RU2059926C1 - Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion - Google Patents
Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2059926C1 RU2059926C1 SU5046230A RU2059926C1 RU 2059926 C1 RU2059926 C1 RU 2059926C1 SU 5046230 A SU5046230 A SU 5046230A RU 2059926 C1 RU2059926 C1 RU 2059926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- arc
- electrodes
- coal
- igniter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. для обеспечения безмазутного розжига и стабилизации горения пылеугольного факела. The invention relates to energy and can be used in thermal power plants, boiler houses, etc. to ensure oil-free ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal torch.
Известен способ розжига и стабилизации горения пылеугольного факела путем сжигания мазута или природного газа [1] Пусковые или газовые форсунки монтируются совместно с основными угольными горелками, либо устанавливаются дополнительно к ним. Например, котлоагрегат ПК-39 имеет 12 основных пылеугольных горелок производительностью 8 т/ч и 8 мазутных форсунок производительностью 1,3 т/ч. При поступлении в топку мазута и угля производят воспламенение высокореакционного жидкого топлива. При горении мазута выделяется значительное количество тепла, которое нагревает угольную пыль. В результате нагрева угольных частиц выделяются летучие и повышается температура твердого топлива. При этом происходит загорание угольных частиц и осуществляется интенсивный розжиг и стабилизация горения пылеугольного факела. A known method of ignition and stabilization of the combustion of a pulverized coal torch by burning fuel oil or natural gas [1] Starting or gas nozzles are mounted together with the main coal burners, or are installed in addition to them. For example, the PK-39 boiler has 12 main pulverized coal burners with a capacity of 8 t / h and 8 fuel oil nozzles with a capacity of 1.3 t / h. When fuel oil and coal enter the furnace, ignition of highly reactive liquid fuel is performed. When burning fuel oil, a significant amount of heat is released, which heats the coal dust. As a result of heating the coal particles, volatiles are released and the temperature of the solid fuel rises. In this case, coal particles ignite and intense ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal flame occurs.
Известная растопочная горелка [1] содержит мазутную форсунку, улитку ввода первичного воздуха с угольной пылью и завихритель ввода вторичного воздуха. Обычно мазутная форсунка размещается по оси улитки ввода первичного воздуха с угольной пылью. Мазутные форсунки используются не только для розжига пылеугольного факела, но и для стабилизации горения его, а также при работе энергоблока в режиме неполной нагрузки. Known kindling burner [1] contains a fuel oil nozzle, a coil of primary air inlet with coal dust and a secondary air inlet swirl. Typically, a fuel oil nozzle is placed along the axis of the cochlea inlet of primary air with coal dust. Fuel oil nozzles are used not only for ignition of a coal-dust torch, but also for stabilization of its combustion, as well as when the power unit is operating in part-load mode.
Однако известный способ розжига и растопочная горелка для его осуществления связаны с использование дефицитного мазута, а также сложностью в эксплуатации мазутного хозяйства, особенно в зимнее время, когда мазут необходимо постоянно подогревать. Кроме того, при совместном сжигании угля и мазута в топке повышается мехнедожог, увеличиваются выбросом окислов азота и серы, усиливается коррозия поверхностей нагрева и снижается надежность энергетического оборудования [2]
Известен способ электродугового подогрева и поджигания пылеугольной смеси [3] позволяющий перенести работу тепловых электростанций на единое топливо рядовой уголь. В этом способе розжиг и стабилизация горения пылеугольного факела обеспечивается за счет высокотемпературной плазменной струи, нагретой с помощью дуги в плазмотроне. Для этого генератор низкотемпературной плазмы устанавливают в горизонтальном канале по оси пылеугольной горелки. Генератор содержит водоохлаждаемую камеру, токоподводы, электроды и патрубок для подачи газа. Поджигающий газ, например воздух или кислород, поступает под давлением 8-12 атм. в камеру генератора, где находятся два металлических электрода, между которыми горит электрическая дуга. Газ подогревается дугой и истекает через один электрод с образованием плазменной струи. Струя плазмы производит розжиг и подсветку пылеугольного факела, который поступает в топку котлоагрегата от основной пылеугольной горелки в виде расширяющегося конуса.However, the known method of ignition and the kindling burner for its implementation are associated with the use of scarce fuel oil, as well as the difficulty in operating fuel oil facilities, especially in winter, when fuel oil must be constantly heated. In addition, with the joint burning of coal and fuel oil in the furnace, a mechanical burn increases, emissions of nitrogen and sulfur oxides increase, corrosion of heating surfaces increases, and reliability of power equipment decreases [2]
A known method of electric arc heating and ignition of a coal-dust mixture [3] allows you to transfer the work of thermal power plants to a single fuel raw coal. In this method, the ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal flame is provided by a high-temperature plasma jet heated by an arc in the plasma torch. To do this, the low-temperature plasma generator is installed in a horizontal channel along the axis of the pulverized coal burner. The generator contains a water-cooled chamber, current leads, electrodes and a pipe for supplying gas. The igniting gas, for example air or oxygen, comes under a pressure of 8-12 atm. into the generator chamber, where there are two metal electrodes between which an electric arc burns. The gas is heated by an arc and flows through one electrode with the formation of a plasma jet. The plasma jet ignites and illuminates the pulverized coal torch, which enters the furnace of the boiler from the main pulverized coal burner in the form of an expanding cone.
