RU2180075C1

RU2180075C1 - Method and plant for no-oil starting of power boiler and for pulverized-fuel flame firing

Info

Publication number: RU2180075C1
Application number: RU2001105391A
Authority: RU
Inventors: С.Л. Буянтуев; Д.Б. Цыдыпов; С.Ф. Михайлов; А.П. Предеин; С.М. Легостаев; А.В. Елисафенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмотехБайкал"
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: power engineering; thermal power stations. SUBSTANCE: method involves following procedures: part of fuel-air mixture is separated from total flow, subjected to heat treatment, and then products of this process are mixed up with remaining part of fuel-air mixture within heating space. Novelty is that proposed plant implementing this method is provided, in addition, with new component in the form of internal pipe for carrying fuel to be thermally treated which has device for controlling proportion of components of fuel-air mixture conveyed to internal pipe from outside. EFFECT: improved conditions for fuel ignition and burnout; reduced combustible loss. 2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для безмазутной растопки котлоагрегата из холодного состояния до рабочего режима, а также для подсветки пылеугольного факела при работе котла. The present invention relates to energy and can be used in thermal power plants for oil-free kindling of a boiler from a cold state to an operating mode, as well as for illuminating a pulverized coal torch during operation of the boiler.

Известна установка, представляющая собой трехступенчатую схему сжигания топлива, в которой первой ступенью является камера термоподготовки, второй - камера смешения основного потока аэросмеси с высокотемпературным потоком, третьей - топочное пространство, где происходит взаимодействие вторичного воздуха с нагретой до температуры воспламенения пылеугольной смесью (см. М. Ф. Жуков, В. А. Неронов, В. П. Лукашов и др. Новые материалы и технологии. Экстремальные технические процессы. - Новосибирск: Наука, Сиб. от-е, 1992, с. 114). The installation is known, which is a three-stage fuel combustion scheme, in which the first stage is a heat treatment chamber, the second is a chamber for mixing the main flow of aerosol with a high-temperature flow, and the third is the combustion chamber, where secondary air interacts with a dust-coal mixture heated to ignition temperature (see M F. Zhukov, V. A. Neronov, V. P. Lukashov et al. New materials and technologies. Extreme technical processes. - Novosibirsk: Nauka, Sib. From-e, 1992, p. 114).

Однако такая схема увеличивает габариты всей плазменной горелки (длина до 6 м), усложняет управление процессом и снижает технико-экономические показатели. Кроме этого, такую громоздкую конструкцию в большинстве случаев невозможно состыковать с котлоагрегатами, находящимися в эксплуатации. However, such a scheme increases the dimensions of the entire plasma torch (length up to 6 m), complicates the process control and reduces the technical and economic indicators. In addition, such a bulky design in most cases cannot be docked with boilers in operation.

Известна установка для растопки котлоагрегата, включающая муфель с установленным на ее поверхности плазмотроном. При работе установки плазменную струю направляют встречно потоку аэросмеси, что способствует повышению интенсивности газификации, воспламенению аэросмеси и розжигу факела (см. RU 2054599, МПК F 23 С 5/24, опубл. 20.02.96, БИ 5). A known installation for kindling a boiler unit, comprising a muffle with a plasma torch mounted on its surface. During operation of the installation, the plasma jet is directed counter to the flow of aerosol, which helps to increase the intensity of gasification, ignition of the aerosol and torch ignition (see RU 2054599, IPC F 23 C 5/24, publ. 02.20.96, BI 5).

Однако при встречном направлении плазменной струи и потока аэросмеси не исключается возможность быстрого забивания угольной пылью плазмотрона в случае отказа системы воздухоснабжения. However, with the opposite direction of the plasma jet and the air mixture flow, the possibility of rapid clogging of the plasma torch with coal dust in the event of an air supply system failure is not ruled out.

