RU2145038C1 - Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере - Google Patents
Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145038C1 RU2145038C1 RU97120914A RU97120914A RU2145038C1 RU 2145038 C1 RU2145038 C1 RU 2145038C1 RU 97120914 A RU97120914 A RU 97120914A RU 97120914 A RU97120914 A RU 97120914A RU 2145038 C1 RU2145038 C1 RU 2145038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- jet
- plasma
- ignition
- prechamber
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение может быть использовано в котельных установках тепло- и электростанций, котлах малой и средней мощности, теплогенерирующих установках и в металлургической, строительной и др. отраслях промышленности и позволяет повысить эффективность и экономичность процессов зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива. Тепловую обработку распыленной струи топлива осуществляют у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500-750°С форкамере, при этом длину потока плазмы формируют исходя из определенного условия. 3 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к способам зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива (ВУТ), использующихся в топливной промышленности при сжигании нового вида топлива из угля - водоугольного топлива.
Известен способ зажигания водоугольного топлива, осуществляемый с помощью горящего слоя твердого топлива, являющимся одновременно стабилизатором горения /Исаев В. В. Исследование процесса сжигания отходов углеобогащения над слоем топлива. В сб. "Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения". М., "Наука", 1969, 212 с./.
Наиболее близким способом зажигания и стабилизации горения является способ, согласно которого тепловую обработку распыленной форсункой струи топлива осуществляют сжиганием дополнительного высокореакционного топлива (солярового масла, мазута и т.д.) и подогревом дутьевого воздуха /Некрасов В. Г. Исследование процессов распыливания водоугольных суспензий и форсунок для сжигания их. Автореф. дисс... канд.техн.наук. Алма-Ата, 1972, 16 с./.
Недостатками известных способов являются:
- сложность технологической схемы и ее эксплуатации;
- повышенные требования к взрыво- и пожаробезопасности установки;
- высокая инерционность технологической схемы;
- необходимость наличия двух видов топлива.
- сложность технологической схемы и ее эксплуатации;
- повышенные требования к взрыво- и пожаробезопасности установки;
- высокая инерционность технологической схемы;
- необходимость наличия двух видов топлива.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности и экономичности процессов зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива.
Для достижения поставленной цели тепловую обработку распыленной струи водоугольного топлива в форкамере осуществляют у корня струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500 - 750oC форкамере, при этом длину потока плазмы формируют исходя из условия
где l - длина потока плазмы;
d - характерный размер сечения распыленной струи топлива у устья струи;
D - двойное расстояние от начала потока плазмы до оси струи топлива;
α - характерный угол раскрытия распыленной струи топлива;
β - угол наклона оси потока плазмы к оси распыленной струи топлива;
S - расстояние от начала потока плазмы до плоскости, перпендикулярной оси струи топлива в месте установки форсунки.
где l - длина потока плазмы;
d - характерный размер сечения распыленной струи топлива у устья струи;
D - двойное расстояние от начала потока плазмы до оси струи топлива;
α - характерный угол раскрытия распыленной струи топлива;
β - угол наклона оси потока плазмы к оси распыленной струи топлива;
S - расстояние от начала потока плазмы до плоскости, перпендикулярной оси струи топлива в месте установки форсунки.
Таким образом, новыми отличительными признаками в предлагаемом способе являются:
- тепловая обработка распыленной струи топлива у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500 - 750oC форкамере;
- формирование длины потока плазмы осуществляют исходя из условия (1).
- тепловая обработка распыленной струи топлива у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500 - 750oC форкамере;
- формирование длины потока плазмы осуществляют исходя из условия (1).
Тепловая обработка распыленной струи топлива у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500 - 750oC форкамере позволяет обеспечить эффективный тепловой удар по движущимся с максимальной скоростью каплям распыленного водоугольного топлива. В результате такого удара капли дополнительно дробятся, поверхность соприкосновения топлива с окислителем резко возрастает, химические реакции интенсифицируются. В условиях высоких температур плазмы (2500 - 4000oC) происходит скоростной нагрев капель топлива, реакции окисления осуществляются практически в изотермических условиях, в результате количество выделяющихся парогазовых продуктов в 2-3 раза больше, чем при медленном нагреве. Полукоксовый остаток, содержащий 50 - 60% органической массы исходного угля в ВУТ, обладает еще достаточно высоким выходом летучих, имеет высокопористую структуру и горит очень активно (см. фиг. 2).
