УСТРОЙСТВО ПЛАЗМЕННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
DEVICE OF PLASMA IGNITION OF DUST-COAL FUEL

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного топлива.
Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива, выполненное в виде плазменной пылеугольной горелки, принятое в качестве прототипа, содержащей канал подачи аэросмеси, канал подачи вторичного воздуха с установленным в нем завихрителем, плазмотрон-запальник со стержневыми электродами. Плазмотрон запальник с электродами установлен в канале подачи аэросмеси. Электроды выполнены графитовыми и размещены по всей длине канала подачи аэросмеси. Плазмотрон-запальник снабжен соплами двустороннего истечения и установлен с возможностью продольного перемещения между стержневыми электродами, при этом сопла плазмотрона сориентированы на концы электродов (патент RU №2059926, С1, МКИ F23D 1/00, F23Q 13/00, 1992).
Недостатком этой плазменной пылеугольной горелки являются высокие удельные затраты электроэнергии на воспламенение пылеугольного топлива. Другим ее недостатком является низкая надежность воспламенения пылеугольного топлива, а также большая удельная электрическая мощность горелки и большие ее размеры. Для обеспечения заданного режима горения факела необходима периодическая подача изнашиваемых электродов в зону их сгорания. Для чего необходим механизм подачи электродов, находящихся под напряжением. Это требует непрерывного технологического обслуживания системы, а учитывая, что розжиг ведется одновременно на нескольких горелочных устройствах, требуется наличие специальной службы для их обслуживания. Все это ведет к росту эксплуатационных затрат и снижению надежности работы системы розжига. Наличие вспомогательной плазменной системы для зажигания основной дуги еще более усложняет систему и снижает без того низкую техническую надежность функционирования системы розжига. Применение подаваемых электродов требует наличия свободного пространства около котла, а это делает в большинстве случаев данный способ и горелку для его осуществления неприемлемыми для реализации на действующих электрических станциях.
Задачей изобретения является создание устройства, которое позволяет с минимальными удельными затратами энергии зажигать аэросмесь. Это повышает надежность воспламенения пылеугольного топлива и устойчивость его последующего горения, а также позволяет уменьшить электрическую мощность устройства и минимизировать его размеры.
Обеспечиваемый изобретением технический результат достигается в устройстве плазменного воспламенения пылеугольного топлива, содержащем корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха. Согласно изобретению корпус разделен поперечной перегородкой на резонансную и охлаждающую камеры, причем в центре перегородки выполнен проход вторичного воздуха, в нем установлены с возможностью продольного перемещения стержневые электроды, их рабочая часть направлена внутрь резонансной камеры, а электрическую дугу генерируют переменным током высокой частоты в резонансной камере с образованием акустического поля.
Конец топливопровода введен в резонансную камеру, причем его продольная ось направлена под углом к продольной оси резонансной камеры, а зона распыла топлива пересекается с электрической дугой.
Трубопровод вторичного воздуха подведен к охлаждающей камере. Частоту переменного тока выбирают в диапазоне 1-20 кГц.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.
На фиг.1 представлено продольное сечение плазменного устройства воспламенения пылеугольного топлива, на фиг.2 - поперечный разрез устройства по А-А.
Предлагаемое плазменное устройство воспламенения пылеугольного топлива содержит цилиндрическую резонансную камеру 1, охлаждающую камеру 2 и установленную между ними перегородку 3. Камера 1 выполнена из термостойкого материала, а перегородка 3 - из термостойкого и диэлектрического материала. В центре перегородки 3 выполнен проход 4 вторичного воздуха и в нем расположены с возможностью продольного перемещения стержневые электроды 5. Они электрически соединены с источником питания 6. Продольные оси стержневых электродов 5 выполнены параллельными относительно продольной оси резонансной камеры 1. В последнюю введен топливопровод 7, продольная ось которого направлена под углом к продольной оси резонансной камеры 1. Трубопровод 8 вторичного воздуха подведен к охлаждающей камере 2.