Более гибкой в отношении качества углей является установка для безмазутной растопки пылеугольного котла, в которой нагрев аэросмеси, поступающей в прямоточную пылеугольную горелку, производится струйным плазмотроном, расположенным на ее боковой поверхности. Причем угол α между осью плазмотрона и осью горелки варьируется в пределах 30^o-150^o в зависимости от качества используемого угля. Меньший угол соответствует использованию угля с более высоким содержанием летучих. Увеличение угла (плазменная струя направлена встречно потоку аэросмеси) позволяет увеличить интенсивность смешения плазмы с аэросмесью (см. патент 2128408. МПК Н 05 В 7/18, опубл. 27.03.99, БИ 9).More flexible in terms of coal quality is the installation for oil-free kindling of a pulverized coal boiler, in which the heating of the air mixture entering the direct-flow pulverized coal burner is carried out by a jet plasmatron located on its side surface. Moreover, the angle α between the axis of the plasma torch and the axis of the burner varies between 30 ^o -150 ^o depending on the quality of the coal used. A smaller angle corresponds to the use of coal with a higher volatile content. The increase in the angle (the plasma jet is directed opposite to the flow of the aerosol) allows to increase the intensity of mixing of the plasma with the aerosol (see patent 2128408. IPC Н 05 В 7/18, publ. 27.03.99, BI 9).

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по совокупности признаков является установка для безмазутной растопки пылеугольного котла, включающая растопочную горелку прямоточного типа, которая представляет собой муфелизированную камеру термоподготовки с расположенным на ее боковой поверхности патрубком для ввода плазмы в эту камеру и размещенным в этом патрубке плазмотроном. Муфелизированная камера представляет собой две соосные трубы (внутренняя из нержавеющей стали), пространство между которыми заполняется высокотемпературным теплоизоляционным материалом (шамотобетон, карборунд и т. д. ). Поступающий вдоль оси камеры прямой незакрученный поток аэросмеси взаимодействует с вводимой через патрубок перпендикулярно оси камеры плазмой. Часть аэросмеси, контактирующая с плазмой, нагревается и воспламеняется, нагревая остальную аэросмесь в объеме муфелизированной камеры. Нагретая до температуры самовоспламенения топливная смесь вытекает в топочное пространство, где горение ее продолжается при смешении с вторичным воздухом. В этом случае время пребывания частиц угольной пыли в камере термоподготовки минимально. Такая установка хорошо зарекомендовала себя при использовании высокореакционных углей (см. Жуков М.Ф. и др. Низкотемпературная плазма. Т. 16, Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. - Новосибирск: Наука, 1995, с. 83-86, рис. 3.5б). The closest to the claimed invention in terms of features is an installation for oil-free kindling of a coal-fired boiler, including a direct-flow type ignition burner, which is a muffle-type heat treatment chamber with a nozzle for introducing plasma into this chamber and a plasmatron located in this nozzle. The muffle chamber consists of two coaxial pipes (internal stainless steel), the space between which is filled with high-temperature heat-insulating material (chamot concrete, carborundum, etc.). The direct untwisted stream of the mixture arriving along the chamber axis interacts with the plasma introduced through the pipe perpendicular to the chamber axis. The part of the air mixture in contact with the plasma is heated and ignited, heating the rest of the air mixture in the volume of the muffle chamber. The fuel mixture heated to a temperature of self-ignition flows into the combustion chamber, where its combustion continues when mixed with secondary air. In this case, the residence time of coal dust particles in the heat treatment chamber is minimal. Such an installation is well proven when using highly reactive coals (see Zhukov MF et al. Low-temperature plasma. Vol. 16, Plasma oil-free kindling of boilers and stabilization of the combustion of a pulverized coal torch. - Novosibirsk: Nauka, 1995, p. 83-86, Fig.3.5b).

Недостатком вышеописанной установки является то, что термоподготовке подвергается весь поток аэросмеси, вследствие чего процесс не является эффективным. Кроме того, изготовление муфелизированной камеры технически сложная и дорогая операция. The disadvantage of the above installation is that heat treatment is subjected to the entire flow of air mixtures, as a result of which the process is not effective. In addition, the manufacture of a muffle chamber is technically difficult and expensive.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности термоподготовки топлива и упрощении конструкции горелки. Кроме этого, данное изобретение позволяет отказаться от дорогостоящего теплоизоляционного материала и упрощает технологию изготовления горелки. The problem solved by the invention is to increase the efficiency of heat treatment of fuel and simplify the design of the burner. In addition, this invention eliminates the need for expensive insulating material and simplifies the manufacturing technology of the burner.

