Устройство и способ сжигания топливовоздушной смеси
DEVICE AND METHOD FOR BURNING FUEL-AIR MIXTURE

Область техники
[1] Заявленное изобретение может применяться в отрасли топливной промышленности и энергетики и относится к области электротехники, а именно к запальным устройствам, предназначенным для розжига топливовоздушных смесей, например, для розжига угольной пылевоздушной смеси при безмазутном розжиге котлов ТЭЦ.
Уровень техники
[2] Запальное устройство, или запальник, это приспособление, осуществляющее розжиг основной горелки, воспламеняющей топливовоздушную смесь, подаваемую в топочные устройства и тепловое оборудование. Данное устройство обычно представляет собой канал с помещенными внутри него электродами. При подаче на них напряжения в пробойном участке возникает электрический разряд, который при перемещении по электродам воспламеняет частицы топлива в горелке. Движение разряда может осуществляться подачей воздуха в канале или воздействием магнитного поля. Известны несколько устройств и способов, описывающих различную конструкцию запальников и методы сжигания топливовоздушной смеси.
[3] Известно решение (RU 2726023 C1; опубл. 08.07.2020; МПК: F23D 1/00, F23Q 13/00), раскрывающее способ факельного сжигания топливовоздушной смеси, включающее в себя в том числе создание электрического разряда в зоне воспламенения, подачу топлива и воздуха в зону воспламенения, осуществление плазменного электроионизационного воспламенения топливовоздушной смеси и осуществления ее факельного сжигания, при этом на электрический разряд воздействуют магнитным полем, силовые линии которого ориентированы перпендикулярно потоку топливовоздушной смеси.
[4] В указанном решении также раскрыто 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, причем 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, а 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.
[5] К недостаткам указанных способа и устройства относятся расположение электродов в потоке топливовоздушной смеси, приводящее к ускоренному абразивному износу этих элементов, а также затрудненный контроль зажигания электрической дуги между электродами.
[6] Известно другое решение (US 4241673 A; опубл. 30.12.1980; МПК: F23D 1/00), состоящее из в том числе формирования воспламеняемой смеси, включающего наличие источника пылеугольной пыли с достаточно малым размером частиц и подачу пылеугольной смеси, передачи воспламеняемой смеси в зону воспламенения, подачи энергии воспламенения в смесь с последующим ее зажиганием, проверкой успешности воспламенения и стабилизации пламени. Устройство зажигания и поддержания горения пылеугольной смеси в свою очередь содержит приспособление для формирования смеси, приспособление для подачи ее в зону воспламенения, приспособления для поддержания горения и сенсоры, реагирующие на возгорание частиц.
[7] В число недостатков приведенных устройства и способа входит затруднительная замена зажигающего электрода.
[8] Другим близким к заявляемому изобретению можно считать решение (RU №2410603 C1; опубл. 27.01.2011; МПК: F23Q 5/00, F23Q 13/00). В патенте описано устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива, содержащее корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, отличающееся тем, что корпус разделен поперечной перегородкой на резонансную и охлаждающую камеры, причем 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.
[9] Недостатки данного изобретения состоят в том, что нахождение электродов в потоке пылеугольной смеси снижает ресурс работы электродов, подвергающихся абразивному износу. Кроме того, регуляция пробойного расстояния затруднена ввиду конструкции электродов.
[10] Недостатком всех упомянутых приборов является сложная замена поджигающих электродов, а также отсутствие простой регуляции пробойного расстояния между ними.
Сущность изобретения
[11] Задачей настоящего изобретения является создание разборного и эффективного устройства сжигания топливовоздушной смеси и разработка способа, поддерживающего заявляемую эффективность устройства.
[12] Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в формировании стабильного газового диффузионного разряда и, как следствие, эффективном воспламенении топливовоздушной смеси, а также повышенной ремонтопригодности и износостойкости электродной системы.
[13] Стабильность достигается посредством наличия съемной части электродной системы, выходящей за пределы корпуса и не контактирующей с потоком топливовоздушной смеси, что исключает абразивный износ электродной системы и способствует тем самым стабильному зажиганию разряда. Кроме того, стабильность достигается за счет регулировки пробойного расстояния с помощью инициирующей регулируемой части электродной системы, возможности замены съемной части электродной системы и герметичности электродного блока, а также благодаря возможности установки смотрового окна, обеспечивающего визуальный контроль износа рабочих элементов, процесса воспламенения топливовоздушной смеси и выставления пробойного расстояния.
