Способ воспламенения топливовоздушной смеси

 

Использование: в энергетике, транспорте, металлургии, в частности, для воспламенения смеси воздуха с диспертированным твердым или жидким горючим. Сущность изобретения: высокотемпературный газ получают в камере сгорания обедненного кислородом порохового заряда при температуре 2500 4000 К, а пороховой заряд воспламеняют маломощным, не более 50 Вт, электрическим воспламенителем. 1 табл. 1 ил.

Изобретение относится к технике воспламенения смеси воздуха с диспергированным твердым (уголь, сланцы и т.п.) или жидким (нефть, мазут и т.п.) горючим и предназначено для топочных устройств энергетики, транспорта, металлургии и т.п.

Известен способ розжига котлоагрегата, заключающийся в подаче в него нагретого до 650^оС газа, образующегося при сжигании в предтопке вспомогательного топлива, например природного газа или мазута [1] Малая температура подаваемого газа требует длительного времени на прогрев топки и воспламенения основного горючего, что влечет неоправданные расходы вспомогательного топлива.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ плазменного воспламенения, например, бурых углей [3] Способ предусматривает подачу в топку холодной топливовоздушной смеси и высокотемпературного газа с энтальпией 10.15 МДж/кг, нагретого в плазмотроне до температуры 2000.3000^оС. Это позволяет существенно сократить время розжига (< 1 мин) и существенно сократить или полностью отказаться от использования вспомогательного топлива, что актуально в силу экономических причин.

Недостаток такого способа заключается в больших затратах электроэнергии при токе ≈ 200 А, а также в сложности эксплуатации из-за наличия силовых систем электропитания, охлаждения и защиты от воздействия частиц топлива плазмотрона. Кроме того, малые расходы нагретого газа (до 10 г/с) в плазмотроне не позволяют обеспечить зажигание в большом объеме сразу, что дополнительно увеличивает время на воспламенение всей смеси и, следовательно, ведет к неоправданному большому расходу электроэнергии.

Целью изобретения является уменьшение внешних энергозатрат при простоте осуществления способа воспламенения топливовоздушной холодной смеси.

Цель достигается тем, что высокотемпературный газ получают в камере сгорания обедненного кислородом порохового заряда при температуре 2500.4000 К, а пороховый заряд воспламеняют маломощным, не более 50 Вт, электрическим воспламенителем омического нагрева. Полученные газообразные продукты сгорания при названных температурах содержат не менее 50% горючих газов СО, Н₂, которые самовоспламеняются в воздушной среде топки. При этом энтальпия струи с объемным тепловыделением за счет горения достигает значений 10.14 МДж/кг, что соответствует энтальпии негорючего газа в плазмотроне. Способ не требует каких-либо систем силового электропитания и защиты от воздействия частиц топлива. Кратковременное, но достаточное для воспламенения топливовоздушной смеси ≈ 1 мин функционирование может быть обеспечено без системы наружного охлаждения, а камера сгорания выполняется из обычных конструкционных материалов, защищенных от потоков тепла самим зарядом.

Пример устройства, реализующего способ воспламенения, представлен на чертеже.

Устройство содержит корпус топки 1 с установленной на нем пылегазовой или нефтевоздушной форсункой 2, с подводом воздуха 3 и диспергированного в воздухе топлива 4, съемную камеру 5 сгорания порохового заряда 6 канального типа с крышкой 7 и запальником 8 омического типа. Для надежного воспламенения путем лучшего перемешивания горючих газов (СО и Н₂) с воздухом на выходе из сопла камеры сгорания установлено плохообтекаемое тело 9, выполненное в виде диска из жаропрочной стали. Сопло камеры 5 сгорания выполнено съемным из графита.

Работает устройство следующим образом.

Сначала через крышку 7 в камеру 5 сгорания помещают пороховой заряд, например, из обедненной кислородом смеси нитроглицерина и нитроцеллюлозы с установленным в него электрическим запальником 8. Затем подают через форсунку 2 по подводу диспергированное топливо 4, транспортируемое воздухом. После этого подают напряжение ≈ 10 В на электрозапал 8. Пороховой заряд воспламеняется, а горючие газы через сопло камеры 5 сгорания за счет перепада давления подаются во внутреннее пространство топки 1, где смешиваются с топливовоздушной смесью. Давление в камере сгорания поддерживают большим 4 МПа для устойчивого горения порохового заряда 6, но не более 10 МПа, что определяется прочностными характеристиками и безопасностью в работе. Время между подачей топливовоздушной смеси через форсунку 2 и подачей напряжения на электрозапал 8 обеспечивают в диапазоне 1.4 с, нижний предел определяется равномерностью заполнения пространства смесью перед выходной струей из камеры 5 сгорания, а верхний предел полнотой сгорания поступившей топливовоздушной смеси в горючей нагретой струе. Дополнительно воздух для обеспечения полноты сгорания топливовоздушной смеси и струи горючих газов через подвод 3 форсунки 2 подается одновременно с подачей напряжения на электрозапал 8.

Полученный высокотемпературный горючий газ, смешиваясь с воздухом топки 1, воспламеняется почти мгновенно (< 0,02с), а реакция горения со скоростью 1.2 м/с распространяется по всему объему смешения, который при расходе газов из камеры 5 сгорания ≈ 0,1 кг/с составляет ≈ 0,1 м^3. За счет реакции горения этих газов выделяется непосредственно в топочном пространстве почти в три раза больше тепловой энергии, чем в камере сгорения. Это тепло выделяется не в межэлектродном промежутку как в плазмотроне, где большая часть 20.50% отводится в систему охлаждения, а в самой смеси горючих газов, диспергированного топлива и воздуха. Это обстоятельство позволяет свести почти до нуля паразитные потери энергии на воспламенение. Высокий тепловой КПД > 70% предложенного способа воспламенения определяется количеством отведенного тепла от камеры сгорания теплопроводностью материалов, но в камере сгорания при этом выделяется менее 30% всего количества энергии, идущей на воспламенение. Предложенный способ воспламенения обеспечивает необходимое время воспламенения угольной пыли 2.3 с по данным КазНИИЭ при подведенной тепловой энергии ≈ 10 МДж/кг. Расход горючих газов и время работы могут быть изменены диаметром выходного сопла камеры 5 сгорания. Воспламенение горючих газов стабилизировано диском 9, на котором интенсифицируется перемешивание струи из сопла камеры сгорания со средой топочного пространства. Характеристики рабочего процесса по предложенному способу в сравнении с плазменным способом проведены в таблице, данные по плазменному воспламенению взяты из опытов КазНИИЭ [2] а по предложенному способу из опытов.

Проведенные испытания подтверждают работоспособность предложенного способа воспламенения топливовоздушной смеси, простоту эксплуатации и существенное сокращение энергозатрат по сравнению с известным способом.

Формула изобретения

СПОСОБ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ, заключающийся в том, что в топливовоздушную смесь подают высокотемпературный газ, отличающийся тем, что высокотемпературный газ получают в камере сгорания обедненного кислородом порохового заряда при 2500 4000 К, а пороховой заряд воспламеняют маломощным, не более 50 Вт, электрическим воспламенителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2