Устройство электрического воспламенения и факельного сжигания топливовоздушной смеси
APPARATUS FOR ELECTRIC IGNITION AND FLARE COMBUSTION OF A FUEL-AIR MIXTURE

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. для воспламенения и факельного сжигания топливовоздушной смеси.
Известен способ сжигания низкосортных углей и плазменная горелка для его осуществления (патент RU № 2059926, С 1, МКИ F23D1/00, F23Q13/00, 1992), заключающийся в генерировании электрической плазменной дуги в плазмотроне-запальнике со стержневыми электродами, нагреве аэросмеси в дуговой плазме, розжиге и стабилизации горения аэросмеси. Генерирование электрической плазменной дуги осуществляют в канале подачи аэросмеси, выполненном в горелке.  Для чего в указанном канале первоначально генерируют электрическую плазменную дугу и её плазменными потоками возбуждают основную дугу, при этом плазмотрон-запальник перемещают вдоль стержневых элементов по мере их эрозионного разрушения.
Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость плазмотрона запальника, а также малый объемный контакт дугового разряда плазмотрона и пылеугольной смеси. Также к недостаткам данного способа можно отнести высокие температуры (до 6000°C) при которых работает оборудование плазмотрона, что влияет на надежность и долговечность частей плазмотрона.
Известная плазменная пылеугольная горелка, содержит канал подачи аэросмеси, канал подачи вторичного воздуха с установленным в нем завихрителем, плазмотрон-запальник со стержневыми электродами (патент RU № 2059926 С1, МКИ F23D1/00, F23Q13/00, 1992). Плазмотрон-запальник с электродами установлен в канале подачи аэросмеси. Графитовые электроды 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.
Недостатком плазменной пылеугольной горелки представленной в этом изобретении является низкая надежность воспламенения пылеугольного топлива разного химического состава и низкой реакционностью, а также большая удельная электрическая мощность устройства и большие его размеры.
Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива, содержащее корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, (патент RU № 2410603 С1, МКИ F23 Q 5/00, F23Q13/00, 2009). Корпус разделен поперечной перегородкой на резонансную и охлаждающую камеры. В центре перегородки выполнен проход вторичного воздуха и в нем установлены с возможностью продольного перемещения стержневые электроды, причем их рабочая часть направлена внутрь резонансной камеры, а электрическую дугу создают переменным током высокой частоты в резонансной камере с образованием акустического поля.
Недостатком этого устройства является ограниченная тепловая и электрическая мощность инициируемого факела и как следствие, невозможность организации сжигания низкореакционного топлива, так как конструкция известного устройства не позволяет осуществить как дополнительного подвода энергии, так и локализации имеющейся мощности.
Известно устройство, принятое в качестве прототипа, содержащее корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, (патент RU № 2731081 С1, МКИ F23 Q 5/00, F23D1/00, 2020). Высоковольтный запальник пылеугольного топлива содержит канал пылеугольного топлива, внутри которого установлены стержневые электроды и конический обтекатель, обращенный малым основанием встречно потоку пылеугольного топлива. Конический обтекатель размещен перед стержневыми электродами, к его малому основанию присоединен дополнительный трубопровод пылеугольного топлива.
Недостатком данного устройства неустойчивость воспламенения и горения пылеугольного топлива. Данный недостаток объясняется тем, что в устройстве обеспечивается недостаточное перемешивание воздуха и топлива, что ведет к химическому недожогу и повышенному уносу топлива в пространство топки.
Задачей решаемой предлагаемым изобретением является создание устройства, которое позволяет с повышенной устойчивостью воспламенять топливовоздушную смесь и обеспечивать надежное горение с минимальным уносом невоспламенившегося топлива в топку.
Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата становится возможным благодаря тому, что производится электрическое воспламенение турбулентной топливовоздушной смеси. Турбулизация  потока производится за счет завихрителей, установленных на выходе из тракта подачи топлива и в тракте подачи вторичного воздуха. Причем завихритель установленный в тракте подачи вторичного воздуха оборудован поворотными лопатками, которые имеют возможность изменения направления крутки воздушного потока. Максимальная турбулизация потока топливовоздушной смеси производится благодаря противоположно направленному вращению потоков топлива и воздуха. За счет этого эффекта количество невоспламенившегося топлива вследствие недостаточного подвода кислорода воздуха к частицам топлива снижается. Следствием турбулизации потока топливовоздушной смеси является его торможение. За счет торможения потока время нахождения частиц топлива в области электрического воздействия увеличивается, что положительно влияет на надежность воспламенения. При достижении устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси возможно изменение направления вращения лопаток завихрителя, установленного в тракте подачи вторичного воздуха до положения, в котором крутка воздушного и топливного потока будет сонаправленной. Данный процесс позволяет увеличивать скорость истечения факела и как следствие, его положение в зоне воспламенения и горения топливовоздушной смеси, что влияет на температуру стенок зоны воспламенения и горения топливовоздушной смеси.
Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.
На чертеже представлено продольное сечение устройства электрического воспламенения топливовоздушной смеси.
Предлагаемое устройство электрического воспламенения топливовоздушной смеси содержит тракт подачи вторичного воздуха (1), оборудованный лопаточным завихрителем (2) с устройством изменения положения лопаток (3), тракт подачи топлива (4) оборудованный завихрителем (5), стержневые электроды (6), подключенные к источнику питания (7), зону воспламенения и горения топливовоздушной смеси (8).
Предлагаемое устройство электрического воспламенения топливовоздушной смеси реализуется следующим образом.
На стержневые электроды (6) расположенные в зоне воспламенения и горения топлива (8) от источника питания (7) подается электрический ток и электродами (6) формируется электрический разряд (9). По трактам (1,4) в зону горения и воспламенения топлива (8) подается топливо и воздух. При этом при помощи завихрителей (2,5) данные потоки закручиваются противоположно направленно, и поток топливовоздушной смеси становится турбулизированным. При прохождении через пространство между электродами (6) поток топливовоздушной смеси воспламеняется за счет воздействия электрического разряда (9), после чего образуется топливный факел (10). Следствием турбулизации потока топливовоздушной смеси является его торможение. За счет торможения потока время нахождения частиц топлива в области электрического воздействия (9) увеличивается, что положительно влияет на надежность воспламенения. При достижении устойчивого воспламенения топливовоздушной смеси возможно изменение направления вращения лопаток завихрителя (2), установленного в тракт подачи вторичного воздуха (1), при помощи устройства изменения положения лопаток (3) до положения в котором крутка воздушного и топливного потока будет сонаправленной. Данный процесс позволяет увеличивать скорость истечения факела (10) и как следствие, его положение в зоне воспламенения и горения топливовоздушной смеси (8) и длину его выхода в топку (11), что также влияет на температуру стенок зоны воспламенения и горения топливовоздушной смеси (8).
Предлагаемое изобретение позволяет с повышенной устойчивостью воспламенять топливовоздушную смесь и обеспечивать надежное горение с минимальным уносом невоспламенившегося топлива в топку.