Технический результат изобретения - выделение части аэросмеси из общего потока, ее термоподготовка и последующее смешение продуктов этого процесса с остальной (основной) частью аэросмеси в топочном пространстве, позволяющее улучшить воспламенение и выгорание топлива, снизить мехнедожог. Задача решается без изменения габаритных размеров горелки, что является важным как с точки зрения минимальных затрат при использовании на действующих котлоагрегатах, так и с точки зрения сохранения параметров горелки. The technical result of the invention is the allocation of part of the mixture from the total stream, its heat treatment and subsequent mixing of the products of this process with the rest (main) part of the mixture in the furnace space, which allows to improve ignition and fuel burnout, to reduce mechanical burns. The problem is solved without changing the overall dimensions of the burner, which is important both from the point of view of minimum costs when used on existing boiler units, and from the point of view of preserving the burner parameters.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для безмазутной растопки пылеугольного котла и подсветки факела для низкореакционных углей, включающей муфелизированную камеру термоподготовки топлива с расположенным на ее боковой поверхности плазмотроном, согласно изобретению муфелизированная камера термоподготовки заменяется конструкцией, представляющей собой стандартную прямоточную горелку с коаксиально расположенной внутри нее трубой, в которую вводится плазменная струя плазмотрона, укрепленного на фланце патрубка, проходящего через стенку горелки перпендикулярно к ее оси и входящего во внутреннюю трубу. На входе горелки имеется устройство, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи. The specified technical result is achieved by the fact that in the installation for oil-free kindling of a pulverized-coal boiler and torch lighting for low-reaction coals, including a muffle chamber for heat treatment of fuel with a plasma torch located on its side surface, according to the invention, the muffle chamber for heat treatment is replaced by a design that is a standard direct-flow burner with coaxially inside it, a tube into which the plasma jet of the plasma torch is mounted, mounted on the flange of a tube passing through the wall of the burner perpendicular to its axis and entering the inner pipe. At the inlet of the burner there is a device that regulates the ratio of the parts of the air mixture directed into the inner pipe for heat treatment, and the air mixture flowing around the inner pipe from the outside.

Отличительным существенным признаком заявляемого изобретения является новый способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела, заключающийся в том, что плазменной термоподготовке, в отличие от прототипа, подвергается лишь часть аэросмеси путем добавления в установку нового конструктивного элемента, а именно внутренней трубы, внутри которой производится термоподготовка топлива, с устройством для регулирования соотношения частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи. Благодаря наличию указанных конструктивных решений происходит разделение потока аэросмеси на две части, в результате термоподготовки подвергается лишь часть аэросмеси, но с большей эффективностью. Кроме того, поток аэросмеси, обтекающий внутреннюю трубу снаружи, охлаждает ее. Поэтому внутреннюю трубу можно изготавливать из обыкновенной стали, что наряду с отказом от применения высокотемпературного теплоизолирующего материала уменьшает стоимость при минимальном изменении горелки. A distinctive essential feature of the claimed invention is a new method of oil-free kindling of a power boiler and lighting of a pulverized coal torch, which consists in the fact that plasma heat treatment, in contrast to the prototype, is subjected to only part of the air mixture by adding a new structural element to the installation, namely the inner pipe inside which is made thermal preparation of fuel, with a device for regulating the ratio of parts of the air mixture sent to the inner tube for thermal treatment, and aero impurity flowing around the outside of the inner tube. Due to the presence of the indicated design solutions, the air mixture is divided into two parts; as a result of heat treatment, only a part of the air mixture is exposed, but with greater efficiency. In addition, the flow of air mixture flowing around the inner pipe from the outside cools it. Therefore, the inner pipe can be made of ordinary steel, which, along with the rejection of the use of high-temperature insulating material, reduces the cost with a minimum change in the burner.

Таким образом, именно предлагаемая совокупность конструктивных признаков обеспечивает согласно изобретению достижение технического результата, заключающегося в выделении части аэросмеси из общего потока, ее термоподготовке и последующем смешении продуктов этого процесса с остальной (основной) частью аэросмеси в топочном пространстве, позволяющем улучшить воспламенение и выгорание топлива, снизить мехнедожог. Задача решается без изменения геометрии и основных габаритных размеров горелки, что является важным как с точки зрения минимальных затрат при использовании на действующих котлоагрегатах, так и с точки зрения сохранения конструктивных параметров горелки. Thus, it is the proposed combination of design features that according to the invention ensures the achievement of a technical result, which consists in isolating a part of the mixture from the general stream, its heat treatment and subsequent mixing of the products of this process with the rest (main) part of the mixture in the furnace space, which improves ignition and fuel burnup, reduce mensburn. The problem is solved without changing the geometry and basic dimensions of the burner, which is important both from the point of view of minimum costs when using on existing boiler units, and from the point of view of maintaining the design parameters of the burner.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed device set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, где изображена предлагаемая установка. The essence of the claimed invention is illustrated by the drawing, which shows the proposed installation.