[14] Технический результат достигается за счет конструкции устройства сжигания топливовоздушной смеси, обеспечивающей надежность зажигания газового диффузионного разряда, повышенную ремонтопригодность и износостойкость электродной системы.
[15] Устройство сжигания топливовоздушной смеси содержит изолирующий корпус, к которому подведена линия подачи воздуха, проходящая через корпус. Электродная система, состоящая из инициирующей регулируемой и съемной частей, соединенных между собой, размещается в корпусе таким образом, что инициирующая регулируемая часть устанавливается внутри корпуса с помощью креплений, а съемная выносится за него. Подача напряжения в электродную систему осуществляется с помощью источника напряжения и соединенной с ним линии подачи, проходящей через корпус. В число особенностей конструкции входит выполнение инициирующей части электродной системы регулируемой, за счет чего улучшается контроль процесса зажигания разряда, а также наличие съемной части электродной системы, позволяющей облегчить замену изнашиваемых частей системы, например, электродов, и выходящей съемной части за корпус, что также упрощает замену и позволяет исключить абразивный износ частей электродной системы за счет отсутствия их контакта с топливовоздушной смесью.
[16] Изолирующий корпус выполняет прежде всего защитную функцию. Изоляция необходима для того, чтобы пробой осуществлялся в электродной системе, хотя существуют решения, в которых сам корпус зажигающих устройств выступает в качестве одного из пробойных электродов. Выполнение корпуса с изоляцией исключает возможную опасность получения травм, связанных с воздействием электрического тока, а также предотвращает дополнительное нагревание корпуса, связанное с протеканием по нему тока. Для повышения ремонтопригодности устройства корпус может быть выполнен разборным. Одним из предпочтительных вариантов материала корпуса является стеклотекстолит. Данный материал представляет собой слоистый листовой композит, состоящий из множества слоев стеклоткани, пропитанных полимерной термореактивной смолой и спрессованных под высоким давлением. Это вещество отличается хорошей термостойкостью, высоким удельным сопротивлением и прочностью. Также в корпусе может быть выполнено смотровое окно, с помощью которого можно улучшить контролирование процесса выставления пробойного расстояния в инициирующей части электродной системы и, следовательно, сам процесс зажигания разряда.
[17] Линия подачи воздуха выполняет две функции: перемещение электрического разряда внутри электродной системы за пределы корпуса и охлаждение рабочих элементов электродной системы. Линия подачи может сообщаться с корпусом через штуцер или иной подходящий разъемный элемент.
[18] Электродная система является основным рабочим элементом устройства. Напряжение достаточной величины, подающееся на нее по линиям подачи напряжения с помощью источника напряжения, вызывает пробой воздуха в системе и зажигание разряда. Пробойное напряжение зависит от нескольких параметров, в числе которых длина пробойного расстояния в системе, температура и окружающей среды, скорость потока воздуха и другие. Электродная система разделена на две соединенные составляющие части: инициирующую и съемную. Инициирующая часть обеспечивает неподвижную фиксацию электродной системы в корпусе с помощью креплений и зажигание разряда в системе, в то время, как по съемной части в результате движения потока воздуха, поданного по линии подачи воздуха, движется разряд. Съемная часть соединяется с инициирующей, например, с помощью резьбового соединения, и выходит за пределы корпуса. В случае износа этой части в ходе эксплуатации устройства она легко может быть отсоединена и заменена на новую. Инициирующая часть может быть снабжена регуляторами пробойного напряжения, с помощью которых улучшается контролирование процесса зажигания разряда и его движения по электродной системе, либо может быть обеспечена настройка пробойного расстояния с помощью регуляции креплений к корпусу или иным способом. Предпочтительным вариантом выполнения регуляции инициирующей части является наличие в ней регуляторов пробойного напряжения и, в частности, их изготовление в виде ввинчиваемых винтов, вкрученных в сквозные резьбовые отверстия в инициирующей части электродной системы. Это обеспечивает простоту регулировки пробойного расстояния и замены самих винтов, что улучшает ремонтопригодность устройства и способствует стабильности зажигания разряда.
[19] Линии подачи напряжения служат для передачи напряжения от источника в электродную систему. Они выполнены в виде высоковольтных проводов и могут соединяться с системой как через установленные в корпусе разъемы, так и напрямую или иным путем. Также в корпусе могут быть установлены шины, служащие для фиксации проводов внутри корпуса и исключающие их контакт с частями корпуса или между собой, обеспечивая тем самым стабильную работу устройства.
