СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО РОЗЖИГА ПАРОМАЗУТНОЙ ФОРСУНКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF ARC IGNITION OF A STEAM-OIL ATOMIZER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для электродугового розжига паромазутной форсунки котлов электростанций.
Известен способ электродугового (плазменного) розжига топливной форсунки, посредством которого осуществлена работа запального устройства (RU, патент №2244878 C2, МКИ F23Q 13/00, 2001 г.). Способ заключается в подаче высоковольтного напряжения на стержневые электроды электродугового запальника, с получением на них электродугового заряда и последующим перемещением стержневых электродов до точки, где происходит соприкосновение электродугового разряда со струей топлива из форсунки и ее воспламенение.
Недостатком этого способа является сложность установки электродугового запальника относительно форсунки, так как соприкосновение электродугового разряда запальника с паромазутной смесью форсунки в замкнутом пространстве топки предлагается осуществлять посредством визуального контроля, через технологические смотровые лючки, которые не везде есть, и обзор через которые не всегда позволяет это сделать.
Известно устройство запальника для горелки котла (RU, патент №2244878 C2, МКИ F23Q 13/00, 2001 г.), которое монтируется в установочную трубу котла и содержит электродуговой запальник и вспомогательную форсунку, установленную на выходе электродугового запальника так, чтобы траектория выбрасываемого форсункой мазута пересекалась с дугой запальника. Вспомогательная форсунка производит отбор мазута с основной горелки.
Однако данное устройство запальника имеет сложную конструкцию и низкую надежность работы, заключающуюся в необходимости подведения мазута к запальному устройству, циркуляции мазута через корпус запального устройства, в котором расположены высоковольтные электроды, возможном засорении запальника вязким мазутом, отсутствии дуги при попадании мазута на электроды запальника, высоком энергопотреблении, обусловленном зажиганием жидкого, а не распыленного топлива.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электродугового розжига паромазутной форсунки, посредством которого осуществлена работа запального устройства (RU, патент №2514534 C2, МПК F23Q 5/00, 2013 г.). Способ заключается в подаче паромазутной смеси из форсунки в топку котла и подаче высоковольтного напряжения на стержневые электроды запальной пики электродугового запальника с получением на них дугового разряда, растягиванием дуги, сопровождающимся увеличением напряжения и мощности, и воспламенением топлива из форсунки.
Недостатком этого способа является низкая надежность, обусловленная быстрым выходом рабочих контактов запальной пики электродугового запальника из строя. На практике известны случаи выхода контактов запальной пики из строя в течение 5 месяцев эксплуатации запальника. Этот недостаток, присущий именно способу розжига, а не устройству запальной пики, обусловлен тем, что дуга, зажженная между контактами пики, растягивается паром, поступающим из форсунки, после этого в форсунку подается мазут и происходит воспламенение. То есть контакты запальной пики в данном способе должны находиться под воздействием высоких температур и давления продуктов горения форсунки, которые раскаляют контакты, несмотря на то, что они выполнены из тугоплавких материалов. Под воздействием высокого давления паромазутной смеси форсунки (давление может достигать больших значений, например для форсунки ЭМФ-А избыточное давление подачи мазута и пара составляет 3÷12 Ати, а для форсунки ПМФ-Б1 - 10÷35 Ати), а также собственной силы тяжести, происходит изгибание раскаленного осевого стержневого контакта пики вплоть до его касания с цилиндрическим перфорированным контактом, который окружает стержневой контакт. После замыкания контактов запальной пики при подаче напряжения на электродуговой запальник дуга не загорается, и запальник не работает.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является запальное устройство электродугового розжига паромазутной форсунки (RU, патент №2514534 C2, МПК F23Q 5/00, 2013 г.), содержащее запальную пику с приводным механизмом, устройство контроля и управления, выходом подключенное к приводному механизму пики, высоковольтный источник тока, запитывающий электроды запальной пики, паромазутную форсунку с электрифицированными задвижками на паро- и мазутопроводах, которыми управляет устройство контроля и управления.
Однако устройство имеет низкую надежность, поскольку контролирует попадание электродов под действие паромазутной смеси форсунки по косвенному признаку (увеличение напряжения), а факт воспламенения паромазутной смеси форсунки не контролирует вообще. Также устройство содержит датчик напряжения, подключенный между высоковольтным источником тока и запальной пикой, которые соединены между собой высоковольтным кабелем. Дополнительное высоковольтное соединение в схеме - T-образная ответвительная кабельная муфта для подключения трансформатора напряжения (в 95% случаях в качестве датчиков напряжения применяют именно трансформаторы напряжения), приводит в итоге к снижению вероятности безотказной работы и соответственно надежности устройства в целом.
Технический результат изобретения - создание способа электродугового розжига паромазутной форсунки и устройства для его реализации с повышенной надежностью.
