ЗАПАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к области управления процессами горения и может быть использовано для розжига и стабилизации пламени горелок теплоэнергетических установок, сжигающих различные виды топлива.

Известно запальное устройство для растопочной горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон (Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. М.Ф.Жуков, Е.И.Карпенко, B.C.Перегудов и др. Под ред. В.Е.Мессерле, B.C.Перегудова. - Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН. 1995. С.98).

Недостатком конструкций с плазменньм поджигом основной горелки является большая требуемая мощность плазмотрона, что усложняет систему питания плазмотрона и увеличивает стоимость установки.

Наиболее близким к предложенным является запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки, содержащее плазмотрон и средство подачи топлива к факелу плазмотрона через кольцевое пространство, охватывающее плазмотрон (WO 90/08289, F 23 D 1/00, F 23 Q 13/00, опубл. 26.07.1990). В данном устройстве в качестве дополнительного топлива используется пылеугольная смесь, которая является также рабочим топливом котлоагрегата.

Известная конструкция не приспособлена для работы с жидким топливом, которое требует специального приспособления для распыла, и при прохождении по кольцевому пространству вокруг плазмотрона капли топлива будут укрупняться, и их воспламенение и образование факела будет менее эффективно.

Технический результат группы изобретений заключается в повышении эффективности работы запального устройства на жидком топливе, а также расширение ассортимента запальных устройств.

Этот результат достигается тем, что в запальном устройстве для горелки теплоэнергетической установки по первому варианту, содержащем плазмотрон, снабженный вспомогательным розжиговьм устройством, установленным на выходе плазмотрона с возможностью пересечения его факела с плазменным факелом плазмотрона, согласно изобретению вспомогательное устройство выполнено в виде топливной форсунки, установленной с возможностью отбора топлива от факела распыла топлива основной горелки.

Топливная форсунка может представлять собой пневмогидравлическую форсунку.

Кроме того, устройство может быть снабжено камерой термической подготовки топлива, в одном конце которой размещены плазмотрон и топливная форсунка, а противоположный открытый конец ее предназначен для размещения в зоне факела распыла топлива основной горелки.

Указанный результат достигается также тем, что запальное устройство для горелки теплоэнергетической установки по второму варианту, содержащее плазмотрон, снабжено кожухом с отверстиями, выполнеными в виде полуцилиндра, установленным на выходе плазмотрона и предназначенным для размещения, по крайней мере, своей частью в факеле распыла соосно с ним и предназначенным для размещения, по крайней мере, своей частью в факеле распыла основной горелки.

На фиг.1 изображено расположение запального устройства по первому варианту в установочной трубе; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1; на фиг.3 - пневомидравлическая форсунка; на фиг.4 - схема отбора топлива от факела распыла основной горелки; на фиг.5 - схема расположения запального устройства с камерой термической подготовки топлива; на фиг.6 - камера термической подготовки топлива; на фиг.7 - запальное устройство по второму варианту.

Запальное устройство (ЗУ) для растопочной горелки теплоэнергетической установки по первому варианту изобретения содержит плазмотрон 1, розжиговую топливную форсунку 2 (фиг.1), которая может быть выполнена пневмогидравлической с возможностью регулирования геометрических параметров факела путем изменения входных давлений топлива и газа и установки выходного сопла 3 различной формы (фиг.3). Кроме того, ЗУ снабжено камерой 4 термической подготовки топлива, в одном конце которой размещены плазмотрон 1 и розжиговое устройство в виде топливной форсунки 2, а противоположный конец камеры 4 предназначен для размещения в зоне факела распыла топлива основной растапливаемой горелки (фиг.6). ЗУ располагается в установочной трубе 5, проходящей либо параллельно основной растапливаемой горелке, либо под углом к ней (фиг.1).

Инициирующим устройством для воспламенения факела основной горелки является плазмотрон 1. В качестве рабочего тела используется воздух или любое другое вещество. При подаче напряжения на электроды плазмотрона 1 на его выходе образуется факел, содержащий ионизированные продукты диссоциации, обладающие высокой химической активностью и инициирующие горение топливной смеси. Плазмотрон 1 устаналивается в ЗУ. Растопочная горелка может включать в себя несколько ЗУ с плазмотронами 1, питающимися последовательно (во времени) от одного блока питания, который располагается вблизи котлоагрегата.

Кроме мазута в качестве запального топлива может использоваться газ, дизельное топливо, керосин и др. горючие продукты.

Запальное устройство по первому варианту работает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды плазмотрона 1 на его выходе образуется факел, содержащий ионизированные продукты диссоциации рабочего тела, обладающие высокой активностью и инициирующие горение топливной смеси, выходящей из топливной форсунки 2 и попадающей в зону факела плазмотрона 1 (см. фиг.2). На форсунке 2 образуется факел, пересекающийся с факелом плазмотрона 1, в результате образуется устойчивый высокотемпературный факел.

С целью оптимизации условий для розжига мазутного факела котлоагрегата или другого теплотехнического устройства факел топливной форсунки 2 организуется с заданным распределением параметров по пространству факела (распределение температуры, размеров и концентрации частиц топлива и пр.). Это достигается распылением топлива с помощью пневмогидравлической форсунки 2, снабженной профилированным соплом 3 (фиг.3). Изменяя расход и давление топлива и распыливающего газа, а также форму сопла 3, можно достичь требуемого размера и пространственного распределения капель топлива.

Автономное питание топливной форсунки 2 может быть связано с техническими трудностями (необходимость очистки топливных трубопроводов в промежутке между включениями, дополнительные устройства автоматики и пр.). В ряде случае возможен отбор топлива от факела распыла основной горелки (фиг.4). В этом случае часть топлива отбирается ловушкой 6, устанавливаемой в факеле распыла, и поступает в пневмогидравлическую форсунку 2, выполняющую роль эжектора, засасывая топливо и распыливая его газом.

С целью повышения удобства эксплуатации плазмотрон 1 и форсунка 2 размещены в торце трубы 7, расположенном снаружи котлоагрегата (фиг.6), а открытый конец трубы 7 размещается внутри котлоагрегата на расстоянии 100-1000 мм от факела основной мазутной форсунки 8 растопочной горелки (фиг.5).

В этом случае упрощаются условия охлаждения плазмотрона 1 и топливных каналов топливной форсунки 2. Топливо в топливную форсунку 2 подается в таком количестве, чтобы обеспечить допустимую температуру газа в жаровой трубе 7 при недостатке окислителя. При выходе из жаровой трубы 7 продукты неполного сгорания и термического разложения соединяются с кислородом дутьевого воздуха и догорают, образуя высокотемпературный устойчивый факел.

По второму варианту изобретения (фиг.7) на выходе из плазмотрона 1 соосно с ним установлен кожух, например, в виде цилиндра или полуцилиндра 9 с отверстиями или прорезями, который размещается в факеле распыла основной горелки. Часть топлива попадает через отверстия внутрь цилиндра, где воспламеняется плазменным факелом. Продукты сгорания выходят как по оси цилиндра, так и через отверстия с противоположной стороны. В случае использования полуцилиндра 9 проникающее через отверстия топливо поджигается струей, и пламя распространяется в направлении движения капель топлива. Нагретый плазменной струей цилиндр или полуцилиндр 9 тоже способствует воспламенению топлива. Кожух может иметь также иную форму, например, с поперечным сечением в виде трапеции, эллипса и т.п.

В данном варианте устройства созданы благоприятные условия для горения, предотвращения сбива пламени запального устройства в топливный факел основной горелки и для стабилизации пламени.