[20] Способ сжигания топливовоздушной смеси состоит из нескольких этапов, при которых на устройстве сжигания выставляют необходимое пробойное расстояние с помощью регулируемой инициирующей части, затем подключают устройство сжигания к магистрали, в которой происходит перенос топливовоздушной смеси. Подключение осуществляют таким образом, чтобы обеспечить отсутствие контакта выходящей за пределы корпуса съемной части электродной системы с потоком смеси, но при этом вытесненный потоком воздуха электрический разряд находится в досягаемости топливовоздушной смеси. Далее подают воздух по линии подачи воздуха, затем создают газовый диффузионный разряд внутри электродной системы посредством подачи в нее высоковольтного напряжения по линиям подачи напряжения, который затем вытесняется потоком воздуха, обеспечивающим взаимодействие разряда и воздушной смеси топлива с ее последующим зажиганием и сжиганием. Также могут проводить дополнительную регулировку пробойного расстояния в зависимости от различных параметров системы, например, температуры подающегося потока воздуха и его скорости, что дополнительно способствует стабильности зажигания разряда. В качестве топливовоздушного топлива может выступать пылевоздушная смесь с различным содержанием компонентов, используемая, например, для розжига топочных пространств.
Описание чертежей
[21] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:
[22] На Фиг. 1 показан продольный разрез устройства
[23] На Фиг. 2 показан поперечный разрез устройства
[24] На Фиг. 3 показан общий вид устройства сжигания топливовоздушной смеси
[25] На Фиг. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая способ сжигания топливовоздушной смеси.
Подробное описание изобретения
[26] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
[27] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[28] На Фиг. 1 изображен продольный разрез одного из вариантов сборки устройства сжигания топливовоздушной смеси. В качестве топливовоздушного топлива может выступать, например, пылеугольная смесь с различным соотношением составных веществ. Устройство содержит изолирующий корпус 101, к которому подведена линия подачи воздуха, соединенная с корпусом через разъемный элемент, выполненный в виде штуцера 102, и в который с помощью креплений 103 помещена инициирующая часть 105 электродной системы, выполненная регулируемой. Инициирующая часть 105 соединяется со съемной частью 104, выходящей за пределы корпуса 101, например, с помощью муфты или иначе. В предпочтительном варианте осуществления в инициирующей части 105 выполнено резьбовое соединение, с помощью которого съемная часть 104 электродной системы вкручивается в инициирующую, что обеспечивает легкость замены съемной части и улучшенную ремонтопригодность. В данном исполнении в инициирующей части 105 также выполнены отверстия для установки регуляторов пробойного расстояния, изготовленные в виде вкручиваемых винтов 106. В корпусе 101 также сделаны пазы для установки смотрового окна 107. В данном исполнении изолирующий корпус 101 целиком изготовлен из стеклотекстолита и является разборным. Это изолирующее вещество отличается хорошей термостойкостью, высоким удельным сопротивлением и прочностью, что дополнительно обеспечивает стабильность работы устройства. Сборка корпуса 101 осуществляется с помощью стандартных изделий, а именно болтов, шайб, винтов и гаек. Такая реализация обеспечивает легкость сборки и разборки корпуса 101, а также прочность соединения его конструкционных элементов, что в совокупности способствует повышению ремонтопригодности. Наличие в корпусе смотрового окна 107 обеспечивает более легкий контроль процесса выставления пробойного расстояния на винтах 106, а также, как следствие, самого процесса зажигания разряда. Смотровое окно 107 изготовлено из жаростойкого материала, выдерживающего высокие температуры при розжиге, например, пылеугольной смеси. Линия подачи воздуха со штуцером 102 обеспечивает не только движение зажженного в электродной части разряда, но и охлаждение устройства за счет теплопереноса потоком воздуха. Съемная часть 104 электродной системы вынесена за пределы корпуса и располагается таким образом, чтобы обеспечивалось отсутствие контакта съемной части 104 с потоком, при этом вытесненный потоком воздуха разряд находится в досягаемости смеси. Это исключает абразивный износ рабочих участков элементов, способствую тем самым стабильному зажиганию разряда. Кроме того, съемная часть 104 может быть легко заменена при сильном износе, происходящем в ходе эксплуатации устройства. В общем случае настройка пробойного расстояния может осуществляться с помощью в том числе изменения длины крепежа или глубины его фиксации в элементах корпуса за счет вкручивания или иначе, а также наклона пробойных участков электродной системы друг к другу с помощью, например, их шарового соединения с корпусом. В предпочтительном исполнении регулировка пробойного расстояния осуществляется с помощью регуляторов, выполненных в виде подвижных винтов 106, посредством их вкручивания в отверстия в инициирующей части 105 электродной системы. Выполнение регуляторов в виде подвижных винтов 106 обеспечивает их легкую замену, обусловленную тем фактом, что разряд в данном случае прежде всего инициируется на самих винтах в виду пробоя воздушного пространства, расположенного между ними и являющегося участком электродной системы с наименьшим пробойным расстоянием, а также простоту самого процесса установки пробойного расстояния, что обеспечивает стабильность зажигания электрического разряда.
