RU2273797C1

RU2273797C1 - Method of starting boiler without fuel oil

Info

Publication number: RU2273797C1
Application number: RU2004125786/06A
Authority: RU
Inventors: Валентин Сергеевич Перегудов (RU); Валентин Сергеевич Перегудов; Владимир Ефремович Мессерле (KZ); Владимир Ефремович Мессерле
Original assignee: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-04-10

Abstract

FIELD: combustion.

SUBSTANCE: method comprises generating plasma jet in the plasma generator mounted at the inlet of muffle, supplying the jet in the muffle to the flow of dust-coal air mixture, igniting the air mixture when it interacts with the plasma jet, producing fuel mixture in the muffle as a result of partial combustion of coal dust, and supplying burning fuel mixture from the muffle to the boiler furnace to generate burning dust-coal torch. The automatic variation of the flow rate of the plasma-generating air to the plasma generator controls the voltage in the arc of the plasma generator thereby maintaining it within a given range.

EFFECT: enhanced stability of igniting and reliability of operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения (подсветки) факела в них.The invention relates to energy and can be used for kindling pulverized coal boilers and stabilize the combustion (backlight) of the torch in them.

Известен способ растопки котла, работающего на угольной пыли, и подсветки факела в нем посредством мазута или природного газа. В начальной стадии растопки в топке котла сжигают мазут (или природный газ), подаваемый через мазутные форсунки. С ростом температуры в топке расход мазута увеличивают. По мере прогрева топки и доведения ее состояния до задаваемого инструкцией по эксплуатации котла теплового уровня в топку подают угольную пыль. Угольная пыль подогревается горящим мазутом и воспламеняется. Расход пыли постепенно увеличивают, оставляя включенными мазутные форсунки. По достижении устойчивого горения пылеугольного факела и задаваемого инструкцией по эксплуатации уровня тепловой нагрузки котла мазутные форсунки отключают и дальнейший подъем нагрузки осуществляют увеличением расхода угольной пыли. В этом способе стабилизацию горения (подсветку) пылеугольного факела осуществляют путем сжигания мазута. При этом в работу включают требуемое для устойчивого горения факела количество форсунок. Поскольку реакционная способность мазута выше, чем угля, мазут горит устойчиво, температура в топке возрастает и горение угольной пыли стабилизируется. (Дорощук В.Е., Рубан В.Б. Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. - М.: Энергия, 1979).There is a method of kindling a coal dust boiler and illuminating a torch in it by means of fuel oil or natural gas. In the initial stage of kindling, fuel oil (or natural gas) fed through fuel oil nozzles is burned in the boiler furnace. With increasing temperature in the furnace, fuel oil consumption increases. As the furnace warms up and its state is brought to the thermal level set by the instruction manual for the boiler, coal dust is fed into the furnace. Coal dust is heated by burning fuel oil and ignited. Dust consumption is gradually increased, leaving fuel oil nozzles turned on. Upon reaching stable burning of the pulverized coal torch and the level of the heat load of the boiler specified by the operating instructions, the fuel oil nozzles are turned off and a further load increase is carried out by increasing the consumption of coal dust. In this method, stabilization of combustion (backlighting) of a pulverized coal torch is carried out by burning fuel oil. At the same time, the number of nozzles required for stable flame burning is included in the work. Since the reactivity of fuel oil is higher than coal, fuel oil burns steadily, the temperature in the furnace increases and the combustion of coal dust stabilizes. (Doroshchuk V.E., Ruban V.B. Boiler-houses and turbine units of power units with a capacity of 500 and 800 MW. - M .: Energy, 1979).

Однако совместное сжигание мазута и угля, оптимальные (с точки зрения величины коэффициента избытка воздуха) режимы горения которых различны, влечет ряд негативных последствий: повышается мехнедожог топлива, эмиссия оксидов азота и серы (при сжигании высокосернистых топочных мазутов), возрастает коррозия поверхностей нагрева, появляется такой канцероген, как пятиокись ванадия и т.д. Кроме того, стоимость мазута, как правило, в несколько раз превышает стоимость угля (в расчете на единицу условного топлива). Все это снижает эффективность топливоиспользования.However, co-firing of fuel oil and coal, the optimal (in terms of the coefficient of excess air) combustion modes of which are different, entails a number of negative consequences: increased fuel burn-up, emission of nitrogen and sulfur oxides (when burning high-sulfur heating oil), corrosion of heating surfaces increases, appears a carcinogen such as vanadium pentoxide, etc. In addition, the cost of fuel oil, as a rule, is several times higher than the cost of coal (per unit of standard fuel). All this reduces fuel efficiency.

