Установка для плазмової стабілізації горіння пиловугільного факела

Винахід належить до галузі теплоенергетики і може бути використаний для стабілізації горіння пиловугільного факела за допомогою плазмотрона непрямої дії в пиловугільних пальниках котлів ТЕС. Відомий пристрій для підведення і відведення плазмового пальника в умовах тиску і температури, що не допускає прямого втручання, який включає плазмотрон непрямої дії, установлений герметично в похилому патрубку під кутом до поздовжньої осі паливоподавальної труби, при цьому патрубок з боку зазначеної труби постачений клапаном, а порожнина, утворена стінками патрубка, анодною частиною плазмотрона і клапаном, з'єднана трубопроводом із внутрішньою порожниною паливоподавальної труби для вирівнювання тиску в момент установлення плазмотрона [Патент Франції №2837442, кл. Η05Η1/34, заявл. 03.10.1988, опубл. 1990]. Однак таке розміщення плазмотрона ускладнює конструкцію установки і значно утрудняє її експлуатацію. Найбільш близькою по технічній сутності і результату, що досягається (прототип), прийнята установка для плазмового розпалу і стабілізації горіння пиловугільного факела, яка включає основний пальник, усередині якого розміщено зміщений щодо осі пальника плазмотрон непрямої дії, постачений системою електро-, пневмо-, водопостачання, автоматики і управління та обладнаний кріпильним фланцем, виконаним у вигляді циліндричного водоохолоджувального металевого короба, що охоплює катодний вузол плазмотрона, яка відрізняється тим, що плазмотрон установлено на коліні трубопроводу подачі пиловугільного палива перед системою подачі вторинного повітря, при цьому до короба приєднана металева труба, що входить в трубопровід, усередині якої розміщено анодний вузол плазмотрона і зріз його сопла збігається зі зрізом труби, причому плазмотрон може бути розміщено на одній осі з трубопроводом подачі пиловугільного палива [Патент України №21103, кл. F23Q5/00, заявл. 21.04.95, опубл. 27.02.98, Бюл. №1]. Недоліком прототипу є те, що розміщення анода плазмотрона близько від внутрішньої стінки трубопроводу подачі пиловугільного палива сприяє утворенню гарнісажу в коліні трубопроводу і його нагромадженню уздовж стінки трубопроводу при впливі плазми на частки вугільного пилу. Це приводить до зниження питомого теплового потоку і нестабільності горіння пиловугільного факела і зниженню надійності установки. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення конструкції установки для плазмової стабілізації горіння пиловугільного факела, у якій за рахунок збільшення числа регульованих місць розміщення плазмотрона в трубопроводі подачі пиловугільного палива, підвищується щільність теплового потоку від плазми до часток, забезпечується ефективне використання енергії плазми для ліквідації гарнісажу і за рахунок цього підвищується надійність і стабільність режимів горіння палива. Поставлене завдання вирішується тим, що в установці для плазмової стабілізації горіння пиловугільного факела, яка вміщує основний пальник і плазмотрон, анодний вузол якого розміщений усередині труби, установленої співвісно з трубопроводом подачі пиловугільного палива у його коліні, а плазмотрон постачений системою електро-, пневмо-, водопостачання, автоматики і управління, і зріз труби збігається з торцем сопла, відповідно до винаходу, плазмотрон встановлено у порожнині вихідної частини труби з кутом нахилу 5-20° відносно її поздовжньої осі, причому труба встановлена в стикувальному вузлі коліна з можливістю фіксованого поздовжнього переміщення по довжині пальника і повороту відносно поздовжньої осі пальника, на рознесених по довжині зовнішньої ділянки згаданої труби підшипникових опорах, а порожнина, обмежена еліпсоїдною твірною зрізу труби і торцем сопла плазмотрона, закрита фланцем у площині зрізу труби. Для досягнення оптимальних умов протікання процесів тепло- і масообміну експериментально визначені кути розміщення плазмотрона у трубі, які складають 5-20° відносно її поздовжньої осі, при півкуті розкриття струменя 5-18°, який витікає з нього. Це пояснюється тим, що при зазначених кутах розміщення плазмотрона забезпечується повне очищення плазмовим факелом внутрішніх стінок пальника від гарнісажу без прогоряння стінок пальника. Найбільш оптимальні умови запалення забезпечуються при концентрації пиловугільної суміші в пальнику 1-1,2кг на 1кг повітря. У запропонованій конструкції за рахунок перетискання перерізу потоку - введення в пальник труби з плазмотроном, підвищується концентрація вугільних часток у зоні роботи плазмотрона, що підвищує е фективність запалення. Можливість повороту плазмотрона забезпечує ліквідацію гарнісажу на стінці пальника. Винахід пояснюється кресленням, на якому представлений загальний вигляд установки. Установка містить основний пальник, що складається з трубопроводу 1 подачі пиловугільного палива і системи 2 подачі вторинного повітря, плазмотрон 3 непрямої дії, оснащений системою 4 електро-, пневмо-, водопостачання, автоматики і управління. У коліні трубопроводу 1, співвісно поздовжній осі пальника, виконаний стикувальний вузол 5 з сальниковим ущільненням (на кресленні не показано), у якому встановлена труба 6 з можливістю фіксованого поздовжнього переміщення по довжині пальника і повороту щодо його поздовжньої осі. Зовнішня ділянка труби закріплена в підшипникових опорах 7. У порожнині труби 6, збоку топки котла 8, установлено плазмотрон 3 під кутом 5-20° відносно поздовжньої осі труби, при цьому торець труби 6 знаходиться в одній площині з торцем сопла плазмотрона. Еліпсоїдний отвір труби 6 закрито фланцем 9 з отвором під сопло плазмотрона. Зовнішня кінцева ділянка труби 6 має штурвал 10. Установка працює таким чином. Перекривають трубопровід 1 подачі пиловугільного палива. Демонтують трубу 6 і механічно закріплюють у її вн утрішній порожнині, з боку топки котла 8, плазмотрон 3, з кутом нахилу 5-20° до поздовжньої осі труби із системою підведення, що забезпечує його працездатність. Порожнину, обмежену еліпсоїдною твірною зрізу труби і торцем сопла плазмотрона, закривають фланцем 9. Змонтовану тр убу встановлюють через стикувальний вузол 5 у коліні трубопроводу 1 і закріплюють у підшипникових вузлах 7. Установлюють витрату пиловугільного палива на мінімум і в розрядній камері плазмотрона збуджують дуговий розряд. Паливний потік перетинає струмінь плазми, що витікає з плазмотрона 3, і запалюється. Збільшують витрату пиловугільного палива і доводять його до робочого режиму. Шляхом переміщення плазмотрона вибирають оптимальний режим горіння і забезпечують чистоту вн утрішні х стінок пальника за рахунок ліквідації гарнісажу. В даний час розроблена робоча документація на дослідний зразок запропонованої установки, споживачами якої є електростанції.