пылеугольное топливо с повышенной концентрацией угольных частиц поступает во внутренний канал горелки, а пылеугольное топливо с пониженной концентрацией угольных частиц поступает во внешний канал, а стержневые электроды установлены на выходе внутреннего канала пылеугольного топлива.

Известен способ факельного сжигания топливовоздушной смеси и устройство для реализации способа (RU 2726023, приоритет от 22.02.2019, МПК F23D 1/00, F23Q 13/00), использующийся для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного и водноугольного топлива, заключающийся в том, что создают электрический разряд в зоне воспламенения, подают топливо и воздух в зону воспламенения, осуществляют плазменное электроионизационное воспламенение топливовоздушной смеси и осуществляют ее факельное сжигание, отличающийся тем, что воздействуют на электрический разряд магнитным полем, силовые линии которого ориентированы перпендикулярно потоку топливовоздушной смеси. Устройство плазменного электроионизационного воспламенения топливовоздушной смеси, содержащее корпус, к которому подведен топливопровод и воздухопровод, внутри корпуса установлены стержневые электроды, направленные вдоль его продольной оси и предназначенные для генерирования электрического разряда, отличающееся тем, что корпус выполнен из немагнитного материала, за стержневыми электродами, в направлении потока топливовоздушной смеси, на наружных противоположных сторонах корпуса установлены, с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса, электромагнитные катушки с магнитопроводами, продольные оси этих электромагнитных катушек с магнитопроводами соосны друг другу и перпендикулярны продольной оси корпуса, причем электромагнитные катушки с магнитопроводами установлены напротив зоны излучения электрического разряда внутри корпуса

Известна радиационная газовая горелка (RU 193651, приоритет от 18.08.2019, МПК F23D 14/14), содержащая узел подвода газовоздушной смеси и инфракрасный излучатель, выполненный из пористого жаропрочного материала в виде полой трубы, отличается тем, что диаметр полой трубы и толщина ее стенок выполнены постоянными, при этом узел подвода газовоздушной смеси выполнен в виде полого корпуса, содержащего две обращенные друг к другу фланцами, соосные друг другу и полой трубе, втулки, при этом между фланцами размещена прокладка, причем торец приемной втулки герметично заглушен, и через ее стенку герметично пропущены патрубок подачи газа и патрубок подачи воздуха, а свободный конец выпускной втулки герметично вставлен в отверстие полой трубы, кроме того, соосно продольной оси приемной и выпускной втулок, с зазором к их стенкам, размещена подающая труба, герметично пропущенная через прокладку, при этом оба открытых конца полой трубы снабжены одинаковыми узлами подвода газовоздушной смеси, кроме того, диаметр полости подающей трубы составляет 0,25-0,3 от диаметра полости инфракрасного излучателя, а расстояние между торцами подающих труб составляет 0,9 от расстояния между обращенными друг к другу торцами выпускных втулок.

Известна радиационная горелка (RU 2753319, приоритет от 22.12.2020, МПК F23D 14/16), содержащая полый корпус с патрубками подвода газов, газопроницаемый цилиндрический излучатель из жаростойкого и жаропрочного материала в виде полой трубы с оголовком и газопроницаемый распределитель потока, обеспечивающий подачу газообразных топлива и окислителя в излучатель, отличающаяся тем, что распределитель потока, размещенный в объеме внутренней полости цилиндрического излучателя, выполнен из жаростойкого и жаропрочного материала в виде трубы произвольной формы с оголовком, такой, при которой локальная скорость истечения топливо-воздушной смеси с внешней поверхности распределителя не отклоняется более чем на 15% от средней скорости, причем длина распределителя потока равна 0.4-0.99 диаметра внутренней полости излучателя, диаметр распределителя при основании равен 0.2-0.99 диаметра внутренней полости излучателя, при этом газопроницаемость всех участков поверхности распределителя потока постоянна.