Известен способ плазменного воспламенения пылеугольного топлива, заключающийся в генерировании струи низкотемпературной плазмы в плазмотроне, установленном на муфеле (камере термохимической подготовки), воспламенении струей плазмы пылеугольной аэросмеси, подаваемой в канал муфеля, и подаче нагретой топливной смеси из муфеля в топку котлоагрегата. Нагретая топливная смесь включает горючие в газовой фазе, коксовый остаток и газообразные продукты горения и имеет температуру выше температуры самовоспламенения. Она устойчиво воспламеняется и горит при смешении с вторичным воздухом в топке котлоагрегата (патент РФ 20544599, МПК F 23 С/24, опубл.20.02.96.). В процессе растопки плазмотрон периодически отключают: после прогрева камеры ТХП и достижения устойчивого горения факела его выключают; при снижении яркости факела плазмотрон вновь включают и далее цикл повторяется. Чрезвычайно важно включить плазмотрон в нужный момент, так как подача невоспламененной угольной пыли в недостаточно нагретую топку котла при его растопке категорически запрещается. Правилами технической эксплуатации котлоагрегатов. Этот способ можно использовать при сжигании высокореакционных углей.A known method of plasma ignition of pulverized coal fuel is to generate a jet of low-temperature plasma in a plasmatron mounted on a muffle (thermochemical preparation chamber), to ignite a plasma jet of pulverized coal mixture supplied to the muffle channel, and to supply the heated fuel mixture from the muffle to the boiler furnace. The heated fuel mixture includes combustibles in the gas phase, coke residue and gaseous products of combustion and has a temperature above the auto-ignition temperature. It is stably ignited and burns when mixed with secondary air in the furnace of the boiler (RF patent 20544599, IPC F 23 C / 24, publ. 02.20.96.). In the process of kindling, the plasmatron is periodically turned off: after the heating chamber has been heated up and steady flame has been reached, it is turned off; when the brightness of the torch decreases, the plasmatron is switched on again and then the cycle repeats. It is extremely important to turn on the plasma torch at the right time, since the supply of unflamed coal dust to an insufficiently heated boiler furnace during its kindling is strictly prohibited. Rules for the technical operation of boiler units. This method can be used when burning highly reactive coals.

