Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РОЗЖИГА ТОПКИ КОТЛА

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при автоматическом розжиге топки котлов тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.

В частности, предлагаемое техническое решение может быть включено в общую систему автоматического управления работой котлов, а также использоваться при разработке запально-защитных устройств для розжига топки котла.

Известен способ розжига основной (растопочной) горелки котла, в котором используют устройство, содержащее высоковольтный электронный блок, искрообразователь и кнопку запуска искрообразователя (см. Газовое оборудование, приборы и арматура: Спр. пособие / под ред. Н.И. Рябцева. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985 г., с. 494-496).

Недостатком известного способа, на наш взгляд, является то, что при высоком напряжении наблюдается обгорание электродов, увеличение канала разряда, что может нарушать регулярное искрообразование и приводить к сбоям розжига основной горелки, при этом высоковольтный искрообразователь требует регулировки и настройки разрядного канала.

Наиболее близким техническим решением является способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающий нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, при этом фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, производят на поверхность поршня двигателя (патент RU №2436991, МПК F02P 23/04, 20.12.2011).

Известный способ воспламенения топливной смеси может быть использован только для лазерного зажигания топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания, что ограничивает функциональные возможности способа.

Это обусловлено тем, что в известном способе используют устройство, имеющее невысокую силу света из-за оптической системы, состоящей из световода и одиночной фокусирующей линзы, обладающей большими аберрациями, что не позволяет сконцентрировать энергию излучения лазера в малом объеме (фокальной точке) для достижения необходимой температуры воспламенения горючей смеси топки котла.

Задачей изобретения является разработка способа розжига топки котла на основе применения лазерного излучения, который может быть использован для лазерного зажигания горючей смеси топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.

Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей способа за счет увеличения силы света используемой оптической системы, достигается тем, что в способе розжига топки котла импульсным лазерным разрядом, включающем нагрев и воспламенение газообразного топлива путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, при этом производят фокусирование лазерного луча, инициирующего разряд, согласно настоящему изобретению фокусирование лазерного луча производят в плоскости розжига топки котла, при этом используют устройство розжига топки котла, оптическая система которого снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла, при этом фокальную точку формируют в зоне розжига топки котла посредством лазерного источника, излучающего в инфракрасной области спектра, на расстоянии, определяемом по формуле F=L/2, где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображена принципиальная схема оптической системы устройства розжига топки котла, посредством которого осуществляют предлагаемый способ (на фиг. 1 - с двояковыпуклой линзой, а на фиг. 2 - с двояковогнутой линзой).

На чертежах цифрами обозначены:

1 - лазерный источник излучения (лазер),

2 - световод,

3 - фокусирующий оптический элемент,

4 - первое сферическое зеркало,

5 - второе сферическое зеркало,

6 - зона розжига топки котла.

Способ розжига топки котла импульсным лазерным разрядом включает нагрев и воспламенение газообразного топлива путем подачи энергетического импульса от лазерного источника 1, при этом производят фокусирование лазерного луча, инициирующего разряд.

Предлагаемый способ розжига топки котла отличается тем, что фокусирование лазерного луча производят в плоскости розжига топки котла, при этом используют устройство розжига топки котла, оптическая система которого снабжена первым 4 и вторым 5 сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, первое сферическое зеркало 4 установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента 3, а второе сферическое зеркало 5 является фокусирующим зеркалом, мощность лазерного источника 1 излучения в фокальной точке зоны 6 розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла, при этом фокальную точку формируют в зоне 6 розжига топки котла посредством лазерного источника 1, излучающего в инфракрасной области спектра, на расстоянии, определяемом по формуле F=L/2, где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала 5 до плоскости розжига топки котла.

Оптическая система на основе сферических зеркал по светосиле превосходит светосилу одиночной фокусирующей линзы, что расширяет функциональные возможности способа по сравнению с прототипом.

Устройство розжига топки котла, посредством которого осуществляют предлагаемый способ, состоит из лазерного источника излучения (лазера) 1, выполненный в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, и оптической системы, содержащей световод 2 и фокусирующий оптический элемент 3.

Оптическая система устройства розжига топки котла снабжена первым 4 и вторым 5 сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси.

Первое сферическое зеркало 4 установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента 3.

Второе сферическое зеркало 5 является фокусирующим зеркалом и формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла.

Поскольку лазер 1 излучает пучок в инфракрасной области спектра, то оптические элементы устройства изготавливают из материала, прозрачного в этой области спектра.

В качестве таких материалов служат германий, фтористый литий и другие типы материалов.

При этом фокусирующий оптический элемент 3 может быть выполнен в виде или двояковыпуклой линзы, или двояковогнутой линзы.

Следует также отметить, что в предлагаемом устройстве для розжига топки котла может быть реализована обратная связь в электронном канале наблюдения и слежения за наличием факела, и, в случае погашения факела, на блок питания лазера 1 должен поступить импульс запуска лазера.

Способ розжига топки котла осуществляют следующим образом.

Узкий пучок излучения от лазера 1 непрерывного действия, излучающего в инфракрасной области спектра (например, лазер на СО₂ тип ИЛГН-701 с длиной волны излучения, равной λ=10,6 мкм), поступает в фокусирующий оптический элемент 3, представляющий, например, двояковыпуклую линзу (расширитель пучка). Далее пучок с определенной апертурой поступает в систему сферических зеркал 4 и 5.

Второе сферическое зеркало 5 формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла, т.е. пучок излучения с помощью второго сферического зеркала 5 фокусируют в плоскость розжига топки котла.

Фокусное расстояние зеркала 5 определяют по формуле

F=L/2,

где L - расстояние от зеркала 5 до плоскости основной (растопочной) горелки топки котла.

При этом мощность излучения лазерного источника 1 выбирается такой, чтобы в фокальной точке зоны 6 розжига обеспечить температуру, равную температуре воспламенения (возгорания) газообразного топлива котла.

Таким образом, авторами впервые решена задача по разработке бесконтактного способа воспламенения топливной смеси на основе применения лазерного излучения в инфракрасной области спектра, который может быть использован для розжига топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.