Известны устройство и способ сжигания топливовоздушной смеси (RU 2788490, приоритет от 07.02.2022, МПК F23Q 5/00). Устройство сжигания топливовоздушной смеси, содержащее изолирующий корпус с линией подачи воздуха, внутри которого установлены электродная система и линии подачи напряжения, причем электродная система имеет соединенные между собой инициирующую часть, выполненную регулируемой и прикрепленной к корпусу изнутри него, и съемную часть, выходящую за пределы корпуса. Способ сжигания топливовоздушной смеси, при котором:

- выставляют требуемое пробойное расстояние на устройстве сжигания топливовоздушной смеси с помощью регулируемой инициирующей части,

- подключают устройство сжигания топливовоздушной смеси к магистрали, переносящей топливовоздушную смесь, таким образом, чтобы обеспечить отсутствие контакта выходящей за пределы корпуса съемной части электродной системы и смеси,

- подают воздух по линии подачи воздуха,

- создают газовый диффузионный разряд в электродной системе с помощью подачи пробойного напряжения по линиям подачи напряжения,

- осуществляют воспламенение магистрали посредством взаимодействия вытесненной потоком воздуха плазмы газового диффузионного разряда и топливовоздушной смеси;

- производят сжигание топливовоздушной смеси.

Общим недостатком технических решений, известных из уровня техники, является отсутствие возможности определения оптимальных режимов работы оборудования до ввода в эксплуатацию, что отрицательно влияет на стабильность работы энергетического оборудования.

Описание сущности изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности безмазутного розжига угольной пыли и стабильности работы энергетического оборудования.

Технический результат достигается тем, что до ввода в эксплуатацию энергетического оборудования определяют необходимые и оптимальные условия для стабильного безмазутного розжига пылеугольного факела, с подводом минимального количества тепловой энергии от интерметаллидного радиационного горелочного устройства, используя стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства, в котором воздушный поток, проходя через газовые калориферы, поступает на вентиляторы дутьевые с различными напорными характеристиками, а газовые калориферы используют для регулирования температуры воздушного потока в диапазоне 30-170°С, и с помощью вентиляторов дутьевых, снабженных преобразователями частоты, устанавливают режимы по воспламенению угольной пыли при коэффициентах избытка воздуха αг=0,5-2,5 и скоростях потока 7-50 м/с, подача угольной пыли в воздушный поток осуществляется с помощью питателя-микродозатора угольной пыли и питателя-дозатора угольной пыли, с помощью которых регулируют запыленность воздушного потока в диапазоне 0,1 до 1,5 кг/кг, при этом питатель-микродозатор угольной пыли и питатель-дозатор угольной пыли снабжены бункерами угольной пыли, и могут быть загружены угольной пылью с различной тониной помола, при этом используют шиберы воздуха и шиберы на входе интерметаллидного радиационного горелочного устройства, при этом стенд имеет модульную конструкцию, включающую, по крайней мере, два интерметаллидных радиационных горелочных устройства с разной производительностью, различной пористости и разной геометрии, при этом каждое интерметаллидное радиационное горелочное устройство снабжено кварцевой трубкой для визуального наблюдения за процессом горения угольной пыли, и одно интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к футерованному изнутри имитатору камеры сгорания топки, обеспечивающему имитацию режима горения без отвода теплоты, а второе интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к водоохлаждаемому имитатору камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением, обеспечивающему имитацию режима горения с отводом теплоты, в которых происходит формирование и развитие пылеугольного факела, а водоохлаждение водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением обеспечивают циркуляционные насосы, при этом по длине имитатора футерованной камеры сгорания топки и водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания выполнены смотровые окна, далее стенд включает газоходы и золоуловитель, в которых происходит очистка продуктов сгорания от золы, далее установлены эжектор и дымовая труба, с помощью которых дымовые газы выбрасываются в атмосферу, а функционирование стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства осуществляют следующим образом:

- подтверждают работоспособность стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства на котле без нагрузки при работе на сжиженном газе без подачи угольной пыли;

- подтверждают работоспособность стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства на котле без нагрузки при работе на сжиженном газе с подачей угольной пыли;

- определяют границы устойчивого воспламенения угольной пыли, проходящей через интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

- определяют время выхода стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в режим автоподдержания, без подачи сжиженного газа;