Даже при постоянно работающем плазмотроне для воспламенения низкореакционных углей требуется значительно большая энергия источника воспламенения (Научно-технические основы и опыт эксплуатации плазменных систем воспламенения углей /Е.И.Карпенко, М.Ф.Жуков, В.Е.Мессерле, В.С.Перегудов и др. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1998. - 137с.; см. стр.81). При выключенном плазмотроне аккумулированной в муфеле тепловой энергии недостаточно для поддержания автотермического режима горения, т.е. обеспечить устойчивое горение низкореакционного угля этим способом невозможно.Even with a constantly working plasmatron, ignition of low-reaction coals requires a significantly higher energy of the ignition source (Scientific and technical basis and operating experience of plasma coal ignition systems / E.I. Karpenko, M.F.Zhukov, V.E. Messerle, V.S. Peregudov et al. - Novosibirsk: Science. Siberian Publishing Company RAS, 1998. - 137p .; see p. 81). When the plasma torch is off, the thermal energy accumulated in the muffle is not enough to maintain an autothermal combustion mode, i.e. It is impossible to provide stable combustion of low-reaction coal in this way.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ растопки котла, основанный на воспламенении пылеугольной аэросмеси плазменной струей (Научно-технические основы и опыт эксплуатации плазменных систем воспламенения углей / Е.И.Карпенко, М.Ф.Жуков, В.Е.Мессерле, В.С.Перегудов и др.-Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1998. - 137с.; см. стр.24 и далее). Плазменную струю генерируют электрической дугой в плазмотроне, который устанавливают на начальном участке муфеля плазменно-угольной горелки. В муфель подают поток пылеугольной аэросмеси и в этот поток вводят плазменную струю. В результате взаимодействия с плазменной струей происходит воспламенение и горение части угольной пыли. Благодаря этому нагревается вся аэросмесь внутри муфеля. Полученная в результате этого горящая топливная смесь поступает из муфеля в топку котла с образованием в топке горящего пылеугольного факела. Из-за дефицита окислителя в муфеле сгорает только часть летучих. В результате их горения остальная аэросмесь нагревается в нем до выхода летучих из остального угля и частичной газификации коксового остатка. В итоге в муфеле получают топливную смесь (горючие в газовой фазе плюс коксовый остаток плюс продукты сгоревшей части летучих), температура которой выше температуры самовоспламенения, и которая устойчиво воспламеняется и горит при смешении с вторичным воздухом в топке. Таким способом осуществляется и подсветка пылеугольного факела без использования второго вида топлива, но с обязательным применением низкотемпературной плазмы.Closest to the technical nature of the present invention is a method of kindling a boiler based on ignition of a pulverized coal mixture with a plasma jet (Scientific and technical basis and operating experience of plasma ignition systems of coal / E.I. Karpenko, M.F.Zhukov, V.E. Messerle , V.S. Peregudov, et al., Novosibirsk: Science, Siberian Publishing Company of the Russian Academy of Sciences, 1998. - 137 pp .; see p. 24 onwards). The plasma jet is generated by an electric arc in a plasma torch, which is installed in the initial section of the muffle of a plasma-coal burner. A pulverized-coal air mixture stream is fed into the muffle, and a plasma stream is introduced into this stream. As a result of interaction with a plasma jet, part of the coal dust ignites and burns. Thanks to this, the entire aerosol is heated inside the muffle. The resulting burning fuel mixture flows from the muffle into the boiler furnace with the formation of a burning pulverized coal torch in the furnace. Due to the deficiency of the oxidizing agent in the muffle, only part of the volatiles burns out. As a result of their combustion, the rest of the aerosol is heated in it until volatile from the rest of the coal and partial gasification of the coke residue. As a result, a fuel mixture is obtained in the muffle (combustible in the gas phase plus coke residue plus products of the burnt part of the volatile), the temperature of which is higher than the self-ignition temperature, and which stably ignites and burns when mixed with secondary air in the furnace. In this way, the pulverized coal torch is also illuminated without the use of a second type of fuel, but with the obligatory use of low-temperature plasma.

Растопка котла плазменным безмазутным способом начинается включением плазмотронов и подачей угольной пыли в горелки с муфелями, оснащенными плазмотронами. С момента подачи угольной пыли в топке появляется активно горящий пылеугольный факел. Расход пыли через эти горелки постепенно увеличивают, и температура в топке возрастает. По достижении теплового уровня топки, указанного в Инструкции по эксплуатации котла для аналогичных условий режима растопки посредством мазута, в топку подают угольную аэросмесь через горелки, не оснащенные плазмотронами, с последующим увеличением ее расхода. Плазмотроны поочередно отключают при достижении тепловой нагрузки, аналогичной указанному в Инструкции моменту отключения мазутных форсунок при растопке мазутом. Безмазутную подсветку пылеугольного факела осуществляют, согласно этому способу, аналогично растопке: включают плазмотроны и подают угольную пыль в горелки, на которых они установлены. Количество включаемых плазмотронов определяется конкретными условиями работы котла и подбирается экспериментально.The kindling of the boiler by a plasma oil-free method begins with the inclusion of plasmatrons and the supply of coal dust into burners with muffles equipped with plasmatrons. From the moment of supply of coal dust, an actively burning pulverized coal torch appears in the furnace. Dust consumption through these burners is gradually increased, and the temperature in the furnace increases. Upon reaching the thermal level of the furnace, specified in the Instructions for use of the boiler for similar conditions of the kindling mode by means of fuel oil, the coal air mixture is fed into the furnace through burners not equipped with plasmatrons, with a subsequent increase in its consumption. The plasma torches are switched off one by one upon reaching a heat load similar to that specified in the Instructions for the moment of disconnection of fuel oil nozzles during kindling with fuel oil. The oil-free backlight of the pulverized coal torch is carried out, according to this method, similarly to kindling: plasma torches are turned on and coal dust is fed into the burners on which they are installed. The number of included plasmatrons is determined by the specific conditions of the boiler and is selected experimentally.