Однако известный способ является малоэффективным при нагреве низкосортного угля. Причиной этого является то, что при нагреве угля плазменной струей, вытекающей из плазмотрона, частицы топлива отскакивают от струи, имеющей высокую вязкость и не внедряются в высокотемпературную зону [4] К тому же нагрев дисперсной фазы в таких условиях происходит в плазме, выделенной из разряда, т. е. вне электрического поля [5] При этом из теплообмена выпадает существенная составляющая (30-40% ), связанная с нагревом угля заряженными частицами, движущимися в электрическом поле, если бы процесс проводили в электрическом разряде [6]
Известен также способ розжига и стабилизации горения низкосортного донецкого угля АШ [7] включающий подготовку аэросмеси, разделение потока аэросмеси на основной и стабилизирующий потоки, подведение обоих потоков по трубам к пылеугольной горелке, нагрев стабилизирующего потока и розжиг основного потока.However, the known method is ineffective when heating low-grade coal. The reason for this is that when coal is heated by a plasma jet flowing out of a plasma torch, fuel particles bounce off a jet having a high viscosity and do not penetrate into the high-temperature zone [4] In addition, heating of the dispersed phase under such conditions occurs in a plasma extracted from a discharge , that is, outside the electric field [5] In this case, a substantial component (30-40%) associated with the heating of coal by charged particles moving in an electric field if the process was carried out in an electric discharge [6]
There is also known a method of ignition and stabilization of combustion of low-grade Donetsk coal ASH [7], including the preparation of air mixtures, separation of the air mixture mixture into the main and stabilizing flows, bringing both flows through the pipes to a pulverized coal burner, heating the stabilizing flow and igniting the main flow.
Плазменная пылеугольная горелка [7] реализующая известный способ, содержит плазмотрон, камеру нагрева стабилизирующего потока аэросмеси циклонного типа, улитку для ввода основного потока аэросмеси, цилиндрический стабилизирующий канал и завихритель для подачи вторичного воздуха. В горелке в циклонную камеру нагрева стабилизирующего потока аэросмеси подается высококонцентрированный аэросмесь около 20% от полного расхода угля. Остальное количество топлива вводится в улитку для ввода основного потока плазменной горелки. В камере нагрева стабилизирующего потока за счет плазмотрона производится разогрев частиц угля, выход летучих и частично газификации топлива. При этом образуется двухкомпонентное топливо, состоящее из горючего газа и нагретого коксового остатка. Полученное двухкомпонентное топливо, поступая в топочное пространство, обеспечивает розжиг и стабилизацию горения основного потока аэросмеси, вводимого через улитку. Для нагрева стабилизирующего потока аэросмеси применяется электродуговой плазмотрон [8] в котором часть дугового столба выдувается воздухом в пылеугольный поток. A plasma pulverized coal burner [7] that implements the known method comprises a plasmatron, a chamber for heating the stabilizing flow of a cyclone-type aerosol mixture, a snail for introducing the main flow of the aerosol mixture, a cylindrical stabilizing channel and a swirl for supplying secondary air. In the burner, a highly concentrated aerosol about 20% of the total coal consumption is fed into the cyclone chamber for heating the stabilizing flow of the air mixture. The remaining amount of fuel is introduced into the cochlea to enter the main stream of the plasma torch. In the heating chamber of the stabilizing flow due to the plasma torch, particles of coal are heated, and volatile and partially gasified fuel are released. In this case, a two-component fuel is formed, consisting of combustible gas and heated coke residue. The resulting two-component fuel, entering the furnace space, provides ignition and stabilization of combustion of the main flow of the air mixture introduced through the cochlea. An electric arc plasmatron [8], in which part of the arc column is blown by air into a pulverized coal stream, is used to heat the stabilizing flow of the air mixture.
