Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива содержит камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом плазмотрон размещен в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива, а паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона с направлением ее сопла в сторону направления плазменного факела плазмотрона для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона, причем указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, кроме того, устройство снабжено элементом вывода запального факела, сообщенным с камерой предварительной подготовки топлива, полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива с расположением ее сопла на расстоянии от сопла плазмотрона в направлении вдоль оси плазмотрона. Изобретение позволяет повысить тепловую мощность запального факела и увеличить его геометрические параметры. 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для розжига и стабилизации горения топлива в котельных установках, топочных устройствах и других теплогенерирующих устройствах.

Наиболее традиционным способом воспламенения топлива является способ, при котором плазмотрон размещают в непосредственной близости от мазутной форсунки горелки так, что сопло плазмотрона касается поверхности конуса распыла мазутного факела (М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, В.С. Перегудов и др. "Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела". /Под ред. В.Е. Мессерле, В.С. Перегудова, Новосибирск, Наука, Сиб. изд. фирма РАН, 1995, стр. 98).

Недостатком данного способа воспламенения является попадание топлива из-за неравномерности его распыла на плазмотрон, что ведет к закоксовыванию и уменьшению срока эксплуатации электродов плазмотрона. Кроме того, при необходимости снижения расхода топлива через форсунку изменяется угол раскрытия факела, что ведет к увеличению расстояния между соплом плазмотрона и поверхностью конуса распыла факела. С другой стороны, в процессе эксплуатации в результате естественного износа изменяются параметры работы форсунки, что также ведет к изменению угла раскрытия факела и его нестабильности.

Известно плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, содержащее камеру подготовки топлива, в торцевой части которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона, причем указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры подготовки топлива (RU, полезная модель 19312, F 23 D 1/00, опубл. 20.08.2001).

Недостатком данного устройства является нестабильная его работа при увеличении тепловой мощности создаваемого факела, что приводит к сбоям в работе плазмотрона.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению тепловой мощности запального факела и увеличению его геометрических параметров.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационных качеств и надежности за счет обеспечения устойчивого розжига и стабилизации горения топлива в течение срока службы плазмотрона.

Указанный технический результат достигается тем, что в плазмохимическом устройстве подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, содержащем камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещены плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом плазмотрон размещен в торцевой части камеры, а паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона с направлением ее сопла в сторону направления плазменного факела плазмотрона для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона, причем указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, оно снабжено элементом вывода запального факела в виде сопла или трубы, полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива с расположением ее сопла на расстоянии от сопла плазмотрона в направлении вдоль оси плазмотрона.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема плазмохимического устройства для подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива; на фиг. 2 - конструкция розжиговой паротопливной форсунки.

Согласно изобретению плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива содержит камеру предварительной подготовки топлива, сообщенную с элементом вывода запального факела, выполненного в виде трубы или сопла, при этом в указанной камере размещены плазмотрон и паротопливная форсунка. Плазмотрон размещен в торцевой части камеры, а паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона с направлением ее сопла в сторону направления плазменного факела плазмотрона (в сторону выходного отверстия трубы или сопла) для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона. При этом паротопливная форсунка смонтирована в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива с расположением ее сопла на расстоянии от сопла плазмотрона в направлении вдоль оси плазматрона.

Указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки.

Ниже приводится пример конкретного исполнения изобретения.

В устройстве (фиг. 1) используется камера предварительной подготовки топлива 1, которая может присоединяться к элементу вывода запального факела в виде стандартной трубы 2 под запальное устройство, установленной в горелке. В торцевой части камеры предварительной подготовки топлива 1 располагается плазмотрон 3, а в боковой стенке этой камеры устанавливается паротопливная форсунка 4 под углом к оси плазмотрона так, что сопло форсунки направлено в сторону выходного отверстия трубы. Камера предварительной подготовки топлива 1 снабжена охлаждающей рубашкой 5 с перфорацией в ее торцевой стенке 8 рубашки. В качестве охладителя в рубашке 5 используется воздух, выполняющий также роль эжектора и окислителя. В данном устройстве может применяться дальнобойная паротопливная форсунка (фиг.2), в которой пар (как вариант, воздух) подается по прямому каналу 6, а топливо по каналу 7, расположенному под углом к нему, форсунка снабжена соплом.

В камере предварительной подготовки топливо направляется в высокотемпературную зону плазменного факела, где за счет высоких скоростей и относительно крупных капель в факеле распыла топлива разлагается только часть подаваемого топлива, а часть его попадает в стандартную трубу 2 под запальное устройство и смешивается с продуктами термического разложения горючего и окислителя. Воздух и топливо подаются в устройство с таким расчетом, чтобы разложение и горение топлива происходило при недостатке окислителя. На выходе из стандартной трубы 2 под запальное устройство продукты термического разложения и неполного сгорания топлива, имеющие высокое содержание активных радикалов, соединяются с окислителем, содержащимся в дутьевом воздухе, и образуют устойчивый высокотемпературный запальный факел, обеспечивающий надежное воспламенение газомазутной форсунки. Данное устройство может использоваться для плазмохимической подготовки пылеугольной смеси.

Настоящее изобретение промышленно применимо. Проведенные испытания устройства показали, что применение в данной схеме плазмотрона электрической мощностью 15-25 кВт при расходе топлива 11-14 г/с и воздуха 26-31 г/с обеспечивает формирование устойчивого направленного запального факела, имеющего длину до 2500 мм.

Формула изобретения

Плазмохимическое устройство подготовки топлива для розжига и стабилизации горения топлива, содержащее камеру предварительной подготовки топлива, в которой размещен плазмотрон и паротопливная форсунка, при этом плазмотрон размещен в торцевой части камеры предварительной подготовки топлива, а паротопливная форсунка смонтирована под углом к оси плазмотрона с направлением ее сопла в сторону направления плазменного факела плазмотрона для обеспечения пересечения факела распыла указанной форсунки с плазменным факелом плазмотрона, причем указанная камера выполнена с охлаждающей рубашкой, полость которой сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива, отличающееся тем, что оно снабжено элементом вывода запального факела, сообщенным с камерой предварительной подготовки топлива, полость охлаждающей рубашки сообщена с полостью камеры предварительной подготовки топлива через перфорацию в торцевой стенке рубашки, паротопливная форсунка смонтирована в боковой стенке камеры предварительной подготовки топлива с расположением ее сопла на расстоянии от сопла плазмотрона в направлении вдоль оси плазмотрона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2