Установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела

1. Установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела, ідо містить основний пальник і роз ташований в ньому розпальний пальник, в середині якого розміщено рухомий дуговий плазмотрон і камеру термохімічної підготовки палива, системи електропневмоводопостачання, автоматики і керування, що з'єднані з плазмотроном, яка в і д р і з н я є т ь с я тим, що камера термохімічної підготовки виконана у формі зрізаного конуса, перехідного у циліндр, внутрішні стінки камери виконані з жароміцного пористого неокисного матеріалу, а зовнішніми стінками утворено ємність длянакопичення і подання гарячого повітря крізь внутрішні стінки, причому довжина циліндра дорівнює (0,01-0,015)V n y c , де V ^ - швидкість потоку пиловугільної суміші в камері. 2. Установка за п.1, яка в і д р і з н я є т ь с я тим, що внутрішні стінки камери виконано з металокераміки. (21) 99095219/К (22) 21.09.99 (24) 28.02.2000 С о Корисна модель належить до галузі теплоенергетики і може бути використана для розпалу та стабілізації пиловугільного факела, переважно за допомогою плазмотронів непрямої дії, у пиловугільних пальниках котлів ТЕС. Найбільш близькою до корисної моделі за технічною суттю є установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела, яка складається з основного пальника з завитками подання пиловугільної суміші та вторинного повітря, що входить до топки котла. Всередині основного пальника розміщено розпальний пальник, що містить дуговий плазмотрон і камеру термохімічної підготовки палива (ТХПП). Установка містить також системи електропневмоводопостачання, автоматики та керування. Недоліками даної установки є нестабільність горіння пиловугільного факела в камері ТХПП і швидкий її знос через недостатню кількість повітря, що необхідне для повного спалювання пиловугільної суміші, зашлакування внутрішніх стінок камери і, як наслідок, значні витрати на проведення ремонтних робіт. В основу корисної моделі поставлена задача створення такої конструкції установки для плазмового розпалу та стабілі 503 зації горіння пиловугільного факела, яка б підвищила стабільність горіння пиловугільного факела шляхом повного його спалювання за рахунок надходження додаткової кількості гарячого повітря, а також дала б можливість запобігти зашлакуванню внутрішніх стінок камери, щоб знизити витрати на проведення поточних ремонтно-профілактичних робіт. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела, яка містить основний пальник і розташований в ньому розпальний пальник, всередині якого розміщено рухомий дуговий плазмотрон і камеру термохімічної підготовки палива, системи електропневмоводопостачання, автоматики та керування, що з'єднані з плазмотроном, згідно з винаходом, камера термохімічної підготовки виконана у формі зрізаного конуса, перехідного в циліндр, внутрішні стінки камери виконано з жароміцного пористого неокисного матеріалу, а зовнішніми стінками утворено ємність для накопичення і подання гарячого повітря крізь внутрішні стінки, причому довжина циліндра дорівнює (0,01-0,015) V , де V ^ - швидкість потоку пиловугільної суміші в камері. Матеріалом внутрішніх стінок камери може бути металокераміка. Виконання камери ТХПП у формі зрізаного конуса, перехідного в циліндр, довжина якого дорівнює (0,01-0,015) V ^ , забезпечує відбір з потоку пиловугільно? суміші та подання в об'єм плазмового факела необхідної кількості для запуску алоавтотермічного процесу горіння всього пиловугільного факела, а також забезпечує інтенсифікацію процесу тепломасообміну плазми з пиловугільним потоком за рахунок повного попадання всього твердого палива, що надійшло в камеру, в об'єм плазмового струменя з середньомасовою температурою 2500-4000°С. Виконання внутрішніх стінок камери з неокисного пористого матеріалу, наприклад металокераміки, та утворення зовнішніми стінками ємності для накопичення і подання гарячого повітря крізь внутрішні стінки дозволяє подати всередину камери ТХПП додаткову кількість гарячого повітря, необхідного для безкризисного горіння твердого палива в камері, та забезпечує виділення необхідної кількості теплової енергії для здійснення стабільного горіння пиловугільного факела в котлі. Одночасно пористі стінки камери дозволяють пропускати крізь них повітря, нагріте до температури 700~850°С, зі швидкістю, яка 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перевищує швидкість руху пиловугільних часток всередині камери, що попереджає можливість налипання палива на внутрішній поверхні камери, стабілізуючи її та не дозволяючи локальних перегрівів, а це, в свою чергу, забезпечує довгу і надійну експлуатацію камери. На фіг. 1 зображена установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела; на фіг.2 - діаграма нагріву часток твердого палива в камері ТХПП. Установка для плазмового розпалу та стабілізації горіння пиловугільного факела містить основний пальник 1, який входить до топки 2 котла, із завитками подачі пиловугільної суміші 3 і вторинного повітря 4. Всередині основного пальника 1 розміщено розпальний пальник, який складається з рухомого дугового плазмотрона 5, що знаходиться всередині захисного циліндричного корпусу 6, і камери 7 термохімічної підготовки палива. Внутрішня стінка 8 камери 7 виконана з пористого неокисного жароміцного матеріалу, наприклад металокераміки, а у внутрішній об'єм 9 камери 7 подають гаряче повітря по трубопроводу 10, який