PL224369B1

PL224369B1 - Method and device for igniting the plasma torches

Info

Publication number: PL224369B1
Application number: PL380028A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Dora; Włodzimierz Kordylewski; Arkadiusz Dyjakon; Przemysław Kobel; Wiesław Ostropolski
Original assignee: Jerzy Dora; Politechnika Wroclawska
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2016-12-30
Also published as: PL380028A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do uruchamiania palników plazmowych, przeznaczonych w szczególności do stosowania w kotłach, służących do rozruchu kotła i podtrzymania płomienia.The subject of the invention is a device for starting plasma burners, intended in particular for use in boilers for starting the boiler and maintaining the flame.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 176190 układ do zapalania i kontroli płomienia palnika z wykorzystaniem jednej elektrody zapalająco-jonizacyjnej posiadający generator wysokiego napięcia, zasilacz prądu stałego i wzmacniacz operacyjny, charakteryzuje się tym, że uzwojenie wtórne cewki wysokiego napięcia generatora iskry jest połączone z jednej strony z elektrodą zapalająco-jonizacyjną, a z drugiej strony jest zwarte do masy poprzez pierwszy kondensator i dwie diody w układzie antyrównoległym oraz poprzez dwa rezystory połączone szeregowo, z wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego, przy czym pomiędzy rezystory połączone szeregowo, jest włączony zwierający do masy kondensator, do masy jest również zwarte wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego. Natomiast wyjście sterujące wzmacniacza operacyjnego jest połączone z jego z wejściem odwracającym. Urządzenie zasilane jest z zasilacza prądu stałego napięciem dodatnim względem masy.The system for igniting and controlling the burner flame with the use of one ignition-ionization electrode, known from the Polish patent specification No. 176190, having a high voltage generator, a DC power supply and an operational amplifier, is characterized by the fact that the secondary winding of the spark generator high voltage coil is connected on one side with the ignition-ionization electrode, and on the other hand, it is shorted to ground through the first capacitor and two diodes in an anti-parallel circuit, and through two resistors connected in series, with the inverting input of the operational amplifier, with a capacitor connected in series between the resistors, connected to ground, to ground is also the op amp non-inverting input shorted. The op-amp's control output, on the other hand, is connected to its inverting input. The device is powered from a DC power supply with voltage positive to ground.

Urządzenie do plazmowego zapłonu rozpylonych paliw ciekłych z polskiego opisu patentowego nr 196651, ma co najmniej dwie elektrody główne zasilane sygnałem o przebiegu sinusoidalnym i częstotliwości w zakresie kilkadziesiąt do kilkuset kHz, z zasilacza rezonansowego. Pomiędzy elektrody główne jest włączony układ rezonansowy w postaci szeregowo połączonego kondensatora zapłonowego z cewką zapłonową, przy czym elektroda pomocnicza (EP) włączona jest pomiędzy kondensator zapłonowy i cewkę zapłonową.The device for plasma ignition of sprayed liquid fuels from the Polish patent specification No. 196651 has at least two main electrodes supplied with a sinusoidal signal and frequencies in the range of several dozen to several hundred kHz, from a resonant power supply. A resonant system is connected between the main electrodes in the form of a series connected ignition capacitor with the ignition coil, the auxiliary electrode (EP) being connected between the ignition capacitor and the ignition coil.

Palnik plazmowy znany z polskiego opisu patentowego nr 170145, zawiera dwie albo więcej elektrod rurowych, umieszczonych współosiowo jedna w drugiej, przeznaczonym do obróbki chemicznej substratu reakcji, umieszczono współosiowo w elektrodzie wewnętrznej rurę doprowadzającą dla dostarczania substratu reakcji, która jest chłodzona cieczą, a jej powierzchnia zewnętrzna i dolna wyposażone są w powłokę izolującą termicznie. Ponadto, rura doprowadzająca może być przesuwana w kierunku osiowym dla dopasowania położenia dyszy względem płomienia plazmy. Dolna część rury doprowadzającej, jest wymienialna i wyposażona jest w stożkową zwężkę w postaci dyszy Venturiego. Między rurą doprowadzającą, a elektrodą wewnętrzną oraz między elektrodami wewnętrzną i zewnętrzną, utworzone zostały pierścieniowe przejścia, do których może być doprowadzony gaz tworzący plazmę. Gaz tworzący plazmę może zostać wychłodzony i wziąć udział w chłodzeniu rury doprowadzającej. Rura posiada ściankę wewnętrzną i ściankę zewnętrzną i wyposażona jest w wewnętrzną płytkę działową, która kończy się w pewnej odległości nad podstawą rury, tworząc kanał dla chłodziwa.The plasma torch known from the Polish patent specification No. 170145, contains two or more tubular electrodes, placed coaxially one in the other, intended for the chemical treatment of the reactant, a supply tube coaxially placed in the inner electrode for supplying the reaction substrate, which is cooled with the liquid, and its surface the outer and lower ones are equipped with a thermally insulating coating. In addition, the delivery tube can be moved in the axial direction to match the position of the nozzle with respect to the plasma flame. The lower part of the supply pipe is replaceable and is equipped with a conical venturi-shaped orifice. Between the supply tube and the inner electrode and between the inner and outer electrodes, annular passages are formed into which the plasma-forming gas can be fed. The plasma-forming gas can be cooled and assisted in cooling the feed pipe. The tube has an inner wall and an outer wall and is provided with an inner partition plate that terminates at a distance above the base of the tube to form a coolant passage.