- определяют минимально возможную и максимально возможную тепловую мощность интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- подтверждают факт воспламенения и подсветки от интерметаллидного радиационного горелочного устройства при работе котла под нагрузкой;

- проводят анализ влияния коэффициента избытка воздуха на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- проводят анализ влияния гранулометрического состава угольной пыли на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- проводят анализ влияния концентрации угольной пыли на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- выполняют анализ влияния интерметаллидного радиационного горелочного устройства на параметры работы котла;

при этом интерметаллидное радиационное горелочное устройство включает корпус, выполненный в форме полого цилиндра, изготовленного из интерметаллида, пористую противоточную горелку, кварцевую трубку, для визуального наблюдения за процессом горения угольной пыли, изоляцию, отбор газового анализа, золоуловитель, эжектор, запальное устройство, общий регулятор подачи сжиженного газа на горелку, общий регулятор подачи воздуха на горелку, регулятор подачи сжиженного газа в нижний смеситель, регулятор подачи воздуха в нижний смеситель, регулятор подачи сжиженного газа в верхний смеситель, регулятор подачи воздуха в верхний смеситель, бункер с угольной пылью, регулятор избытка воздуха в бункере, измеритель разрежения, регулятор подачи воздуха на эжектор, общий измеритель расхода сжиженного газа, общий измеритель подачи воздуха на интерметаллидное радиационное горелочное устройство, измеритель расхода сжиженного газа в верхний смеситель, измеритель расхода воздуха в верхнем смесителе, измеритель расхода сжиженного газа в нижнем смесителе, измеритель расхода воздуха в нижнем смесителе, измеритель расхода воздуха, измеритель расхода воздуха на бункер с угольной пылью; при этом с использованием стенда для определения необходимых и оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства управляют следующими параметрами:

- массовый расход сжиженного газа и воздуха для изменения мощности интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- фракционный размер пылеугольных частиц;

- состав пылеугольной смеси;

- скорость движения пылеугольных частиц внутри интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- расстояние от кварцевой трубки до излучающей поверхности интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- температура пылеугольной смеси на входе в интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- температурный градиент внутри интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

а путем использования средств фото-видеофиксации определяют такие параметры как:

- положение фронта горения пылеугольных частиц;

- скорость движения частиц;

- время выгорания частиц.

Используя заявленный стенд, до ввода в эксплуатацию энергетического оборудования определяют необходимые и оптимальные условия для стабильного безмазутного розжига пылеугольного факела, что обеспечивает повышение эффективности безмазутного розжига угольной пыли и стабильность работы энергетического оборудования.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображен стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в плане.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1. Газовый калорифер;

2. Вентилятор дутьевой;

3. Питатель-микродозатор угольной пыли;

4. Питатель-дозатор угольной пыли;

5. Золоуловитель;

6. Эжектор;

7. Циркуляционный насос;

8. Дробилка;

9. Первый истиратель дисковый;

10. Второй истиратель дисковый;

11. Интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

12. Футерованный изнутри имитатор камеры сгорания топки с жидким шлакоудалением;

13. Водоохлаждаемый имитатор камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением;

14. Шибер воздуха;

15. Шибер на входе горелочного устройства;

16. Переход с горелочного устройства 11 на газоход;

17. Камера смешения пыли и воздуха;

18. Переход с газохода на золоуловитель;

19. Дымовая труба;

20. Бетонная плита.

На фиг. 2 изображен стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в разрезах А-А и Б-Б.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

2. Вентилятор дутьевой;

3. Питатель-микро дозатор угольной пыли;

4. Питатель-дозатор угольной пыли;

5. Золоуловитель;

6. Эжектор;

11. Интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

13. Водоохлаждаемый имитатор камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением;

14. Шибер воздуха;

15. Шибер на входе горелочного устройства;

16. Переход с горелочного устройства 11 на газоход;

17. Камера смешения пыли и воздуха;

18. Переход с газохода на золоуловитель;

19. Дымовая труба;

20. Бетонная плита.