Технический результат достигается тем, что в способе электродугового розжига паромазутной форсунки, заключающемся в подаче паромазутной смеси из форсунки в топку котла и подаче высоковольтного напряжения на стержневые электроды запальной пики электродугового запальника с получением на них дугового разряда, растягиванием дуги, сопровождающимся увеличением напряжения и мощности, и воспламенением топлива из форсунки, дополнительно в пространство между коаксиально установленным изолятором стержневого электрода и цилиндрическим трубчатым электродом запальной пики осуществляют подачу избыточного воздуха, который раздувает дугу соосно запальной пике, тем самым «эффективно» увеличивая ее в длину. При этом исключается необходимость расположения контактов запальной пики под воздействием высоких температур и давления продуктов горения форсунки, так как перемещение стержневых электродов запальной пики осуществляется до пересечения раздутой дуги с паромазутной смесью форсунки. Новым согласно изобретению является то, что дуга с контактов запальной пики раздувается не продуктами горения форсунки, которые раскаляют, обугливают и деформируют контакты, а воздухом, подаваемым в полости запальной пики.
Технический результат достигается тем, что в устройство электродугового розжига паромазутной форсунки, содержащее запальную пику с приводным механизмом, устройство контроля и управления, выходом подключенное к приводному механизму пики, высоковольтный источник тока, запитывающий электроды запальной пики, паромазутную форсунку с электрифицированными задвижками на паро- и мазутопроводах, которыми управляет устройство контроля и управления, дополнительно введен датчик контроля факела, причем устройство контроля и управления выходом подключено к управляющему входу высоковольтного источника питания, датчик контроля факела - к входу устройства контроля и управления. Новым согласно изобретению является то, что исключен громоздкий датчик напряжения с ненадежным соединением, а факт воспламенения паромазутной смеси форсунки контролируется датчиком контроля факела.
На фиг. 1 представлена конструкция запальной пики электродугового запальника, реализующая новый способ электродугового розжига паромазутной форсунки.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема устройства, реализующего способ электродугового розжига паромазутной форсунки.
Способ электродугового розжига паромазутной форсунки заключается в следующем.
Дуга 1, созданная на контактах 2 запальной пики, раздувается избыточным воздухом. При этом дуга 1 удлиняется и вытягивается соосно запальной пике, тем самым «эффективно» увеличивая ее в длину. Данный способ осуществляется и реализуется в конструкции запальной пики, состоящей из осевого стержневого электрода 3, вокруг которого устанавливается коаксиальный изолятор 4, выдерживающий высокие температуры. Осевой стержневой электрод 3 вместе с коаксиальным изолятором 4 помещается внутрь цилиндрического электрода 5, выполненного в виде полой трубы, обеспечивающей достаточную жесткость конструкции. Электроды снабжены контактами 2, между которыми нет коаксиального изолятора 4, только воздушный промежуток, длина которого выбрана так, чтобы при подключении кабеля 6 и подаче высоковольтного напряжения на запальную пику происходила ионизация воздуха с электрическим пробоем в этом промежутке с образованием плазменного канала.
Между цилиндрическим электродом 5 и коаксиальным изолятором 4 внутри запальной пики существует зазор. Основная цель этого зазора - не допустить переламывания коаксиального изолятора 4 при транспортировке запальной пики и прогибе ее под действием собственной силы тяжести (длина запальной пики обычно достигает 3 метров). Кроме того, этот же зазор обеспечивает циркуляцию избыточного подаваемого воздуха к контактам 2 пики для раздувания дуги 1 плазменного канала.
Избыточный воздух, подаваемый через штуцер 7 в зазор между изолятором 4 и полой трубой, кроме раздувания дуги обеспечивает охлаждение коаксиального изолятора 4 и запальной пики, что положительно сказывается на сроках эксплуатации электродугового запальника. Кроме того, исключается необходимость расположения контактов 2 запальной пики под воздействием высоких температур и давления продуктов горения форсунки, так как перемещение электродов 3 и 5 запальной пики осуществляется до пересечения раздутой дуги (а не контактов пики) с паромазутной смесью форсунки.
Устройство электродугового розжига паромазутной форсунки содержит: устройство 8 контроля и управления; высоковольтный источник 9 тока; приводной механизм 10 запальной пики 11; паромазутную форсунку 12; датчик 13 контроля факела; задвижку 14 воздушного тракта с электроприводом 15; задвижку 16 парового тракта с электроприводом 17; задвижку 18 мазутного тракта с электроприводом 19; задвижку 20 продувки с электроприводом 21.