Предварительный разогрев форкамеры потоком плазмы до 500 - 750oC обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение всего потока распыленной струи водоугольного топлива. При этом ограничение 500oC принято для ВУТ, приготовленной из низкозольных углей (< 8%) с массовой долей твердого более 60% и выходом летучих не менее 40%, а 750oC - для ВУТ с зольностью угля более 14%, массовой долей твердого менее 57% и выходом летучих менее 25%.
Формирование длины потока плазмы согласно условию (1) обеспечивает пронизывание потоком плазмы всего сечения распыленной струи топлива. В результате тепловому удару потока плазмы подвергается максимальное количество распыленного в формкамере топлива.
Вывод условия (1) иллюстрируется на фиг. 1 и следующими выкладками.
Обозначим:
PM = S; PC = l1;
Из рисунка на фиг. 1 следует:
l1 = PL + LC; PL = PD - DL. (2)
Из ΔPDε
Из ΔDLB
Тогда
Согласно (3) и (6)
Из ΔOLC
OL = LB + OB. (9)
Из ΔDLB
или в соответствии с (5)
т.е. согласно (9)
Из ΔOCL
Таким образом,
В результате согласно (2) и формул (7) и (15) получим искомое условие (1) l ≥ l1, где
Полученное условие свидетельствует о том, что сформированный поток плазмы должен полностью пронизывать струю распыленного водоугольного топлива, что обеспечивает эффективное зажигание и стабилизацию его горения.
PM = S; PC = l1;
Из рисунка на фиг. 1 следует:
l1 = PL + LC; PL = PD - DL. (2)
Из ΔPDε
Из ΔDLB
Тогда
Согласно (3) и (6)
Из ΔOLC
OL = LB + OB. (9)
Из ΔDLB
или в соответствии с (5)
т.е. согласно (9)
Из ΔOCL
Таким образом,
В результате согласно (2) и формул (7) и (15) получим искомое условие (1) l ≥ l1, где
Полученное условие свидетельствует о том, что сформированный поток плазмы должен полностью пронизывать струю распыленного водоугольного топлива, что обеспечивает эффективное зажигание и стабилизацию его горения.
Таким образом, предлагаемый способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере реализуется следующим образом.
В форкамере для зажигания и горения водоугольного топлива установлен источник плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа. Источник плазмы включается и осуществляется прогрев форкамеры до температуры 500 - 750oC. Причем предварительный прогрев осуществляется до температуры 500oC при использовании ВУТ, приготовленной из углей с зольностью < 8%, выходом летучих не менее 40% и массовой долей твердого не менее 60%. Температура предварительного прогрева форкамеры должна быть повышена до 750oC при зольности угля в ВУТ более 14%, массовой доли твердого менее 57% и выходом летучих в угле менее 25%. Затем в форкамеру подается водоугольное топливо через форсунку, с помощью которой топливо под действием сжатого воздуха или водяного пара, или механического способа и т.д. распыляется, и в виде распыленной струи попадает в форкамеру.
Под действием тепловой обработки распыленной струи топлива у устья струи потоком термической плазмы осуществляется мощный тепловой удар, в результате которого летящие капли топлива дополнительно дробятся, раскрывая поверхность соприкосновения топлива с окислительными реагентами, генерируемыми потоком плазмы. Окислительные реакции резко интенсифицируются и осуществляется зажигание распыленной струи ВУТ. Эффективность указанных процессов обеспечивается также условием (1), по которому формируют необходимую длину потока плазмы.
Достижение поставленной в изобретении цели подтверждается стендовым экспериментом, поставленным нами в г. Кемерово (см. фиг. 2). В процессе эксперимента отрабатывался процесс зажигания ВУТ в зажигательной форкамере, имитирующей форкамеру на котле. Зажигательная форкамера была изготовлена из двух соосно расположенных труб Ду = 200 и 250 мм с толщиной стенки 10 мм. Длина соответствующих участков форкамеры составляла 500 и 400 мм. Внешняя поверхность форкамеры была обмурована теплоизоляционным материалом. На свободном конце трубы Ду = 200 мм установлен фланец для крепления форсунки, а на боковой поверхности врезана обсадная труба для установки плазмотрона. Угол наклона оси обсадной трубы к оси форкамеры равнялся 45o.