На фиг. 3 изображен стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в разрезе В-В.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения:

1. Газовый калорифер;

2. Вентилятор дутьевой;

3. Питатель-микро дозатор угольной пыли;

4. Питатель-дозатор угольной пыли;

5. Золоуловитель;

6. Эжектор;

11. Интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

13. Водоохлаждаемый имитатор камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением;

15. Шибер на входе горелочного устройства;

16. Переход с горелочного устройства 11 на газоход;

17. Камера смешения пыли и воздуха;

19. Дымовая труба;

20. Бетонная плита.

На фиг. 4 показана схема интерметаллидного радиационного горелочного устройства.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения:

5. Золоуловитель;

6. Эжектор;

21. Запальное устройство;

22. Пористая противоточная горелка;

23. Корпус;

24. Кварцевая трубка;

25. Изоляция;

26. Отбор газового анализа;

27. Общий регулятор подачи сжиженного газа на горелку;

28. Общий регулятор подачи воздуха на горелку;

29. Регулятор подачи сжиженного газа в нижний смеситель;

30. Регулятор подачи воздуха в нижний смеситель;

31. Регулятор подачи сжиженного газа в верхний смеситель;

32. Регулятор подачи воздуха в верхний смеситель;

33. Бункер с пылью;

34. Регулятор подачи воздуха в бункер;

35. Регулятор избытка воздуха пылеугольной смеси;

36. Измеритель разрежения;

37. Регулятор подачи воздуха на эжектор;

38. Общий измеритель расхода сжиженного газа;

39. Общий измеритель подачи воздуха на интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

40. Измеритель расхода сжиженного газа в верхнем смесителе;

41. Измеритель расхода воздуха в верхнем смесителе;

42. Измеритель расхода сжиженного газа в нижнем смесителе;

43. Измеритель расхода воздуха в нижнем смесителе;

44. Измеритель расхода воздуха;

45. Измеритель расхода воздуха на бункер с пылью.

На фиг. 5 показан процесс воспламенения пылеугольной смеси в поточном реакторе в горелочном устройстве 11 (фиг. 1, 2, 3, 4).

На фиг. 6 показан пример компоновки стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в виде прямолинейной конструкции.

На фиг. 7 показан пример компоновки стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в виде треугольной конструкции.

На фиг. 8 показан результат работы на розжиг в атмосферу стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в виде треугольной конструкции

На фиг. 9 показан пример компоновки стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в виде прямоугольной конструкции.

Осуществление изобретения

В настоящее время на пылеугольных котлах в качестве растопочного топлива и для подсветки пылеугольного факела применяется мазут. В среднем удельный расход мазута на 1 т угля составляет 5,6 кг. Помимо этого, для поддержания мазутохозяйства и распыла топлива также затрачивается теплота. Заявленное изобретение направлено на определения до ввода в эксплуатацию энергетического оборудования необходимых и оптимальных условий для стабильного безмазутного розжига пылеугольного факела, с подводом минимального количества тепловой энергии от интерметаллидного радиационного горелочного устройства.

Для оценки возможности зажигания угольной пыли выполнены исследования с использованием стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства с различными расходами, при которых наблюдается устойчивое воспламенение частиц угольной пыли на выходе из кварцевой трубки 3 (фиг. 1).

В рамках практического применения заявленного изобретения выполнен ряд исследований, в результате проведения которых установлено:

- воспламенение угольной пыли происходит при расходе угольной пыли 3,3 г/мин и скорости перемещения частиц угольной пыли 4,75 м/с;

- при увеличении расхода угольной пыли на 25% от объема 3,3 г/мин за счет увеличения расхода первичного воздуха, скорость перемещения частиц угольной пыли увеличилась на 9%. Это привело к более интенсивному горению за счет большей концентрации угольной пыли в потоке воздуха;

- при увеличении расхода угольной пыли на 85% и скорости первичного воздуха на 35% от расхода при проведении второго опыта, наблюдалось снижение интенсивности горения, что обусловлено проскоком несгоревшей угольной пыли через кварцевую трубку 3 (Фиг. 1, 2, 3, 4), при этом воспламенение угольной пыли наблюдалось только в самом конце кварцевой трубы 3 (Фиг. 1, 2, 3, 4) (Фиг. 5).