Inny palnik plazmowy znany z polskiego opisu patentowego nr 170153. Palnik ten przeznaczony jest do dostarczania energii, na przykład dla reakcji chemicznych, zawiera przynajmniej trzy elektrody rurowe umieszczone współosiowo jedna wewnątrz drugiej. Elektrody mogą się przesuwać osiowo względem siebie. Są korzystnie odizolowane elektrycznie od siebie i mają połączenia ze źródłem energii elektrycznej. Jeśli używane są trzy elektrody, elektroda środkowa używana jest jako elektroda pomocnicza albo elektroda zapłonowa. Jest ona wówczas sprzężona z jedną z pozostałych elektrod. Odległość od trzeciej elektrody jest dostosowana do napięcia roboczego w taki sposób, że uzyskiwana jest iskra elektryczna po podłączeniu napięcia roboczego. Podczas działania, elektroda pomocnicza jest wysuwana ze strefy plazmy, nie dopuszczając w ten sposób do ciągłego tworzenia się dolnego punktu luku.Another plasma torch known from Polish patent specification No. 170153. This torch is designed to supply energy, for example for chemical reactions, it comprises at least three tubular electrodes arranged coaxially one inside the other. The electrodes may be axially displaceable from each other. They are preferably electrically insulated from each other and connected to an electrical power source. If three electrodes are used, the center electrode is used as either the auxiliary electrode or the ignition electrode. It is then coupled to one of the other electrodes. The distance from the third electrode is adapted to the operating voltage such that an electric spark is obtained when the operating voltage is applied. In operation, the auxiliary electrode is advanced out of the plasma zone, thus preventing the continuous formation of the lower point of the arc.

Z książki Żukova M.F., Karpenki E.I., Peregudova V.S. i innych pt. „Plazmennaia bezmazutnaja roztopka kotlov i stabilizacja gorenija pyleugolnogo fakela. Niskotemperatumaja plazma”, Novosibirsk, Nauka, 1995 r. znany jest sposób i urządzenie do uruchamiania plazmotronów dużej mocy stosowanych w plazmowych palnikach pyłowych. Sposób polega na spowodowaniu wysokonapięciowego wyładowania iskrowego między elektrodami plazmotronu dużej częstotliwości celem inicjacji luku elektrycznego i generacji plazmy w plazmotronie. Urządzenie do wytworzenia wyładowania iskrowego inicjującego działanie plazmotronu wykorzystuje iskrowy generator oscylacji wysokiego napięcia, o dużej częstotliwości, którego indukcyjność jest włączona w obwód zasilania plazmotronu.From the book of Zhukov M.F., Karpenki E.I., Peregudova V.S. and others pt. "Plazmennaia bezmazutnaja melting pots and stabilization gorenija pyleugolnogo fakela. Low-temperature plasma ”, Novosibirsk, Nauka, 1995 a method and device for starting high-power plasmatrons used in plasma dust burners is known. The method consists in causing a high-voltage spark discharge between the electrodes of the high-frequency plasmatron to initiate an electric arc and generate plasma in the plasmatron. The device for generating a spark discharge initiating the operation of the plasmatron uses a high-frequency, high-voltage spark oscillator, the inductance of which is included in the power supply circuit of the plasmatron.

Urządzenie do cięcia plazmowego znane z niemieckiego opisu patentowego nr DE3731450, zawiera transformator sieciowy połączony równolegle z prostownikiem, do którego podłączone są trzy elektrody, przy czym pierwsza elektroda podłączona jest bezpośrednio do prostownika, druga poprzez dławik i przełącznik, zaś elektro pomocnicza połączona jest z prostownikiem poprzez dławik, multiplikator i dwa przełączniki, Ponadto pracą drugiej elektrody i elektrody pomocniczej steruje układ sterowana.The plasma cutting device known from the German patent description No. DE3731450, contains a network transformer connected in parallel with a rectifier, to which three electrodes are connected, the first electrode is connected directly to the rectifier, the second through a choke and a switch, and the auxiliary electro-auxiliary is connected to the rectifier through a choke, multiplier and two switches. In addition, the work of the second electrode and the auxiliary electrode is controlled by a controlled system.