Однако известный способ розжига и горелка для его осуществления не обеспечивают высокой эффективности процесса вследствие того, что только часть столба дуги выдувается в пылеугольный поток, а остальная часть дуги находится в камере плазмотрона. However, the known method of ignition and the burner for its implementation do not provide high efficiency of the process due to the fact that only part of the arc column is blown into the pulverized coal stream, and the rest of the arc is in the chamber of the plasma torch.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ воспламенения углей [12] предусматривающий измельчение угля, его смешивание с воздухом, генерирование электрической дуги, нагрев пылеугольной смеси в дуговой плазме и розжиг и стабилизацию горения пылеугольного потока. Генерирование электрической дуги осуществляется высоковольтным плазменным запальником, установленным в угловой прямоточной горелке котла БКЗ-160-100 Ф. Запальник находится в пылеугольном потоке в котле в зоне распыления аэросмеси. Между электродами запальника горит трехфазная дуга, которая под действием пылеугольного потока движется вдоль электродов, выходит на их торцы, растягивается воздушно-пылеугольным потоком и поджигает его. Closest to the proposed technical solution is a method of ignition of coal [12], which includes grinding coal, mixing it with air, generating an electric arc, heating the pulverized coal mixture in an arc plasma and igniting and stabilizing the combustion of the pulverized coal stream. Generation of an electric arc is carried out by a high-voltage plasma igniter installed in the angular direct-flow burner of the BKZ-160-100 F. boiler. The igniter is located in the pulverized coal stream in the boiler in the spray zone. A three-phase arc burns between the ignition electrodes, which moves along the electrodes under the action of the pulverized-coal flow, extends to their ends, is stretched by an air-pulverized coal flow, and ignites it.
Известная плазменная пылеугольная горелка [12] принятая в качестве прототипа, содержит канал первичного воздуха с угольной пылью, завихритель вторичного воздуха и высоковольтный плазменный запальник, установленный в котле в зоне распыления аэросмеси. Запальник представляет собой систему медных электродов, образующих расходящийся промежуток, расстояние в узкой части которого несколько меньше, чем пробойное расстояние для амплитудного напряжения источника питания. При подаче высокого напряжения (10 кВ) на электроды происходит пробой промежутка между электродами в узкой его части. Под действием пылеугольного потока дуга движется вдоль электродов, выходит на их торцы, растягивается воздушно-пылеугольным потоком и поджигает его. Пpи скорости обдува 5-20 м/с дуга представляет собой вытянутые по потоку жгуты длиной 500-700 мм. Она горит с концов электродов в течении 3-5 с. затем происходит погасание дуги и следует новый пробой узкой части промежутка, дуга загорается вновь и процесс повторяется. The well-known plasma pulverized coal burner [12] adopted as a prototype contains a primary air channel with coal dust, a secondary air swirler and a high-voltage plasma igniter installed in the boiler in the spray zone. The ignitor is a system of copper electrodes forming a diverging gap, the distance in the narrow part of which is slightly less than the breakdown distance for the amplitude voltage of the power source. When applying a high voltage (10 kV) to the electrodes, a breakdown of the gap between the electrodes in its narrow part occurs. Under the action of the pulverized coal flow, the arc moves along the electrodes, goes to their ends, stretches the air-pulverized coal flow and sets it on fire. At a blowing speed of 5–20 m / s, the arc is 500–700 mm long strands elongated in the flow. It burns from the ends of the electrodes for 3-5 s. then the extinction of the arc occurs and a new breakdown of a narrow part of the gap follows, the arc lights up again and the process repeats.
Однако известные способы воспламенения углей и устройство для его осуществления не обеспечивают высокой эффективности процесса. Это объясняется тем, что электрическая дуга генерируется в топке котлоагрегата в зоне распыления углевоздушной смеси, где концентрация частиц угля в единице объема довольно мала. В то же время, дуги горят в виде жгутов и, следовательно, занимают небольшой объем, микроскопический по сравнению с объемом всей топки. Низкой эффективности воспламенения и горения топлива способствует также слаботочность электрического разряда. However, the known methods of ignition of coal and a device for its implementation do not provide high efficiency of the process. This is because the electric arc is generated in the furnace of the boiler in the spray zone of the carbon-air mixture, where the concentration of coal particles per unit volume is quite small. At the same time, the arcs burn in the form of bundles and, therefore, occupy a small volume, microscopic in comparison with the volume of the entire furnace. The low efficiency of ignition and combustion of the fuel also contributes to the weakness of the electric discharge.
Малая мощность известного плазменного запальника (43 кВт), в свою очередь, обусловлена небольшими токами дуги (10-15 А). При увеличении же тока дуги резко повышается эрозия электродов. Аппараты с такой мощностью могут обеспечить воспламенение и горение только качественных углей с достаточным содержанием летучих (30%) при небольшом расходе угля 0,3-1 т/ч. Для низкосортных углей с низким выходом летучих и повышенной зольностью, в пылеугольных горелках с расходом угля 5-10 т/ч, требуются более мощные плазменные установки. The low power of the known plasma igniter (43 kW), in turn, is due to small arc currents (10-15 A). With an increase in the arc current, erosion of the electrodes sharply increases. Devices with such power can provide ignition and combustion of only high-quality coals with a sufficient volatile content (30%) with a small coal consumption of 0.3-1 t / h. For low-grade coals with a low yield of volatile and high ash content, in pulverized coal burners with a coal consumption of 5-10 t / h, more powerful plasma plants are required.