При проведении экспериментов температура горелочного устройства (Фиг. 1, 2, 3, 4) варьировалась в диапазоне 900-913°С. Наиболее интенсивное горение получено при скорости перемещения частиц угольной пыли 5,17 м/с.Газовый анализ показал высокую концентрацию монооксида углерода (CO₂) в продуктах сгорания (7600-9700 ppm), что свидетельствует о протекании процесса горения. Содержание кислорода варьировалось от 18,6 до 19,8% (бедная по топливу смесь). В результате экспериментальных исследований установлено, что для устойчивого воспламенения угольной пыли необходимое время пребывания частиц под воздействием горелочного устройства 11 (фиг. 1, 2, 3, 4,) (Фиг. 5) составляет 0,116 сек при достаточно низкой температуре потока нагретого воздуха на выходе из кварцевой трубки 3 (фиг. 1, 2, 3, 4) (Фиг. 5)

(144,2°С). Наблюдаемые в экспериментах процессы воспламенения частиц угольной пыли протекают существенно интенсивней, чем при нагреве горячими газами.

Заявленное изобретение предназначено к использованию в разных вариантах компоновки.

Например, расположение горелочных устройств 11 в виде треугольника (фиг. 7)

Данная компоновка показала работоспособность при порционном воспламенении угольной пыли. Из угля, привезенного с Биробиджанской ТЭЦ, приготовили угольную пыль с крупностью помола, соответствующей выходу из мельницы котлов Биробиджанской ТЭЦ (остаток на сите R90 50-60%).

Результаты работы стенда на розжиг в атмосферу (Фиг. 8), что является наихудшим условием по теплоотводу, показали, что такая компактная конструкция (длинна пробега части всего 300 мм) позволяет воспламенить угольную пыль даже в условиях теплоотвода в атмосферу и добиться стабильного факельного горения угольной пыли.

Для увеличения проходного сечения модуля розжига угольной пыли компоновка стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью горелочного устройства 11 выполнена в виде прямоугольной конструкции (Фиг. 9).

Компоновка стенда в виде прямоугольной конструкции (Фиг. 9) показала стабильность работы и устойчивое воспламенение. Дополнительно к опытам по воспламенению пыли были опробованы опыты по работе модулей за счет переизлучения от факела угольной пыли. В результате при отключении подачи газа наблюдалась стабильное воспламенение, температура поверхности не опускалась ниже 850°С. Практически подтверждена необходимость подвода газа только на начальном этапе 5-15 минут для разогрева поверхности горелочных устройств 11 (Фиг. 1, 2, 3) (Фиг. 4), в дальнейшем подача газа может быть отключена. Запуск котла, например БК3-75-39ФБ, из холодного состояния при розжиге с использованием мазута составляет 220 минут. С помощью заявленного стена определено, что для безмазутного розжига котла сжиженный газ достаточно подавать только первые 15 минут, что составляет около 7% от 220 мин.

Таким образом экономический эффект от замещения мазута сжиженным газом при розжиге может оказаться намного больше, чем ожидалось, так как замещение мазута сжиженным газом при растопке будет производиться только в начальный период времени.

В качестве исследуемых топлив принимались низкосортные угли доля которых, в топливном балансе Приморского края наиболее велика. А именно Павловский марки 1Б, Ирша-Бородинский 2Б, Харанорский 1Б и Бикинский 1Б. Влажность испытуемых углей менялась в диапазоне от 33 до 41,5%. Зольность составила от 7,4 до 23%.

Изменение качества углей связано с погодными условиями, а именно содержанием внешней влаги топлива, на основе определенных показателей влажности, зольности и определенной теплоты сгорания по бомбе была рассчитана низшая удельная теплота сгорания - от 1700 до 3700 ккал/кг в зависимости от степени углефикации.

В качестве источника излучения для исследования возможности воспламенения топлив использовалось горелочное устройство 11 мощностью 25 кВт в форме полого цилиндра, изготовленное из NiAl методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Максимальная температура на поверхности горелочного устройства 11 менялась от 1170 до 1400 К в зависимости от количества сжигаемого сжиженного газа, что соответствовало плотности лучистого потока с поверхности излучателя 120-260 кВт/м².