PL 224 369 B1PL 224 369 B1

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że pomiędzy katodą i anodą plazmotronu dużej mocy, są usytuowane elektrody układu generacji iskry małej mocy. Elektrody układu generacji iskry małej mocy są połączone z zaciskami kondensatora zasilanego napięciem, przy czym pomiędzy pierwszą elektrodą a jednym z zacisków kondensatora jest włączone uzwojenie wtórne transformatora, którego uzwojenie pierwotne jest włączone w układ wyzwalania. Układ wyzwalania stanowi uzwojenie pierwotne transformatora połączone szeregowo z przełącznikiem, i jednocześnie uzwojenie pierwotne transformatora z przełącznikiem, połączone równolegle z kondensatorem wyzwalającym zasilanym napięciem wyzwalającym.The essence of the device according to the invention is that between the cathode and the anode of the high-power plasmatron, the electrodes of the low-power spark generation system are located. The electrodes of the low-power spark generation system are connected to the terminals of a voltage-fed capacitor, with the transformer secondary winding connected between the first electrode and one of the capacitor terminals, the primary winding of which is connected to the trip circuit. The tripping circuit is the primary winding of the transformer connected in series with the switch, and at the same time the primary winding of the transformer with the switch, connected in parallel with the tripping capacitor supplied with the trigger voltage.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest to, że obwód elektryczny plazmotronu dużej mocy nie jest połączony galwanicznie z obwodem elektrycznym układu generacji iskry. Elektrody układu generacji iskry są połączone z kondensatorem o dużej pojemności naładowanym do odpowiedniego napięcia początkowego. Zapoczątkowanie wyładowania iskrowego przeprowadza się za pomocą układu wyzwalającego. Układ wyzwalający składa się z dodatkowego kondensatora oraz przełącznika i jest sprzężony z układem generacji iskry poprzez transformator.An advantage of the device according to the invention is that the electric circuit of the high power plasmatron is not galvanically connected to the electric circuit of the spark generation system. The electrodes of the spark generation system are connected to a high-capacity capacitor charged to a suitable starting voltage. The initiation of the spark discharge is carried out by a triggering system. The trigger circuit consists of an additional capacitor and a switch and is coupled to the spark generation circuit via a transformer.

Dodatkową zaletą inicjacji wyładowania plazmowego plazmotronu dużej mocy z użyciem wyładowania iskrowego małej mocy, jest ograniczenie emisji zakłóceń elektromagnetycznych w otoczeniu plazmotronu do poziomu dopuszczalnego dla działania układów automatyki bloku energetycznego.An additional advantage of initiating a high-power plasma discharge with a low-power spark discharge is the limitation of the emission of electromagnetic interference in the vicinity of the plasmatron to a level acceptable for the operation of power unit automation systems.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urządzenia do uruchamiania palników plazmowych.The subject of the invention in an exemplary embodiment is reproduced in the drawing, which shows a block diagram of a device for starting plasma torches.

Urządzenie do uruchamiania palników plazmowych ma elektrody E układu generacji iskry małej mocy usytuowane pomiędzy katodą K i anodą A plazmotronu dużej mocy. Elektrody E układu generacji iskry małej mocy są połączone z zaciskami kondensatora C zasilanego napięciem U. Pomiędzy pierwszą elektrodą E a jednym z zacisków kondensatora C jest włączone uzwojenie wtórne transformatora T, którego uzwojenie pierwotne jest włączone w układ wyzwalania. Układ wyzwalania stanowi uzwojenie pierwotne transformatora T połączone szeregowo z przełącznikiem P. Szeregowo połączone uzwojenie pierwotne transformatora T oraz przełącznik P są połączone równolegle z kondensatorem wyzwalającym Cw zasilanym napięciem wyzwalającym Uw.The device for starting the plasma torches has the electrodes E of the low-power spark generation system located between the cathode K and the anode A of the high-power plasmatron. The electrodes E of the low-power spark generation system are connected to the terminals of the capacitor C supplied with the voltage U. Between the first electrode E and one of the terminals of the capacitor C, the secondary winding of the transformer T is connected, the primary winding of which is connected to the trip circuit. The tripping circuit is the primary winding of the transformer T connected in series with the switch P. The series connected primary winding of the transformer T and the switch P are connected in parallel with the tripping capacitor Cw supplied with the trigger voltage Uw.

Claims

A device for starting plasma torches comprising electrodes, a switch and a transformer, characterized in that between the cathode (K) and the anode (A) of the high-power plasmatron, electrodes (E) of the low-power spark generation system are located, which are connected to the terminals of the capacitor (C ) supplied with voltage (U), with the secondary winding of the transformer (T) connected between the first electrode (E) and one of the capacitor terminals (C), the primary winding of which is connected to the release circuit, with the triggering circuit being the primary winding of the transformer ( T) connected in series with the switch (P) and at the same time serially connected the primary winding of the transformer (T) and the switch (P) are connected in parallel with the tripping capacitor (Cw) supplied with the tripping voltage (Uw).