одночасно є і елементом кріплення камери 7. За допомогою повггропідіфівника 11 повітря, що надходить із компресора 12, нагрівається до температури 700-850°С. Плазмотрон 5 крізь гнучкі гумові рукава та електричні кабелі з'єднано з плазмовою установкою, що містить силовий трансформатор 13, шафу ввідну 14, шафу напівпровідникових перетворювачів 15, шафу силову 16, шафу керування 17 і газоводяний пульт 18. Плазмотрон 5 розміщено так, щоб максимальний діаметр плазмового струменя потрапляв у переріз 19 початку внутрішньо? області циліндричної частини камери 7. Виконані теоретичні розрахунки динаміки нагрівання часток твердого палива діаметром 9 0 мкм з початковою температурою 70°С, які потрапляють в зону з температурою 2500°С, з урахуванням умов конвективного нагрівання і нагрівайня випромінюванням наведені на фіг. 2. Умовою стабільного горіння пиловугільної суміші, яка потрапила до камери ТХПП, є нагрівання часток твердого палива (ТП) до температури Т ^ - початку інтенсивного виходу летючих і наявність кількості повітря, достатньої для повного згорання часток твердого палива. Перша умова при виборі характерної для широкої гами вуглів температури Т ^ = =850°С виконується при знаходженні час 503 ток ТП в зоні температури 2500°С протягом 0,01 сек (фіг.2), що дає нижчу границю довжини L, цилідричної частини камери ТХПП, а саме L > 0,01 V ^ , де V ^ швидкість руху пиловугільної суміші в камері ТХПП. Верхня границя визначається за умови максимального нагрівання часток ТП до температури, яка не перевищує значення температури початку розм'якшення зольної частини пиловугільної суміші та дорівнює 1100°С, що максимально зменшує імовірність зашлакування стінок камери. Друга умова стабільного горіння пиловугільної суміші в камері ТХПП - наявність достатньої для повного згорання часток ТП кількості повітря - виконується за рахунок подання всередину камери крізь її пористу внутрішню стінку повітря, нагрітого до температури 700-850°С, в кількості, що визначається за формулою: М„ = (1-а,) (D/DJ' - Мпг, де М т п - маса твердого палива, яке находить за одиницю часу до основного пальника; М^. - маса плазмоутворюючого газу; а, - коефіцієнт надлишку повітря в основному пальнику (звичайно а, = 0,170,2); DK - внутрішній діаметр основи зрізаного конуса; Don ~ внутрішній діаметр основного пальника. Значення температур, до. яких повинно бути нагріто повітря, що надходить в камеру ТХПП, визначається з умов безкризового стабільного горіння пиловугільної суміші в камері та знаходиться в інтервалі 700-850°С в залежності від марки твердого палива, яке використовують. Внутрішній діаметр перерізу основи зрізаного конуса, що є вхідною частиною камери ТХПП, визначається з умови відбору з потоку пиловугільної суміші такої кількості ТП, яка після його згорання в камері виділить кількість теплової енергії» що достатня для підвищення початкової температури пиловугільного факела на вході в топку до значення, яке забезпечує безкризове стабільне горіння факела: D « де її - концентрація пилу. 5 10 15 20 25 ЗО Установка працює так. Після увімкнення компресора 12 і повітропідігрівника 11 повітря, нагріте до температури 700850°С, по трубопроводу 10 надходить у внутрішній об'єм 9 камери 7 ТХПП і крізь пористу внутрішню стінку 8 надходить всередину камери 7. Після цього на плазмотрон 5 подають плазмоутворючий газ і в каналі плазмотрона 5 збуджують дуговий розряд. Одночасно на основний пальник 1 крізь завитку 3 подають пиловугільну суміш. Закручений потік пиловугільної суміші, що рухається із швидкістю Vnyc, надходить всередину камери 7 ТХПП, а внутрішня поверхня зрізаного конуса стискає його до діаметра плазмового струменя з середньомасовою температурою 2500-4000°С. В циліндричній.частині камери 7 ТХПП здійснюється високоефективний теплообмін між плазмою та пиловугільною сумішшю, який забезпечує швидкісний нагрів часток твердого палива до температури інтенсивного горіння. Повне згорання твердого палива в камері 7 забезпечується нагрітим до температури 700-850°С повітрям, яке вдувають в камеру 7 крізь пористу внутрішню, стінку 8 в кількості, що визначається формулою: x(1-a,) (D./DJ2 _ Крім того, за рахунок перевищення 35 швидкості витікання повітря над швидкістю руху пиловугільної суміші, що горить всередині плазмового струменя, гаряче повітря відтискає від стінок камери ТХПП плазмовий струмінь, виключаючи можли40 вість попадання на стінку 8 розплавлених часток зони та її перегріву. Швидкість руху нагрітих часток ТП і продуктів їх згорання на виході з камери 7 суттєво вища за швидкість руху пиловугільної су45 міші поза камерою за рахунок виникнення рециркуляційних потоків, які покращують процеси тепломасообміну між продуктами згорання камери та пиловугільною сумішшю, яка утворюється. Кількість тепло50 вої енергії, що виділяється після повного згорання пиловугільної суміші, яка потрапила в камеру 7, забезпечує розвиток алоавтотермічного процесу горіння ТП та підвищення початкової температури в 55 корені факела до рівня розвитку стабільного безкризового горіння пиловугільного факела в топці котла. 503 13 трансформатор «HP 14 ввідна шафа ТУ шафа напівпровідникових перетворювачів 16 шафа силова 17 шафа керування 18 газоводяний пульт 7 ФігЛ і, сек aot 0.015 Фіг.2 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор Л. Пчолинська Замовлення 555 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська лл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101