Плазмотрон (ЭДП-317) был разработан и изготовлен в ИТиПМ СО РАН.
Плазмотрон работал устойчиво как в режиме прогрева плазмы, так и при подаче суспензии через форсунку. В общей сложности 08.10.1997 г. плазмотрон проработал около 3-х часов. Затем плазмотрон был снят для проверки и чистки. Для снижения напряжения на дуге (270 - 275 В - предельное рабочее напряжение источника электропитания) был установлен анод с d2 = 10 мм, d3 = 16 мм, l2 = l3 = 50 мм.
Источник электропитания работал устойчиво без каких-либо замечаний.
10.10.1997 г. было осуществлено повторное зажигание ВУТ второй партии в форкамере. При этом было установлено:
- прогрев форкамеры в течение 25 мин, при мощности 32,5 кВт до температуры стенки 700 - 750oC;
- устойчивое зажигание было достигнуто при повышении мощности плазмотрона до 42 кВт;
- устойчивое горение ВУТ в течение 2,5 час, при этом мощность плазмотрона была снижена до 32 кВт, затем до 24 кВт, а затем плазмотрон был отключен;
- температура пламени ВУТ в форкамере достигла 950 - 1050oC;
- расход ВУТ составлял 100 - 130 кг/час;
- давление ВУТ - 0,6 - 1,5 кгс/см2;
- давление сжатого воздуха 6 кгс/см2.
- прогрев форкамеры в течение 25 мин, при мощности 32,5 кВт до температуры стенки 700 - 750oC;
- устойчивое зажигание было достигнуто при повышении мощности плазмотрона до 42 кВт;
- устойчивое горение ВУТ в течение 2,5 час, при этом мощность плазмотрона была снижена до 32 кВт, затем до 24 кВт, а затем плазмотрон был отключен;
- температура пламени ВУТ в форкамере достигла 950 - 1050oC;
- расход ВУТ составлял 100 - 130 кг/час;
- давление ВУТ - 0,6 - 1,5 кгс/см2;
- давление сжатого воздуха 6 кгс/см2.
Таким образом, установлено устойчивое зажигание и стабильное горение ВУТ с использованием термической обработки до 700 - 750oC форкамеры, а затем струи ВУТ потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа. При этом длина потока плазмы составляла более 20 см, что отвечало условию (1).
В настоящее время по предлагаемому способу отрабатывается технология зажигания и горения ВУТ на демонстрационной установке, включающей котел мощностью 0,3 Гкал/ч с форкамерой, плазмотроном и форсункой, емкость для хранения ВУТ, шланговый насос НП-25 для подачи ВУТ в форсунку, фильтр, циркуляционный контур с запорной и регулирующей арматурой, компрессор.
Техническая характеристика плазмотрона представлена в табл. 1.
Для распыления ВУТ использовалась форсунка, разработанная Новокузнецким ГНПП "Экотехника".
Техническая характеристика форсунки представлена в табл. 2.
Водоугольное топливо было доставлено автотранспортом с головных сооружений углепровода двумя партиями. Характеристика ВУТ представлена в табл. 3.
Предварительно были опробованы два типа распылительных насадок форсунки. По результатам испытаний была установлена распылительная насадка, обеспечивающая угол раскрытия факела не более 20o.
Процесс розжига факела водоугольного топлива осуществлялся в следующем порядке. Включался плазмотрон и осуществлялся прогрев форкамеры до появления светимости внутренней поверхности участка форкамеры с Ду = 200 мм. После прогрева форкамеры в течение 15 - 20 мин открывался кран на трубопроводе, осуществлялась подача ВУТ (100 - 150 кг/час). При работе плазмотрона были зафиксированы следующие параметры: d2 = 8 мм, d3 = 16 мм, l2 = 40 мм, l3 = 60 мм, расход воздуха G = 4,5 г/с, ток дуги I = 120 - 150 А, напряжение на дуге U = 250 - 270 В, мощность N = 30 - 40 кВт, длина потока плазмы 20 см.