Однако в этом известном способе не предусмотрены действия, обеспечивающие достижение указанного ниже технического результата. Действительно, растопка котла осуществляется в течение нескольких часов (4-6 и более), а подсветка может быть постоянной - т.е. система плазменного воспламенения пылеугольной аэросмеси находится в работе постоянно. Во время работы плазмотрона возможно изменение напряжения на дуге, например из-за изменения расхода через него плазмообразующего воздуха как результат колебания давления в системе воздухоснабжения. При этом с увеличением расхода воздуха напряжение источника электропитания может оказаться недостаточным для устойчивого горения дуги и она погаснет. Все это создает условия, при которых растопка котла может быть приостановлена. Напомним, что в соответствии с Правилами технической эксплуатации котлов и в целях взрывобезопасности не допускается поступление в холодную (или недостаточно нагретую) топку невоспламененной угольной пыли. В случае плазменной растопки котла посредством нескольких плазменно-угольных горелок при погасании факела одной из них в топку начнет поступать невоспламененная пылеугольная аэросмесь, в результате чего возникнет взрывоопасная ситуация и потребуется экстренное прекращение подачи пыли в эту горелку. Для котла с системой пылеприготовления с прямым вдуванием пыли в этом случае наиболее вероятной операцией будет выключение мельницы и останов растопки котла. Это связано с неизбежными экономическими потерями. В противоположном случае, при уменьшении давления в системе воздухоснабжения и расхода плазмообразующего воздуха через плазмотрон, напряжение на дуге понизится, снизится мощность плазменной струи и надежность воспламенения угольной пыли. Возможно погасание факела данной горелки и общего факела в топке с указанными выше негативными последствиями. Современные источники электропитания плазмотронов обеспечивают достаточно высокую стабильность заданного тока дуги при изменении расхода плазмообразующего воздуха. Поэтому для поддержания постоянной мощности, подводимой к плазмотрону, в этом случае достаточно поддерживать постоянным напряжение на дуге. В дополнение к этому, при пониженном расходе воздуха в плазмотронах с газодинамическим перемещением приэлектродных участков дуги (которые чаще всего используются в рассматриваемых процессах) возрастает эрозия электродов. На поверхности электрода появляются впадины, которые быстро прогрессируют даже при восстановленном расходе воздуха, значительно сокращая его ресурс. Поэтому важно поддерживать напряжение на дуге плазмотрона в определенных пределах. Напряжение на дуге может изменяться и под действием других факторов. Например, в результате образования окисной пленки в зоне привязки дуги на поверхности медного электрода по мере увеличения времени его работы напряжение на дуге возрастает. Корректировать его и в этом случае можно изменением расхода плазмообразующего воздуха.However, this known method does not provide for actions to achieve the following technical result. Indeed, the boiler is kindled for several hours (4-6 or more), and the backlight can be constant - i.e. The pulverized-coal air plasma ignition system is in operation continuously. During the operation of the plasma torch, a change in the voltage on the arc is possible, for example, due to a change in the flow of plasma-forming air through it as a result of pressure fluctuations in the air supply system. In this case, with an increase in air flow, the voltage of the power supply may not be sufficient for stable burning of the arc and it will go out. All this creates the conditions under which the kindling of the boiler can be suspended. Recall that, in accordance with the Rules for the technical operation of boilers and for explosion safety, it is not allowed to enter the cold (or insufficiently heated) fire chamber of non-ignited coal dust. In the case of a plasma kindling of the boiler by means of several plasma-coal burners, when one of them is extinguished, an un ignited pulverized coal mixture will begin to enter the furnace, as a result of which an explosive situation will arise and an emergency stopping of dust supply to this burner will be required. For a boiler with a dust preparation system with direct blowing of dust in this case, the most likely operation will be to turn off the mill and stop the kindling of the boiler. This is due to unavoidable economic losses. In the opposite case, with a decrease in pressure in the air supply system and the plasma-forming air flow through the plasma torch, the arc voltage will decrease, the power of the plasma jet and the reliability of ignition of coal dust will decrease. It is possible to extinguish the torch of this burner and the general torch in the furnace with the above negative consequences. Modern power sources of plasmatrons provide a sufficiently high stability of a given arc current when changing the flow rate of plasma-forming air. Therefore, in order to maintain a constant power supplied to the plasmatron, in this case it is sufficient to maintain a constant voltage across the arc. In addition, with a reduced air flow rate in the plasma torches with gas-dynamic movement of the near-electrode sections of the arc (which are most often used in the processes under consideration), erosion of the electrodes increases. Depressions appear on the surface of the electrode, which rapidly progress even with restored air flow, significantly reducing its resource. Therefore, it is important to maintain the voltage across the plasma torch arc within certain limits. The voltage on the arc can also change under the influence of other factors. For example, as a result of the formation of an oxide film in the zone of arc attachment on the surface of a copper electrode, the voltage on the arc increases as its operating time increases. Correct it in this case, you can change the flow rate of plasma-forming air.

