Установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пилевугільного факелу

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для розжига и стабилизации горения пылеугольного факела преимущественно с помощью плазмотронов косвенного действия в пылеугольных горелках котлов ТЭС. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является установка для розжига и стабилизации горения пылеуголього факела, состоящая из основной горелки, входящей в топку котла, с патрубками подвода пылеугольной аэросмеси и воздуха. Внутри основной горелки размещена розжиговая горелка, в которой установлен с возможностью перемещения плазмотрон косвенного действия. Установка содержит также системы электропитания плазмотрона, пневмо- и водоснабжения, автоматики и управления. Недостатком прототипа является нестабильность горения факела, увеличение расхода пылеугольного топлива, значительные капитальные затраты на сооружение установки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования установки для плазменного розжига и стабилизации горения пылеугольного факела, в которой за счет установления плазмотрона под углом к оси розжиговой горелки, выведение анодного узла за срез горелки в топку котла на расстояние, равное (7-15)D, где D-диаметр выходного сопла плазмотрона, а также размещения анодного узла в водоохлаждаемом корпусе, а катодного узла - в водоохлаждающем металлическом коробе, в виде которого выполнен крепежный фланец плазмотрона, обеспечивается повышение стабильности горения пылеугольного факела, интенсификация тепломассообмена плазмы с факелом, расширение эксплуатационных возможностей, сокращение расхода мазута. Поставленная задача решается тем, что в установке для плазменного розжига и ста-. билизации горения пылеугольного факела, состоящей из встроенной в основную розжиговой горелки, внутри которой размещен подвижный плазмотрон косвенного действия, смещенный относительно оси горелки, и систем электропитания плазмотрона, пневмо- и водоснабжения, автоматики и управления, согласно изобретению, новым является установление плазмотрона под углом к оси розжиговой горелки, выведение анодного узла плазмотрона за срез горелки в топку котла на расстояние по оси плазмотрона от среза сопла, равное (7-15)D, где D -диаметр выходного сопла плазмотрона, при этом анодный узел размещен в водоохлаж-дающем корпусе. Новым согласно изобретению является выполнение крепежного фланца плазмотрона в виде цилиндрического водоохлаждаемого металлического короба, охватывающего катодный узел плазмотрона, причем фланец соединен с подвижной рейкой, подсоединенной к механизму перемещения плазмотрона, а также размещение магистралей энергоподводов внутри водоохлаждаемой трубы, закрепленной на подвижной рейке. Причйнноследственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем: - размещение плазмотрона под углом к оси факела позволяет интенсифицировать тепломассообмен плазмы при ее локальном вводе в нижнюю часть факела со спутным потоком пылеугольной аэросмеси и значительно повысить стабильность горения высокозольного пылеугольного факела. Заявляемая установка позволяет без значительных переделок горелки и всей системы подачи топлива в горелку использовать плазменную подсветку пылеугольного факела и исключить различные горючие добавки, такие, как мазут, природный газ и пр; - введение анодного узла плазмотрона в топку на расстояние по оси плазмотрона от среза сопла (7-15)D, где D - диаметр выходного сопла плазмотрона, позволяет приблизить высокотемпературную зону плазменной струи к периферийной зоне пылеугольного потока с высокой концентрацией угля и тем самым интенсифицировать тепломассообмен плазмы с пылеугольным потоком и повысить стабильность горения факела; - выполнение крепежного фланца в виде цилиндрического водоохлаждаемого металлического .