Для увеличения мощности горелки необходимо увеличить количество плазменных запальников и число источников питания с индуктивными балластными сопротивлениями реакторами. Все это, помноженное на число пылеугольных горелок котлоагрегата, а их количество в мощных энергоблоках достигает несколько десятков, делает проблематичным успешное внедрение прототипа в большой энергетике, базирующейся на сжигании низкосортных углей. To increase the power of the burner, it is necessary to increase the number of plasma igniters and the number of power supplies with inductive ballast reactors. All this, multiplied by the number of pulverized coal burners of the boiler unit, and their number in powerful power units reaches several tens, makes the successful implementation of the prototype in large energy, based on the burning of low-grade coal, problematic.
Кроме того, известный плазменный запальник имеет небольшой ресурс и низкий уровень техники безопасности при его эксплуатации. Малый ресурс плазменного запальника объясняется тем, что, хотя в нем используются небольшие токи дуги (10-15 А), и можно ожидать, соответственно, незначительную эрозию электродов, в реальности режим их работы (частое повторное зажигание дуги) отражает самый неблагоприятный по эрозии вариант работы плазменного аппарата. Как указано в [10] "пусковая" эрозия приблизительно на 3 порядка выше, чем эрозия в стационарном режиме. Если, например, в прототипе пробой межэлектродного промежутка происходит через каждые 3-5 с. из-за погасания дуги, то это составит 720-1200 включений дуги в течение часа. При этом "пусковая" эрозия электродов может свести на нет все преимущества малых токов для улучшения эрозийных характеристик известного плазменного запальника. Тем более, что пробой дуги происходит в определенной локальной зоне суженного межэлектродного участка. In addition, the well-known plasma igniter has a small resource and a low level of safety during its operation. The small resource of the plasma igniter is explained by the fact that, although small arc currents (10-15 A) are used in it, and insignificant erosion of the electrodes can be expected, respectively, in reality their operation mode (frequent repeated ignition of the arc) reflects the most unfavorable erosion variant work of the plasma apparatus. As indicated in [10], “starting” erosion is approximately 3 orders of magnitude higher than stationary erosion. If, for example, in the prototype, the breakdown of the interelectrode gap occurs every 3-5 seconds. due to the extinction of the arc, this will amount to 720-1200 arc inclusions within an hour. In this case, the "starting" erosion of the electrodes can negate all the advantages of low currents to improve the erosion characteristics of the known plasma igniter. Moreover, the breakdown of the arc occurs in a certain local zone of the narrowed interelectrode section.
Низкий уровень техники безопасности в прототипе связан с применением в нем очень высокого напряжения дуги (10 кВ). Применение таких напряжений в технологических установках требуют создания надежной электроизоляции и применения специальных мероприятий по технике безопасности при работе с высокими напряжениями. Однако в условиях котельного цеха при наличии большой влажности, значительного количества электропроводной угольной пыли, повышенной загазованности, малой освещенности и высоких температур, а также полностью заставленного электропроводным энергетическим оборудованием изготовленного из металла, включая многочисленные перекрытия, стальные трубы тепловоспринимающих поверхностей нагрева котлов и др. очень опасно использовать напряжение 10 кВ и подвергать смертельной опасности многочисленный обслуживающий персонал тепловой электростанции. The low level of safety in the prototype is associated with the use of a very high arc voltage (10 kV). The use of such voltages in technological installations requires the creation of reliable electrical insulation and the use of special safety measures when working with high voltages. However, in a boiler room, in the presence of high humidity, a significant amount of electrically conductive coal dust, high gas contamination, low light and high temperatures, as well as completely forced by electrically conductive power equipment made of metal, including numerous ceilings, steel pipes of heat-absorbing heating surfaces of boilers, etc. it is dangerous to use a voltage of 10 kV and to endanger mortal numerous personnel of thermal power Antium.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением заключается в осуществлении процесса генерирования электрической дуги в стесненном высококонцентрированном пылеугольном потоке и тем самым увеличении тока дуги. Это обеспечивает повышение эффективности процесса и увеличение мощности установки. The problem solved by the invention is to implement the process of generating an electric arc in a cramped highly concentrated pulverized coal stream and thereby increase the arc current. This provides an increase in process efficiency and an increase in plant capacity.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе розжига и стабилизации горения низкосортных углей, включающем измельчение угля, смешивание его с воздухом, генерирование электрической дуги, нагрев пылеугольной смеси в дуговой плазме, розжиг и стабилизацию горения пылеугольного потока, согласно изобретению, генерирование электрической дуги осуществляют в стесненном высококонцентрированном пылеугольнм потоке, для чего генерируют вспомогательную дугу и ее плазменными потоками возбуждают основную дугу, причем зону вспомогательной дуги смещают по мере эрозии электродов основной дуги. In order to achieve the technical result provided by the invention in the method of ignition and stabilization of combustion of low-grade coals, including grinding coal, mixing it with air, generating an electric arc, heating the pulverized coal mixture in an arc plasma, igniting and stabilizing the combustion of the pulverized coal stream, according to the invention, generating an electric arc is carried out in constrained by a highly concentrated pulverized coal flow, for which an auxiliary arc is generated and the main arc is excited by its plasma flows, In this case, the zone of the auxiliary arc is displaced as the electrodes of the main arc erode.
Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата стало также возможным благодаря плазменной пылеугольной горелке для розжига и стабилизации горения низкосортных углей, содержащей канал первичного воздуха с угольной пылью, завихритель вторичного воздуха и электродуговой плазмотрон, который имеет камеру, установленную в канале первичного воздуха с угольной пылью. В камере электродугового плазмотрона в ее нижней и верхней части по длине размещены стержневые электроды, а между электродами расположен плазмотрон-запальник двухстороннего истечения с механизмом перемещения, причем сопла плазмотрона-запальника сориентированы на концы стержневых электродов. The achievement of the technical result provided by the invention was also made possible thanks to a plasma pulverized coal burner for ignition and stabilization of combustion of low-grade coals containing a primary air channel with coal dust, a secondary air swirler and an electric arc plasmatron, which has a chamber mounted in the primary air channel with coal dust. Rod electrodes are placed in the chamber of the electric arc plasma torch in its lower and upper parts along the length, and a double-flow plasmatron-igniter with a movement mechanism is located between the electrodes, and the plasma torch-igniter nozzles are oriented at the ends of the rod electrodes.
Именно предлагаемая совокупность конструктивных признаков обеспечивает согласно способу зажигание электрической дуги в стесненном высококонцентрированном пылеугольном потоке, пространственную стабилизацию горения основной дуги и наращивание ее тока, а также перемещение зоны вспомогательной дуги по мере износа стрежневых электродов. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемые изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел, и могут быть использованы лишь совместно. It is the proposed combination of design features that according to the method ensures the ignition of an electric arc in a constrained highly concentrated pulverized coal stream, spatial stabilization of the main arc burning and increase of its current, as well as the movement of the auxiliary arc zone as the rod electrodes wear. This allows us to conclude that the proposed invention are so interconnected that they form a single inventive concept, and can only be used together.
При зажигании дуги в высококонцентрированном пылеугольном потоке обеспечивается более интенсивный тепломассообмен и повышается эффективность процесса розжига и стабилизации горения пылеугольного факела. Этому способствует также использование вспомогательной дуги, которая зажигает сильноточную дугу большого объема между стержневыми электродами. Очень важно подчеркнуть, что применение вспомогательной дуги обеспечивает пространственную стабилизацию горения основной дуги и позволяет существенно наращивать ее ток, а также значительно увеличить межэлектродное расстояние, например, в щелевых пылеугольных горелках. Перемещение зоны вспомогательной дуги по мере износа стержневых электродов значительно повышает ресурс плазменной горелки, так как при этом возможно использование всей длины подводящего канала аэросмеси (2-5 м). После полной выработки стержневых электродов производится их быстрая замена на новые и ресурс работы плазменной горелки может составить тысячу и более часов. Значительному ресурсу предложенной плазменной горелки способствует также ее работы в стационарном режиме, без частых повторных включений дуги (прототип). При этом отсутствует "пусковая" эрозия электродов, которая, как уже отмечалось, составляет 3 порядка от всей эрозии [10]
Увеличение тока дуги позволяет наращивать единичную мощность плазменной пылеугольной горелки до сотен киловатт, а следовательно, обеспечить розжиг и стабилизацию горения низкосортных углей в мощных энергоблоках без увеличения количества плазмотронов и источников питания. При использовании сильноточных дуг появляется возможность отказаться от высоких напряжений (10 кВ) и использовать стандартные трансформаторы на 0,4 кВ. При этом облегчаются условия электроизоляции элементов плазмотрона и повышается уровень техники безопасности на ТЭС.When the arc is ignited in a highly concentrated pulverized coal stream, more intense heat and mass transfer is provided and the efficiency of the process of ignition and stabilization of the combustion of the pulverized coal flame is increased. This is also facilitated by the use of an auxiliary arc, which ignites a high-current high-volume arc between the rod electrodes. It is very important to emphasize that the use of the auxiliary arc provides spatial stabilization of the combustion of the main arc and allows it to significantly increase its current, as well as significantly increase the interelectrode distance, for example, in slotted pulverized coal burners. Moving the zone of the auxiliary arc as the rod electrodes wear out significantly increases the resource of the plasma torch, since it is possible to use the entire length of the feed mixture of the air mixture (2-5 m). After the complete development of the rod electrodes, they are quickly replaced with new ones and the life of the plasma torch can be a thousand or more hours. A significant resource of the proposed plasma torch also contributes to its operation in a stationary mode, without frequent repeated switching on of the arc (prototype). In this case, there is no “starting" erosion of the electrodes, which, as already noted, is 3 orders of magnitude of all erosion [10]
An increase in the arc current allows one to increase the unit power of a plasma pulverized coal burner to hundreds of kilowatts, and therefore, to provide ignition and stabilization of combustion of low-grade coals in powerful power units without increasing the number of plasmatrons and power sources. When using high-current arcs, it becomes possible to abandon high voltages (10 kV) and use standard 0.4 kV transformers. At the same time, the conditions for the electrical insulation of the plasma torch elements are facilitated and the level of safety at thermal power plants is increased.