Работа устройства плазменного воспламенения пылеугольного топлива осуществляется следующим образом.
В резонансную камеру 1 по топливопроводу 7 подают подготовленное пылеугольное топливо, сюда же через проход 4 из охлаждающей камеры 2 поступает вторичный воздух. В резонансной камере 1 вторичный воздух смешивается с пылеугольным топливом.
От источника питания 6 на стержневые электроды 5 подают переменный ток в диапазоне 1-20 кГц и посредством известных устройств зажигают электрическую дугу, например, с помощью осциллятора (не показан). При этом между рабочими частями стержневых электродов 5, расположенных в резонансной камере 1, происходит замыкание электрической цепи и возбуждается мощная пульсирующая электрическая дуга, а вокруг нее образуется электрическое поле. На это электрическое поле накладывается акустическое поле в виде мощных акустических колебаний, генерируемых электрической дугой, которые в резонансной камере 1 многократно усиливаются. Это способствует дополнительному измельчению пылеугольного топлива и его интенсивному тепловому нагреву. Конструкция резонансной камеры 1 обеспечивает распространение акустических колебаний в сторону ее выхода, что повышает эффективность работы всего устройства.
По трубопроводу 8 вторичный воздух подают в охлаждающую камеру 2, в ней он проходит между стержневыми электродами 5 и охлаждает их. Далее этот вторичный воздух подают через проход 4 в резонансную камеру 1, где он попадает в зону распыла пылеугольного топлива, которая пересекается с горящей электрической дугой. При этом электрическая дуга взаимодействует с пылеугольной аэросмесью и воспламеняет ее, а электрическое поле интенсифицирует этот процесс горения. В результате горения части угля вся аэросмесь воспламеняется, происходят выделение горючих элементов из угля и частичная газификация коксового осадка. На выходе из резонансной камеры 1 получают топливную смесь с температурой свыше 700°С и содержанием горючих веществ в газовой фазе до 40%. Такая смесь устойчиво горит, что позволяет ее использовать для различных технологических процессов, например для зажигания пылеугольной аэросмеси при создании более мощного пылеугольного факел.
Выбор частоты работы источника питания 6 зависит от размеров резонансной камеры 1 и величины расхода воспламеняемого топлива. Так, высокая частота используется для создания устройств малого размера и малым расходом пылеугольного топлива, а низкая частота - для создания устройств большого размера и большим расходом пылеугольного топлива. Оптимальная частота источника питания 6 устанавливается экспериментально, применительно к конструктивным параметрам резонансной камеры, величины расхода топлива и динамических характеристик топливовоздушной смеси. С ростом размеров резонансной камеры используются более низкие частоты, ограниченные необходимостью обеспечения устойчивости горения дуги, на уровне единиц килогерц. Для обеспечения резонансных процессов в миниатюрных инициаторах используются более высокие частоты на уровне десятков килогерц.
Устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива работает в диапазоне токов от долей до единиц ампера, в результате чего эрозия стержневых электродов 5 практически отсутствует, что исключает необходимость их частой замены в процессе эксплуатации устройства. Количество стержневых электродов 5, установленных в проходе 4, зависит от размеров устройства для плазменного воспламенения пылеугольного топлива и его мощности. Эти электроды 5 устанавливают коаксиально относительно продольной оси резонансной камеры 1 и на одинаковом расстоянии друг от друга.
По мере износа стержневых электродов 5 в резонансной камере 1 их продвигают из охлаждающей камеры 2 в резонансную камеру 1. После выработки стержневых электродов 5 производят их замену. Эти операции производят при плановых технологических осмотрах и ремонтах котельного оборудования.
Применение предлагаемого изобретения позволяет воспламенять пылеугольное топливо с минимальными удельными затратами энергии. Это повышает надежность воспламенения пылеугольного топлива и устойчивость его последующего горения. Изобретение уменьшает электрическую мощность устройства и минимизирует его размеры.