В результате экспериментальных исследований получены условия устойчивого воспламенения угольной пыли для рассматриваемых топлив. Определены границы скоростей потока, концентраций аэросмеси и температуры излучателя для разработки пилотного образца устройства для безмазутного розжига пылеугольной горелки к котлам Владивостокской ТЭЦ-2

Использование заявленного стенда обеспечивает повышение эффективности безмазутного розжига угольной пыли и стабильности работы энергетического оборудования по заранее определенным необходимым и оптимальным режимам безмазутного розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства.

Изобретение относится к области энергетики. Стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства, в котором воздушный поток, проходя через газовые калориферы, поступает на вентиляторы дутьевые с различными напорными характеристиками, а газовые калориферы используют для регулирования температуры воздушного потока в диапазоне 30-170°С, и с помощью вентиляторов дутьевых, снабженных преобразователями частоты, устанавливают режимы по воспламенению угольной пыли при коэффициентах избытка воздуха α_г=0,5-2,5 и скоростях потока 7-50 м/с, подача угольной пыли в воздушный поток осуществляется с помощью питателя-микродозатора пыли и питателя-дозатора пыли, с помощью которых регулируют запыленность воздушного потока в диапазоне 0,1 до 1,5 кг/кг, при этом питатели-микродозаторы пыли и питатели-дозаторы пыли снабжены бункерами угольной пыли и могут быть загружены угольной пылью с различной тониной помола, при этом используют шиберы воздуха и шиберы на входе интерметаллидного радиационного горелочного устройства для включения или выключения из работы оборудования стенда, при этом стенд имеет модульную конструкцию, включающую по крайней мере два интерметаллидных радиационных горелочных устройства с разной производительностью, различной пористости и разной геометрии, при этом модульная конструкция стенда предполагает менять оборудование местами, при этом каждое интерметаллидное радиационное горелочное устройство снабжено кварцевой трубкой для визуального наблюдения за процессом горения угольной пыли и одно интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к футерованному изнутри имитатору адиабатной камеры сгорания, а второе интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к водоохлаждаемому имитатору камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением, в которых происходит формирование и развитие пылеугольного факела, а водоохлаждение водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением обеспечивают циркуляционные насосы, при этом по длине имитатора адиабатной камеры сгорания и водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением выполнены смотровые окна, с помощью которых определяют аэродинамические, тепловые и эмиссионные характеристики пылеугольного факела при различных условиях, далее стенд включает газоходы в золоуловитель, в которых происходит очистка продуктов сгорания от золы, далее установлены эжектор и дымовая труба, с помощью которых дымовые газы выбрасываются в атмосферу, при этом дымовая труба оборудована точкой отбора для измерения вредных выбросов. Технический результат - повышение эффективности безмазутного розжига угольной пыли и стабильности работы энергетического оборудования. 9 ил.