Таким образом, из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Thus, the prior art does not know technical solutions containing a combination of features similar or equivalent to those claimed. This allows us to conclude that the proposal meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
На фиг.1 изображена плазменная пылеугольная горелка, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 плазмотрон-запальник. Figure 1 shows a plasma pulverized coal burner, a longitudinal section; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 plasmatron-igniter.
Плазменная пылеугольная горелка содержит канал 1, по длине которой в нижней и верхней части установлены стержневые электроды 2. Между электродами 2 расположен плазмотрон-запальник 3 двухстороннего истечения с механизмом перемещения 4, причем сопла 5 плазмотрона-запальника 3 сориентированы на концы стержневых электродов 2. Канал 1 может иметь щелевую форму, либо цилиндрическую. Он размещается внутри канала 7 вторичного воздуха с завихрителем 8 по оси стандартной пылеугольной горелки вместо мазутной форсунки. В канале 1 движется стесненный пылеугольный поток в топку котлоагрегата. Механизм перемещения 4 выполнен в виде тяги с приводом. The plasma pulverized coal burner contains a
Предлагаемый способ розжига и стабилизации горения низкосортных углей осуществляется следующим образом. The proposed method of ignition and stabilization of combustion of low-grade coal is as follows.
Подготовленную аэросмесь подают в канал 1 плазменной пылеугольной горелки. В канале генерирует вспомогательную дугу в плазмотроне-запальнике 3 двухстороннего истечения. За счет сопел 5, сориентированных на концы стержневых электродов 2, плазменные потоки вспомогательной дуги замыкают электрическую цепь. При этом между концами стержневых электродов 2 возбуждается мощная электрическая дуга 6. Это дуга 6 стабилизируется в пространстве за счет вспомогательной дуги плазмотрона-запальника 3. Под действием плазмы сильноточного разряда 6 происходит интенсивный нагрев пылеугольного потока в условиях стесненного пространства камеры 1. При этом происходит выделение летучих и частичная газификация твердого топлива. Образующееся двухкомпонентное топливо, состоящее из горячего газа и нагретого коксового остатка, поступает в топку котлоагрегата. Здесь двухкомпонентное топливо, смешиваясь с вторичным воздухом, воспламеняется и осуществляется безмазутный розжиг и стабилизация горения низкосортных углей. По мере износа стержневых электродов 2 плазмотрон-запальник 3 перемещают в обратную сторону от топки. После выработки стержневых электродов 2 производится их замена на новые и процесс повторяется. The prepared aerosol mixture is fed into the
При проектировании плазменной горелки для розжига и стабилизации горения низкосортных углей, зная производительность котлоагрегата и теплотехнические характеристики сжигаемого угля, можно обычными инженерными методами [11] рассчитать основные параметры процесса и аппарата: мощность плазменной горелки, ток и напряжение дуги, диаметр и длину стержневых электродов, параметры плазмотрона-запальника, скорость его перемещения и т.д. When designing a plasma torch for ignition and stabilization of combustion of low-grade coals, knowing the performance of the boiler unit and the thermal characteristics of the coal burned, it is possible by conventional engineering methods [11] to calculate the main parameters of the process and apparatus: plasma torch power, arc current and voltage, diameter and length of rod electrodes, parameters of the igniter plasma torch, its speed of movement, etc.