[29] На Фиг. 2 показан поперечный разрез одного из выполнения заявляемого устройства. Помимо упомянутых выше элементов, на разрезе видно соединение с корпусом линий подачи тока в электродную систему, выполненное в виде высоковольтных разъемов 108, а также проводов 109, поддерживающих контакт источника с системой. Линии подачи тока также могут быть снабжены шинами, поддерживающими провода 109. Шины исключают случайный контакт проводов с корпусом, что обеспечивает стабильную работу устройства.
[30] На Фиг. 3 представлена схема общего вида одного из вариантов выполнения устройства сжигания топливовоздушной смеси.
[31] На Фиг. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов способа сжигания топливовоздушной смеси. Он включает в себя предварительную установку пробойного расстояния на устройстве сжигания топливовоздушной смеси с помощью регулируемой инициирующей части, затем дальнейшее подключение самого устройства к магистрали, в которой происходит перенос топливовоздушной смеси. Подключение осуществляют таким образом, чтобы обеспечить отсутствие контакта выходящей за пределы корпуса съемной части электродной системы с потоком смеси, но при этом вытесненный потоком воздуха электрический разряд находится в досягаемости топливовоздушной смеси. Следующим этапом является подача воздуха по линиям подачи, затем создание электрического разряда в электродной системе за счет подачи напряжения в нее по линиям подачи напряжения, что приводит к перемещению потоком воздуха зажженного разряда по выходящей части системы к смеси и взаимодействию разряда с частицами топлива с их зажиганием, что в конечном счете приводит к сжиганию топливовоздушной смеси. Также могут проводить дополнительную регулировку пробойного расстояния в зависимости от различных параметров системы, например, температуры подающегося потока воздуха и его скорости, что дополнительно способствует стабильности зажигания разряда. В качестве топливовоздушного топлива может выступать пылевоздушная смесь с различным содержанием компонентов, используемая, например, для розжига топочных пространств.
[32] Устройство работает следующим образом. С помощью винтов 106 устанавливается требуемое пробойное расстояние в инициирующей части 105 электродной системы. Затем устройство сжигания подключается к магистрали, переносящей, например, пылевоздушную смесь. Подключение осуществляют таким образом, чтобы обеспечивалось отсутствие контакта съемной части 104 с потоком смеси, но при этом вытесненный потоком воздуха электрический разряд находится в досягаемости пылевоздушной смеси. Далее к корпусу 101, в котором расположены провода 109 и надежно зафиксирована с помощью креплений 103 инициирующая часть 105 электродной системы, присоединяют линию подачи воздуха через штуцер 102 и подводят линии подачи тока от источника тока к высоковольтным разъемам 108. С помощью смотрового окна 107 проверяют выставленное пробойное расстояние и подают воздух по линии подачи воздуха. Затем подают напряжение в систему по линиям подачи напряжения с последующим зажиганием разряда между винтами 106, который вытесняется потоком воздуха на съемную часть 104 системы. Это ведет к взаимодействию разряда с частицами угольного пылевоздушного топлива с их зажиганием, что в конечном счете приводит к сжиганию топливовоздушной смеси. При необходимости могут проводить дополнительную регулировку пробойного расстояния в зависимости от различных параметров системы, например, температуры подающегося потока воздуха и его скорости, что дополнительно способствует стабильности зажигания разряда.
[33] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на технический результат, заключающийся в обеспечении формирования стабильного газового диффузионного разряда и, как следствие, эффективном воспламенении топливовоздушной смеси за счет повышенной ремонтопригодности и износостойкости электродной системы.
[34] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.