Устройство электродугового розжига паромазутной форсунки работает следующим образом:
При растопке котла посредством розжига паромазутных форсунок 12 устройство 8 контроля и управления после подтверждения отсутствия сигнала с датчика 13 контроля факела (в качестве датчика может использоваться, например, прибор ФДСА-03M) проверяет наличие сигнала с электропривода 19 о закрытии задвижки 18 мазутного тракта. После получения сигнала о том, что задвижка 18 закрыта, устройство 8 контроля и управления подает одновременно сигналы на электроприводы 17 и 21, на открытие задвижек 16 и 20. Далее, при получении сигналов с электроприводов 17 и 21 об открытии задвижек 16 и 20 устройство 8 контроля и управления отсчитывает выдержку времени для реализации режима продувки форсунки 12 паром. При этом пар, проходя одновременно по паровому и мазутному тракту форсунки 12, нагревая и очищая ее от остатков мазута, выбрасывается в топку котла.
Одновременно с отсчетом времени режима продувки устройство 8 контроля и управления подает команду на приводной механизм 10 о введении запальной пики 11. То есть пока форсунка 12 продувается паром, запальная пика 11 вводится в топку котла посредством своего приводного механизма. После того как отсчет времени закончился, устройство 8 контроля и управления подает сигнал на электропривод 21 о закрытии задвижки 20 продувки. Далее, после того как устройство 8 контроля и управления получит сигнал от электропривода 21, что задвижка 20 продувки закрыта, а также сигнал от приводного механизма 10, что запальная пика 11 введена в топку котла, формируются и подаются одновременно сигналы на: электропривод 19 открытия задвижки 18 мазутного тракта; электропривод 15 открытия задвижки 14 воздушного тракта; высоковольтный источник 9 тока о подаче напряжения на запальную пику 11.
Контроль наличия сигнала от приводного механизма 10, что запальная пика 11 введена в топку котла, до подачи напряжения на запальную пику 11, обязателен. Это исключит возможность подачи напряжения и образования высоковольтной дуги в момент, когда контакты пики 11 еще находятся внутри закладной трубы 22 горелки котла. Этот аспект очень важен с точки зрения электробезопасности и никак не проработан в устройстве электродугового розжига паромазутной форсунки по патенту №2514534 C2, МПК F23Q 5/00, 2013 г.
Далее устройство 8 контроля и управления контролирует получение сигнала: от электропривода 19, что задвижка 18 мазутного тракта открыта и производится подача и распыление паромазутной смеси форсункой 12; от высоковольтного источника 9 тока, что напряжение на запальную пику 11 подано и на контактах пики 11 образовывается дуга; от электропривода 15, что задвижка 14 воздушного тракта открыта и в запальную пику 11 подается воздух, раздувающий и удлиняющий дугу. Затем устройство 8 контроля и управления ожидает получения сигнала с датчика 13 контроля факела, подтверждающего розжиг паромазутной форсунки 12. После появления сигнала с датчика 13 устройство 8 контроля и управления подает одновременно сигналы на: электропривод 19 закрытия задвижки 18 мазутного тракта; электропривод 15 закрытия задвижки 14 воздушного тракта; высоковольтный источник 9 тока о снятии напряжения с запальной пики 11; и только после получения сигнала с высоковольтного источника 9 тока, о том, что напряжение с запальной пики 11 снято, устройство 8 контроля и управления подает команду на приводной механизм 10 о возвращении запальной пики 11.
Контроль сигнала от высоковольтного источника 9 тока о том, что напряжение снято, до подачи команды о возращении запальной пики, обязателен. Это исключит возможность введения запальной пики 11 внутрь закладной трубы 22 горелки котла при дуге 1 на контактах 2 пики 11.
Затем устройство 8 контроля и управления ожидает получения сигналов от: электропривода 19, о том, что задвижка 18 мазутного тракта закрыта и в форсунку 12 прекращена подача мазута; электропривода 15, о том, что задвижка 14 воздушного тракта закрыта и в запальную пику 11 прекращена подача воздуха; приводного механизма 10, о том, что запальная пика 11 возвращена в закладную трубу 22 горелки котла.
Запальная пика 11 выводится в горелку котла только в моменты розжига паромазутной форсунки 12, а при работе котла все время находится в закладной трубе 22 корпуса 23 горелки котла, избегая воздействия высоких температур продуктов горения.
Во время работы котла задвижка 16 парового тракта находится все время в открытом состоянии, при этом пар поступает в корпус паромазутной форсунки 12, охлаждая ее от продуктов горения котла.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство розжига паромазутной форсунки основаны на пересечении вытянутой в длину высоковольтной дуги запальной пики электродугового запальника с паромазутной смесью форсунки и воспламенении последней.
Технико-экономическая эффективность заключается в быстром и надежном розжиге паромазутной форсунки, требующем минимального расхода мазута, а также исключает преждевременный износ и выгорание контактов запальной пики, поскольку отсутствует непосредственное воздействие продуктов горения форсунки при розжиге и продуктов горения топки при работе котла на корпус и контакты запальной пики.