П р и м е р. Котел ТПЕ-215 паропроизводительностью 670 т/ч, работающий на углях Холбольджинского месторождения (Республика Бурятия), оснащен плоскофакельными пылеугольными горелками, расположенными по углам топки. Расход угля через каждую горелку 5,8 т/ч. Характеристики угля: низшая теплотворная способность на рабочую массу 4020 ккал/кг, зольность 22% влажность 23% выход летучих 43% фракционный состав 6-8%
Электродуговой плазмотрон включал камеру диаметром 219 мм, в которой по длине в нижней и верхней части установлены стержневые электроды. Они изготовлены из графита и имеют длину 1000 мм и диаметр 35 мм. Между электродами расположен плазмотрон-запальник двухстороннего истечения с механизмом перемещения. Плазмотрон без водяного охлаждения с использованием в качестве плазмообразующего газа водяного пара. Сопла плазмотрона-запальника сориентированы на концы стержневых электродов. К указанным электродам подведено напряжение от тиристорного преобразователя через балластное сопротивление. Электродуговой плазмотрон располагается в канале первичного воздуха с угольной пылью на оси пылеугольной горелки вместо мазутной форсунки.PRI me R. The TPE-215 boiler with a steam capacity of 670 t / h, working on the coals of the Kholboldzhinsky deposit (Republic of Buryatia), is equipped with flat-flame dust-coal burners located at the corners of the furnace. Coal consumption through each burner is 5.8 t / h. Characteristics of coal: lower calorific value per working mass of 4020 kcal / kg, ash content 22% humidity 23% volatile yield 43% fractional composition 6-8%
The arc plasma torch included a chamber with a diameter of 219 mm, in which rod electrodes were installed along the length in the lower and upper parts. They are made of graphite and have a length of 1000 mm and a diameter of 35 mm. Between the electrodes is a plasmatron-igniter of two-sided flow with a movement mechanism. Plasmatron without water cooling using water vapor as a plasma-forming gas. The plasma torch-igniter nozzles are oriented at the ends of the rod electrodes. The voltage from the thyristor converter is supplied to the indicated electrodes through ballast resistance. An electric arc plasmatron is located in the primary air channel with coal dust on the axis of the pulverized coal burner instead of the fuel oil nozzle.
При работе котла производительностью 670 т/ч была включена плазменная горелка и подана аэросмесь. В канале аэросмеси начинает генерировать вспомогательная дуга в плазмотроне-запальнике двухстороннего истечения. Мощность запальника 10 кВт. Ее плазменные потоки, достигая концов стержневых электродов, замыкают электрическую цепь. При этом между стержневыми электродами возбуждается основная электрическая дуга. During the operation of the boiler with a capacity of 670 t / h, a plasma torch was turned on and an air mixture was supplied. An auxiliary arc begins to generate in the aerosol mixture channel in a double-flow igniter plasmatron. Igniter power 10 kW. Its plasma flows, reaching the ends of the rod electrodes, close the electric circuit. In this case, the main electric arc is excited between the rod electrodes.
Основная электрическая дуга, горящая между стержневыми электродами, стабилизируется в пространстве за счет вспомогательной дуги. Мощность основного плазмотрона 100 кВт, ток 330 А, напряжение 300 В. КПД плазмотрона 88%
В процессе работы плазменной горелки, по мере износа стержневых электродов, плазмотрон-запальник в обратную сторону от топки. Скорость перемещения плазмотрона-запальника 40 мм/ч.The main electric arc burning between the rod electrodes is stabilized in space due to the auxiliary arc. The power of the main plasma torch is 100 kW, current 330 A, voltage 300 V. The efficiency of the plasma torch is 88%
During the operation of the plasma torch, as the rod electrodes wear out, the plasma torch igniter is in the opposite direction from the furnace. The speed of the plasma torch igniter is 40 mm / h.
Основная дуга создает значительный плазменный факел, интенсивно нагревающий пылеугольный поток, движущийся в стесненном пространстве пылеугольной горелки. Пылеугольный факел имел светло-желтый цвет, его температура составляла 1670оС при расходе первичного воздуха 6000 м3/ч. При этом происходит выделение летучих и частичная газификация угля и образуется двухкомпонентное топливо, состоящее из горючего газа и нагретого коксового остатка. Полученное двухкомпонентное топливо поступает в топку котла, где смешиваясь со вторичным воздухом воспламеняется и производит безмазутный розжиг пылеугольного факела. Пылеугольный поток имел температуру 1050оС при расходе вторичного воздуха 33700 м3/ч. Относительные затраты электроэнергии на плазменную горелку при растопке пылеугольного факела равны 0,6%
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения состоит в повышении эффективности процесса розжига и стабилизации горения низкосортных углей, увеличении мощности установки, повышения ресурса аппарата и улучшении условий техники безопасности при обслуживании энергетического оборудования.The main arc creates a significant plasma torch, intensely heating the pulverized coal stream, moving in the cramped space of the pulverized coal burner. The pulverized coal flame had light yellow color, its temperature was 1670 ° C at a flow rate of primary air 6000 m 3 / h. In this case, volatile and partial gasification of coal occurs and a two-component fuel is formed, consisting of combustible gas and heated coke residue. The resulting two-component fuel enters the boiler furnace, where it mixes with the secondary air and ignites and produces a fuel-free ignition of the pulverized coal torch. The pulverized coal stream had a temperature of about 1050 C at a flow rate of secondary air 33700 m 3 / h. The relative energy costs of a plasma torch during the ignition of a coal-dust torch are 0.6%