В основу изобретения положена задача создания способа плазменной растопки котла и подсветки факела, который позволяет повысить надежность воспламенения плазмой угольной аэросмеси внутри горелки и топливной смеси на выходе ее из муфеля в топку, а также увеличить ресурс работы плазмотрона и, тем самым, повысить стабильность процесса растопки (подсветки) в целом при сохранении (а возможно и снижении) подводимой к плазмотрону электрической мощности. При этом достигаются технические результаты, заключающиеся: в повышении надежности и устойчивости воспламенения вытекающей из муфеля топливной смеси; исключении аварийного останова оборудования из-за обрыва дуги в плазмотроне или погасании факела на выходе муфеля; повышении безопасности работы котла при плазменной растопке (подсветке) благодаря исключению взрывоопасной ситуации в топке; снижении износа электродов плазмотрона. В итоге это повышает эффективность процессов растопки котла и подсветки факела.The basis of the invention is the creation of a method for plasma kindling of a boiler and torch lighting, which improves the reliability of plasma ignition of coal air mixture inside the burner and the fuel mixture at its outlet from the muffle into the furnace, and also increase the life of the plasma torch and, thereby, increase the stability of the kindling process (backlight) as a whole while maintaining (and possibly reducing) the electric power supplied to the plasmatron. At the same time, technical results are achieved, consisting of: increasing the reliability and stability of ignition of the fuel mixture flowing from the muffle; elimination of emergency equipment shutdown due to arc break in the plasma torch or the extinction of the torch at the outlet of the muffle; increasing the safety of the boiler during plasma kindling (lighting) due to the exclusion of an explosive situation in the furnace; reduced wear on the plasma torch electrodes. As a result, this increases the efficiency of the boiler kindling and torch lighting processes.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе растопки котла путем получения плазменной струи, генерируемой электрической дугой в плазмотроне, установленном на входе муфеля, вводом этой плазменной струи внутрь муфеля в подаваемый в него поток пылеугольной аэросмеси, воспламенения аэросмеси в результате взаимодействия с плазменной струей, получения в муфеле топливной смеси в результате частичного горения угольной пыли, подачи этой горящей топливной смеси из муфеля в топку котла с образованием в топке горящего пылеугольного факела согласно изобретению - по сигналу датчика величины напряжения на дуге плазмотрона автоматическим варьированием расхода плазмообразующего воздуха изменяют напряжение на дуге плазмотрона, поддерживая его в пределах от U_min до U_max. Максимальное значение напряжения U_max выбирают экспериментально для данных условий, определяемых параметрами электрической цепи и характеристиками плазмотрона, напряжением электрической сети и его возможными колебаниями. Оно должно быть по возможности близко к напряжению, при котором происходит обрыв электрической дуги и, в то же время, обеспечивать стабильную (без обрыва дуги) работу плазмотрона. В случае, если для увеличения ресурса работы электрода используется осевое сканирование электродного пятна дуги (Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела / Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др.- Новосибирск: Наука. - 1995. - 304 с.; см. стр.198-199), минимальное значение напряжения U_min может быть принято равным U_min=U_max-U, где U - колебание напряжения в результате сканирования. В отсутствии сканирования U_min может быть задано на 1-2% ниже U_max.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of kindling the boiler by obtaining a plasma jet generated by an electric arc in a plasma torch installed at the inlet of the muffle, by introducing this plasma jet into the muffle into the supplied pulverized coal mixture flow, igniting the air mixture as a result of interaction with by a plasma jet, obtaining a fuel mixture in a muffle as a result of partial combustion of coal dust, supplying this burning fuel mixture from a muffle to a boiler furnace with images by burning a pulverized coal-burning torch according to the invention in the furnace, according to the sensor signal, the voltage on the plasma torch arc automatically changes the plasma-forming air flow by varying the voltage on the plasma torch arc, maintaining it in the range from U _min to U _max . The maximum voltage value U _{max is} chosen experimentally for these conditions, determined by the parameters of the electric circuit and the characteristics of the plasma torch, the voltage of the electric network and its possible fluctuations. It should be as close as possible to the voltage at which the breakdown of the electric arc occurs and, at the same time, ensure stable (without breaking the arc) operation of the plasma torch. If axial scanning of the electrode spot of the arc is used to increase the service life of the electrode (Plasma oil-free kindling of boilers and stabilization of the combustion of a dust-coal torch / MF Zhukov, EI Karpenko, BC Peregudov et al. - Novosibirsk: Nauka. - 1995 . - 304 s .; see pages 198-199), the minimum voltage U _min can be taken to be U _min = U _max -U, where U is the voltage fluctuation as a result of scanning. In the absence of scanning, U _min can be set 1-2% lower than U _max .