короба, охватывающего катодный узел плазмотрона, обеспечивает защиту подводящих коммуникаций катодного узла от высокой температуры и тем самым повышает надежность и стабильность горения факела, интенсификацию тепломассообмена плазмы с факелом; - проложение подводящих коммуникаций в водоохлаждаемой трубе обеспечивает вышеприведенный технический результат. Кроме того, водоохлаждаемая труба является несущей конструкцией, к которой крепится зубчатая рейка, входящая в шестеренчатое зацепление механизмом перемещения. Подвижное крепление рейки на оси фланца позволяет автоматически задавать требуемый угол установки плазмотрона, что обеспечивает расширение эксплуатационных возможностей, конструктивное упрощение установки. Для пояснения технической сущности и работы предлагаемой установки прилагается чертеж. Установка для плазменного розжига и стабилизации горения пылеугольного факела состоит из основной горелки 1, входя щей в топку котла 2, с патр убками подвода пылеугольной аэросмеси 3 и воздуха. Внутри основной горелки 1 установлена розжиговая горелка 4. В розжиговой горелке 4 размещен, смещенный относительно оси, подвижный плазмотрон косвенного действия, состоящий из катодного 5, анодного 6 узлов и крепежного фланца, включающего в себя водоохлаждаемый фланец 7 и водоохлаждаемый цилиндрический металлический короб 8, охватывающий с зазором катодный узел 5 плазмотрона. Плазмотрон через гибкие резиновые рукава 9 и электрические кабели, проходящие внутри водоохлаждаемой металлической трубы 10, соединен с плазменной установкой, состоящей из силового трансформатора 11, шкафа ввода 12, шкафа полупроводниковых преобразователей 13, шкафа силового 14, шкафа управления 15, и газоводяного пульта 16. Плазмотрон смещен относительно оси 0-0 розжиговой горелки 4 и установлен на колесную опору 17, с возможностью поворота вокруг оси 18. К оси прикреплена подвижная рейка 19, соединяющая механизм перемещения 20 с осью 18, На подвижной рейке 19 укреплена водоохлаждаемая труба 10.. Подвижная рейка 19 с укрепленной на ней трубой 10 и плазмотрон перемещается по внутренней поверхности розжиговой горелки 4 на роликах 21. Анодный узел 6 плазмотрона выведен за срез розжиговой горелки 4 в топку котла 2 на расстояние по оси плазмотрона от среза сопла, равное (7-15)D, где D - диаметр выходного сопла плазмотрона. Экспериментально установлено, что при введении плазмотрона на длину I = l/dc 15 приводит с одной стороны к перегреву корпуса анода плазмотрона, что снижает его к.п.д., а с другой стороны из-за высокого динамического напора плазмы (скорость V * 1000 м/с) к гидравлическому пробою пылеугольного потока и распространению плазменной струи вне факела, что в конечном итоге дестабилизирует процесс горения и пылеугольный факел гаснет. Так, например, при I ** 20 пылеугольный факел горит нестабильно и периодически гаснет, при 17 горение факела стабильно, однако к.п.д. плазмотрона, определяемый по температуре и расходу о хдаждающей воды, уменьшается от 0,91 до 0,88. При Т — 15 факел горит стабильно, а к.п.д. плазмотрона повышается до 0,91. Таким образом, экспериментально определенная глубина погружения плазмотрона в топку I = 7-15 является оптимальной, обеспечивающей заявляемый технический результат. За определяющий параметр принят диаметр сопла плазмотрона, потому что для каждого диапазона расхода плазмообразующего газа и мощности плазмотрона подбирается определенная геометрия сопла, при этом мощность плазмотрона и расход газа (температура плазмы), зависят от мощности горелки и расхода пылеугольного топлива. Установка работает следующим образом. Плазмотрон, с подсоединенными к газовому пульту 16 гибкими рукавами 9, подсоединенными, к шкафу ввода 12 и проложенными внутри трубы 10, посредством механизма перемещения 20 и подвижной рейки 19 на роликах 21 и колесной опоре 17 перемещают внутри горелки 4 по направлению горелки 4 к топке котла 2 и вдвигают в топку на расстояние по оси плазмотрона от среза сопла, равное (7-15)D, где D - диаметр выходного сопла. При выходе первой колесной опоры 17 за пределы горелки 14, плазмотрон разворачивается и занимает положение под углом 0-0, при этом угол поворота фиксируется верхней кромкой во-доохлаждаемого короба 8. После фиксации плазмотрона в заданном положении через рукава 9 подают плазмообразующйй газ, и в. канале плазмотрона возбуждают дуговой разряд. Одновременно на основную горелку подают пылеугольную аэросмесь и вдувают ее в топку котла 2, в виде закрученного или прямоточного потока. После окончания переходных процессов на подводящих цепях и канале плазмотрона, плазмотрон выводят на рабочий режим. Ори этом плазмотронная струя со среднемассовой температурой 2500-4000 К выдувается из сопла плазмотрона и под углом вдувается в периферийную зону потока пылеугольной аэросмеси. При взаимодействии потока с плазменной струей частицы угля разогреваются, газифицируются и воспламеняются. Происходит общее воспламенение факела в топке котла 2.