Стенд для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства, в котором воздушный поток, проходя через газовые калориферы, поступает на вентиляторы дутьевые с различными напорными характеристиками, а газовые калориферы используют для регулирования температуры воздушного потока в диапазоне 30-170°С, и с помощью вентиляторов дутьевых, снабженных преобразователями частоты, устанавливают режимы по воспламенению угольной пыли при коэффициентах избытка воздуха α_г=0,5-2,5 и скоростях потока 7-50 м/с, подача угольной пыли в воздушный поток осуществляется с помощью питателя-микродозатора угольной пыли и питателя-дозатора угольной пыли, с помощью которых регулируют запыленность воздушного потока в диапазоне 0,1 до 1,5 кг/кг, при этом питатель-микродозатор угольной пыли и питатель-дозатор угольной пыли снабжены бункерами угольной пыли и могут быть загружены угольной пылью с различной тониной помола, при этом используют шиберы воздуха и шиберы на входе интерметаллидного радиационного горелочного устройства, при этом стенд имеет модульную конструкцию, включающую по крайней мере два интерметаллидных радиационных горелочных устройства с разной производительностью, различной пористости и разной геометрии, при этом каждое интерметаллидное радиационное горелочное устройство снабжено кварцевой трубкой для визуального наблюдения за процессом горения угольной пыли, одно интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к футерованному изнутри имитатору камеры сгорания топки, обеспечивающему имитацию режима горения без отвода теплоты, а второе интерметаллидное радиационное горелочное устройство подключено к водоохлаждаемому имитатору камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением, обеспечивающему имитацию режима горения с отводом теплоты, в которых происходит формирование и развитие пылеугольного факела, а водоохлаждение водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания топки с твердым шлакоудалением обеспечивают циркуляционные насосы, при этом по длине имитатора футерованной камеры сгорания топки и водоохлаждаемого имитатора камеры сгорания выполнены смотровые окна, далее стенд включает газоходы и золоуловитель, в которых происходит очистка продуктов сгорания от золы, далее установлены эжектор и дымовая труба, с помощью которых дымовые газы выбрасываются в атмосферу, а функционирование стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства осуществляют следующим образом:

- подтверждают работоспособность стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства на котле без нагрузки при работе на сжиженном газе без подачи угольной пыли;

- подтверждают работоспособность стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства на котле без нагрузки при работе на сжиженном газе с подачей угольной пыли;

- определяют границы устойчивого воспламенения угольной пыли, проходящей через интерметаллидное радиационное горелочное устройство;

- определяют время выхода стенда для определения оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства в режим автоподдержания, без подачи сжиженного газа;

- определяют минимально возможную и максимально возможную тепловую мощность интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- подтверждают факт воспламенения и подсветки от интерметаллидного радиационного горелочного устройства при работе котла под нагрузкой;

- проводят анализ влияния коэффициента избытка воздуха на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- проводят анализ влияния гранулометрического состава угольной пыли на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- проводят анализ влияния концентрации угольной пыли на параметры работы интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- выполняют анализ влияния интерметаллидного радиационного горелочного устройства на параметры работы котла;

при этом интерметаллидное радиационное горелочное устройство включает корпус, выполненный в форме полого цилиндра, изготовленного из интерметаллида, пористую противоточную горелку, кварцевую трубку для визуального наблюдения за процессом горения угольной пыли, изоляцию, отбор газового анализа, золоуловитель, эжектор, запальное устройство, общий регулятор подачи сжиженного газа на горелку, общий регулятор подачи воздуха на горелку, регулятор подачи сжиженного газа в нижний смеситель, регулятор подачи воздуха в нижний смеситель, регулятор подачи сжиженного газа в верхний смеситель, регулятор подачи воздуха в верхний смеситель, бункер с угольной пылью, регулятор избытка воздуха в бункере, измеритель разрежения, регулятор подачи воздуха на эжектор, общий измеритель расхода сжиженного газа, общий измеритель подачи воздуха на интерметаллидное радиационное горелочное устройство, измеритель расхода сжиженного газа в верхний смеситель, измеритель расхода воздуха в верхнем смесителе, измеритель расхода сжиженного газа в нижнем смесителе, измеритель расхода воздуха в нижнем смесителе, измеритель расхода воздуха, измеритель расхода воздуха на бункер с угольной пылью; при этом с использованием стенда для определения необходимых и оптимальных режимов розжига угольной пыли с помощью интерметаллидного радиационного горелочного устройства управляют следующими параметрами:

- массовый расход сжиженного газа и воздуха для изменения мощности интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- фракционный размер пылеугольных частиц;

- состав пылеугольной смеси;

- скорость движения пылеугольных частиц внутри пористой противоточной горелки;

- расстояние от кварцевой трубки до излучающей поверхности интерметаллидного радиационного горелочного устройства;

- температура пылеугольной смеси на входе в пористую противоточную горелку;

- температурный градиент внутри пористой противоточной горелки;

а путем использования средств фотовидеофиксации определяют такие параметры, как:

- положение фронта горения пылеугольных частиц;

- скорость движения частиц;

- время выгорания частиц.