Таким образом, в отличие от аналога, где предусматривается выключение плазмотрона после прогрева муфеля при продолжающейся подаче в него угольной аэросмеси, или прототипа, где в процессе растопки котла плазмотрон должен работать непрерывно, но мер, обеспечивающих стабильную его работу, не принято, в заявляемом способе обеспечивается поддержание стабильной работы плазмотрона и мощности плазменной струи, что повышает надежность воспламенения и стабильность горения пылеугольного факела в топке котла.Thus, in contrast to the analogue, where it is planned to turn off the plasma torch after heating the muffle with continued supply of coal air mixture, or the prototype, where the plasma torch should work continuously during the kindling of the boiler, but no measures have been taken to ensure its stable operation, in the inventive method it ensures the stable operation of the plasma torch and the power of the plasma jet, which increases the reliability of ignition and the stability of the combustion of the pulverized coal flame in the boiler furnace.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где схематично показан муфель 1, в который подают поток аэросмеси 3. В аэросмесь вводят струю низкотемпературной плазмы 12, генерируемую в плазмотроне 2. Плазмообразующий воздух из системы 6 через управляющие вентили 4 и 4' подается в две закруточные камеры плазмотрона. Для определенности будем рассматривать плазмотрон двухкамерной схемы. (Описание такого плазмотрона см., например, в книге: Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела / Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. - Новосибирск: Наука. - 1995. - 304 с.; стр.198 - 199.). Хотя в большей части плазмотронов других схем напряжение на дуге плазмотрона также находится в прямой зависимости от расхода плазмообразующего газа. Электропитание плазмотрона осуществляют от источника постоянного тока 10. Пылеугольная аэросмесь 3 воспламеняется плазменной струей 12 и поступает в топочную камеру 11.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a muffle 1, into which a stream of aerosol is supplied 3. A jet of low-temperature plasma 12, generated in a plasma torch 2, is introduced into the aerosol. For definiteness, we will consider a plasmatron of a two-chamber circuit. (For a description of such a plasma torch, see, for example, the book: Plasma oil-free kindling of boilers and stabilization of the combustion of a pulverized coal torch / Zhukov MF, Karpenko EI, Peregudov BC et al. - Novosibirsk: Nauka. - 1995. - 304 p. .; p .98 - 199.). Although in most plasmatrons of other schemes, the voltage across the arc of the plasmatron is also directly dependent on the flow rate of the plasma-forming gas. The plasma torch is powered from a direct current source 10. The pulverized coal mixture 3 is ignited by a plasma jet 12 and enters the combustion chamber 11.