The technical and economic efficiency of the proposed technical solution consists in increasing the efficiency of the ignition process and stabilizing the burning of low-grade coals, increasing the capacity of the installation, increasing the life of the apparatus and improving the safety conditions for maintenance of power equipment.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5046230 RU2059926C1 (en) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5046230 RU2059926C1 (en) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2059926C1 true RU2059926C1 (en) | 1996-05-10 |
Family
ID=21606247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5046230 RU2059926C1 (en) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2059926C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005103568A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-03 | Anatoly Timofeevich Neklesa | Device for plasma igniting and stabilising a coal-dust flame |
| RU2610370C1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-02-09 | Акционерное Общество "Сибтехэнерго" - инженерная фирма по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации электро-энергооборудования предприятий и систем | Method of black dust electrochemical flame combustion |
| RU2704178C1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Flare combustion device |
| WO2019221640A1 (en) | 2018-05-15 | 2019-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Device and method for flame combustion of fuel |
| RU2726023C1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-07-08 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method |
| CN113048473A (en) * | 2021-04-13 | 2021-06-29 | 山西文龙中美环能科技股份有限公司 | Peak-shaving plasma automatic ignition pulverized coal combustion stabilizer and combustion stabilizing method for coal-fired boiler |
-
1992
- 1992-06-05 RU SU5046230 patent/RU2059926C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Дорощук В.Е. и Рубан В.Б. Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. М.: Энергия, 1979. 2. Ибраев Ш.Ш., Яцкевия С.В. Стабилизация горения низкореакционных углей типа АШ на ТЭС /Энергетика и электрификация, 1991, N 1, с. 4 - 7. 3. GB, патент, 1585943, кл. H 4 P, 1981. 4. Моссэ А.Л., Буров И.С. Обработка дисперсных материалов в плазменных реакторах. Минск.: Наука и техника, 1989. 5. Николаев А.В. Плазменно-дуговой нагрев вещества Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука, 1979, с. 20 - 32. 6. Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. Киев.: Техника, 1971. 7. Ибраев Ш.Ш., Полячек М.М., Новиков Н.Л., Сейтимов Т.М., Плазменная горелка с источником питания для розжига и стабилизации горения Донецкого АШ. Плазменное воспламенение и сжигание топлив /Тезисы докладов межвузовской научно-технической конференции. НКН им.Макарова, Николаев, 1989, с. 33 - 34. 8. Сейтимов Т.М., Сакилов З.Б., Ибраев Ш.Ш. Плазмотрон для воспламенен * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005103568A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-03 | Anatoly Timofeevich Neklesa | Device for plasma igniting and stabilising a coal-dust flame |
| RU2610370C1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-02-09 | Акционерное Общество "Сибтехэнерго" - инженерная фирма по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации электро-энергооборудования предприятий и систем | Method of black dust electrochemical flame combustion |
| WO2019221640A1 (en) | 2018-05-15 | 2019-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Device and method for flame combustion of fuel |
| RU2704178C1 (en) * | 2019-02-21 | 2019-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Flare combustion device |
| RU2726023C1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-07-08 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Инжиниринг" | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method |
| CN113048473A (en) * | 2021-04-13 | 2021-06-29 | 山西文龙中美环能科技股份有限公司 | Peak-shaving plasma automatic ignition pulverized coal combustion stabilizer and combustion stabilizing method for coal-fired boiler |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1371905B1 (en) | Plasma igniter with assembled cathode | |
| RU2410603C1 (en) | Device of plasma ignition of dust-coal fuel | |
| US4862814A (en) | Pulverized fuel burner | |
| CN101886816A (en) | Improved plasma ignition nozzle of coal dust gasifier and mode | |
| US4089628A (en) | Pulverized coal arc heated igniter system | |
| RU2683052C1 (en) | Vortex kindling pulverized coal burner | |
| RU2059926C1 (en) | Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion | |
| JPS6235567B2 (en) | ||
| RU65177U1 (en) | BURNER | |
| RU2704178C1 (en) | Flare combustion device | |
| RU136131U1 (en) | DYNAMIC BOILER BURNING DIAGRAM BY WATER-COAL FUEL | |
| RU2731081C1 (en) | Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter | |
| RU2047048C1 (en) | Device for firing pulverized fuel | |
| RU2174649C2 (en) | Pulverized-coal lighting-up burner and method of its operation | |
| RU2201554C1 (en) | Method for plasma ignition of pulverized coal | |
| RU2812313C2 (en) | Method of plasma ignition of hard-flammable fuel-air mixtures and burner device for its implementation when starting boiler | |
| RU2054599C1 (en) | Method of kindling boiler unit | |
| RU2171429C1 (en) | Turbulent burner | |
| Yan | Ignition characteristics of lean coal used a novel alternating-current plasma arc approach | |
| RU2339878C2 (en) | Method of plasma-coal lighting up of boiler and associated plant | |
| EP3627047B1 (en) | Device and method for flame combustion of fuel | |
| RU2731087C1 (en) | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method | |
| RU2731139C1 (en) | Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method | |
| RU2128408C1 (en) | Plant for no-oil starting of pulverized-fuel boiler and illumination of flame pattern | |
| RU2742854C1 (en) | Method for ecologically clean kindling of boilers on generator gas with application of muffle furnace |