Claims (1)
- Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере, включающий тепловую обработку распыленной форсункой струи топлива, отличающийся тем, что тепловую обработку распыленной струи топлива осуществляют у устья струи потоком термической плазмы, генерируемой электродуговым нагревателем газа, в предварительно разогретой потоком плазмы до 500 - 750oC форкамере, при этом длину потока плазмы формируют, исходя из условия
где l - длина потока плазмы;
d - характерный размер сечения распыленной струи топлива у устья струи;
D - двойное расстояние от начала потока плазмы до оси струи топлива;
α - характерный угол раскрытия распыленной струи топлива;
β - угол наклона оси потока плазмы к оси распыленной струи топлива;
S - расстояние от начала потока плазмы до плоскости, перпендикулярной оси струи топлива в месте установки форсунки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120914A RU2145038C1 (ru) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120914A RU2145038C1 (ru) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97120914A RU97120914A (ru) | 1999-09-10 |
RU2145038C1 true RU2145038C1 (ru) | 2000-01-27 |
Family
ID=20200092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97120914A RU2145038C1 (ru) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2145038C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525035C1 (ru) * | 2013-03-07 | 2014-08-10 | Андрей Валерьевич Шеленин | Водоугольная электростанция |
-
1997
- 1997-12-03 RU RU97120914A patent/RU2145038C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Исаев В.В. Исследование процесса сжигания отходов углеобогащения над слоем топлива. В сб.: Новые методы сжигания топлива и вопросы теории горения. М.: Наука, 1969, с. 212. * |
Некрасов В.Г. Исследование процессов распыливания водоугольных суспензий и форсунок для сжигания их. Автореферат диссертации. - Алма-Ата, 1972, с. 16. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525035C1 (ru) * | 2013-03-07 | 2014-08-10 | Андрей Валерьевич Шеленин | Водоугольная электростанция |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2450207C1 (ru) | Горелочное устройство | |
RU2410603C1 (ru) | Устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива | |
CN101324341B (zh) | 煤粉锅炉纯氧点火/稳燃装置及方法 | |
RU2457395C2 (ru) | Способ интенсификации сжигания твердого топлива | |
RU2198349C2 (ru) | Способ и реактор для сжигания горючих материалов | |
US1587197A (en) | Joint working of flames and arcs and apparatus therefor | |
RU2336465C2 (ru) | Способ плазменно-угольной растопки котла | |
CN105020743B (zh) | 一种燃料自氧化裂解轴向分级燃烧室 | |
RU2145038C1 (ru) | Способ зажигания и стабилизации горения водоугольного топлива в форкамере | |
RU2059926C1 (ru) | Способ сжигания низкосортных углей и плазменная пылеугольная горелка для его осуществления | |
CN210831968U (zh) | 一种二元卧式燃烧器 | |
EP0474899A1 (en) | Method and apparatus for generating plasma flame jet | |
JP2005098676A (ja) | 廃棄物溶融炉の羽口構造及び可燃性ダストの吹き込み方法 | |
RU2704178C1 (ru) | Устройство факельного сжигания топлива | |
RU2201554C1 (ru) | Способ плазменного розжига пылеугольного топлива | |
US1874341A (en) | Process of burning heavy oils | |
KR850000532A (ko) | 용광로 장치 | |
KR910006270B1 (ko) | 입자형 연료의 연소방법 | |
US3488129A (en) | Method of bursting liquid fuel with calcium carbonate | |
JPH06271307A (ja) | 高分子系廃棄物からの活性炭製造設備 | |
CN104848244B (zh) | 一种水解离混合气体燃料装置和方法 | |
CN1207167A (zh) | 锅炉装置点火的方法 | |
EP3627047B1 (en) | Device and method for flame combustion of fuel | |
RU2731087C1 (ru) | Способ факельного сжигания топливовоздушной смеси и устройство для реализации способа | |
RU2779675C1 (ru) | Способ факельного сжигания топливовоздушной смеси и устройство для реализации способа |