Предлагаемый способ реализован в установке, которая содержит стандартную прямоточную горелку 1 с коаксиально расположенной внутри нее трубой 2, в которую вводится плазменная струя плазмотрона 3, укрепленного на фланце патрубка 4. Этот патрубок проходит через стенку горелки перпендикулярно к ее оси и входит во внутреннюю трубу. На входе горелки 1 имеется устройство 5, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку G₁, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи G₂.The proposed method is implemented in the installation, which contains a standard direct-flow burner 1 with a pipe 2 coaxially located inside it, into which the plasma jet of the plasma torch 3 is mounted, mounted on the flange of the pipe 4. This pipe passes through the burner wall perpendicular to its axis and enters the inner pipe. At the inlet of the burner 1 there is a device 5, which regulates the ratio of the parts of the air mixture directed into the inner tube for heat treatment G ₁ , and the air mixture flowing around the inner tube outside G ₂ .

Предлагаемая установка работает следующим образом. The proposed installation works as follows.

Поток аэросмеси поступает на устройство 5, регулирующее соотношение частей аэросмеси, направляемой во внутреннюю трубу на термоподготовку G₁, и аэросмеси, обтекающей внутреннюю трубу снаружи G₂. Поток аэросмеси G₁ поступает внутрь трубы 2, где подвергается воздействию плазменной струи, истекающей из плазмотрона 3, укрепленного на фланце патрубка 4. Поток аэросмеси G₂ обтекает внутреннюю трубу 2 снаружи. Продукты термоподготовки потока аэросмеси G₁ и поток аэросмеси G₂ встречаются на выходе горелки 1, где происходит их смешение и последующее горение в присутствии потока вторичного воздуха в топочном пространстве.The flow of air mixture enters the device 5, which regulates the ratio of the parts of the air mixture directed into the inner pipe for heat treatment G ₁ , and the air mixture flowing around the inner pipe outside G ₂ . The flow of air mixture G ₁ enters the pipe 2, where it is exposed to a plasma jet flowing out of the plasma torch 3, mounted on the flange of the pipe 4. The flow of air mixture G ₂ flows around the inner pipe 2 from the outside. The heat treatment products of the air mixture G ₁ and the air mixture G ₂ are found at the outlet of burner 1, where they are mixed and subsequently burned in the presence of a stream of secondary air in the furnace space.

Таким образом, предлагаемый способ безмазутной растопки энергетического котла и подсветки пылеугольного факела и установка для его осуществления позволяют повысить эффективность термоподготовки топлива и упростить конструкцию горелки по сравнению с прототипом. Thus, the proposed method of oil-free kindling of the energy boiler and illuminating the pulverized coal torch and installation for its implementation can improve the efficiency of heat treatment of fuel and simplify the design of the burner compared to the prototype.

Claims

1. The method of oil-free kindling of the boiler and the illumination of the pulverized coal torch in the fuel heat treatment chamber having a plasma torch on the side surface, characterized in that a direct-flow torch is used as a heat treatment chamber, the plasma torch of the plasma torch being introduced into the inner tube of the burner through which part of the air mixture passes, and a cold jet of air mixture is supplied outside this pipe to cool it and both jets are mixed at the outlet ends of both pipes with a stream of secondary air.

2. Installation for oil-free kindling of an energy boiler, comprising a fuel heat treatment chamber, characterized in that the fuel heat treatment chamber is made in the form of a direct-flow burner formed by coaxially placed pipes with a plasma torch mounted on a pipe flange passing through the wall of the external burner pipe perpendicular to its axis and entering the inner tube, and along the axis at the entrance to the inner tube there is a device for regulating the ratio of the parts of the air mixture directed into the inner tube at preparation, and air mixture flowing around the inner pipe from the outside.