Растопку котла согласно предлагаемому способу осуществляют следующими операциями. Выполняют подготовительные работы согласно Инструкции по плазменной растопке котла. Включением источника электропитания 10 зажигают электрическую дугу в плазмотроне 2. При этом на выходе из плазмотрона в муфель появляется струя плазмы 12. Включением соответствующих механизмов (например, электродвигателя пылепитателя - штатный элемент котельного оборудования - не показан) подают угольную пыль в смеси с первичным воздухом - аэросмесь - 3 в муфель 1. В результате взаимодействия с плазмой 12 часть аэросмеси воспламеняется. Небольшая доля угля сгорает, нагревая остальную аэросмесь до выхода летучих и частичной газификации коксового остатка. Образовавшаяся в муфеле топливная смесь поступает в топку 11, где она активно горит. При этом выделяется значительное количество тепла, необходимого для разогрева топки. Количество подводимого тепла в топку регулируют изменением расхода угля, подаваемого в муфель, и количеством включенных в работу муфелей с плазмотронами. Аналогичные действия выполняют при включении в работу плазменных систем для поддержания стабильности горения (подсветки) пылеугольного факела в топке котла. Количество включаемых для подсветки муфелей с плазмотронами зависит от конкретных условий и определяется оперативным персоналом по эксплуатации котла. Однако оно, как правило, меньше требуемого количества при растопке котла из холодного состояния. Необходимые при растопке котла и подсветке факела стабильность параметров плазменной струи и надежность работы плазмотрона, согласно изобретению, обеспечивают следующими приемами. Сигнал 8, характеризующий напряжение 9 на дуге плазмотрона 2, подают в микропроцессор 7, где он сравнивается с заданными величинами U_max и U_min. Если напряжение на дуге окажется больше U_max, то микропроцессор дает сигнал в электропривод 5 на частичное закрытие вентиля 4, регулирующего расход воздуха, например, во вторую (по потоку воздуха в канале двухкамерного плазмотрона) закруточную камеру. При этом, как только напряжение на дуге станет меньше U_max, микропроцессор 7 даст сигнал на выключение электропривода 5, и закрытие вентиля 4 прекратится. Если же напряжение на дуге окажется меньше U_max и меньше U_min, то микропроцессор 7 даст сигнал в электропривод 5 на частичное открытие вентиля 4. Его открытие будет осуществляться до того момента, когда напряжение на дуге превысит U_min. В процессе закрытия (открытия) вентиля 4 микропроцессор 7 сравнивает сигнал 8 напряжения на дуге с заданными значениями U_max и U_min. Таким путем напряжение на дуге будет поддерживаться в пределах от U_max до U_min. Если по какой-то причине (например, низкое давление в системе воздухоснабжения плазмотрона) напряжение на дуге не может быть установлено в заданных пределах, микропроцессор включает сигнал (световой или звуковой) на пульте оператора плазменной системы.The kindling of the boiler according to the proposed method is carried out by the following operations. Perform preparatory work in accordance with the Instructions for the plasma kindling of the boiler. By turning on the power source 10, an electric arc is ignited in the plasma torch 2. In this case, a plasma jet 12 appears at the exit from the plasma torch into the muffle. By turning on the appropriate mechanisms (for example, the dust collector electric motor - a standard element of boiler equipment - not shown), coal dust is mixed with primary air - aerosol mixture - 3 to muffle 1. As a result of interaction with plasma 12, a part of the aerosol mixture is ignited. A small fraction of the coal burns out, heating the rest of the air mixture until volatile and partial gasification of the coke residue is released. The fuel mixture formed in the muffle enters the furnace 11, where it is actively burning. At the same time, a significant amount of heat is needed to heat the furnace. The amount of heat supplied to the furnace is controlled by changing the flow rate of coal supplied to the muffle, and the number of muffles included in the operation of the muffle with plasmatrons. Similar actions are performed when plasma systems are turned on to maintain the stability of combustion (illumination) of the pulverized coal flame in the boiler furnace. The number of muffles with plasmatrons that are turned on for illumination depends on the specific conditions and is determined by the operational personnel for the operation of the boiler. However, it is usually less than the required amount when the boiler is kindled from a cold state. The stability of the parameters of the plasma jet and the reliability of the plasma torch, required by the kindling of the boiler and torch lighting, according to the invention, are ensured by the following methods. The signal 8, characterizing the voltage 9 on the arc of the plasma torch 2, is fed to the microprocessor 7, where it is compared with the specified values of U _max and U _min . If the arc voltage is greater than U _max , then the microprocessor gives a signal to the electric actuator 5 to partially close the valve 4, which regulates the air flow, for example, into the second swirl chamber (by the air flow in the channel of the two-chamber plasma torch). In this case, as soon as the voltage on the arc becomes less than U _max , the microprocessor 7 will give a signal to turn off the electric drive 5, and the closing of the valve 4 will stop. If the voltage on the arc is less than U _max and less than U _min , then the microprocessor 7 will give a signal to the electric actuator 5 to partially open the valve 4. Its opening will be carried out until the voltage on the arc exceeds U _min . In the process of closing (opening) the valve 4, the microprocessor 7 compares the voltage signal 8 on the arc with the specified values of U _max and U _min . In this way, the arc voltage will be maintained in the range from U _max to U _min . If for some reason (for example, low pressure in the air supply system of the plasma torch) the arc voltage cannot be set within the specified limits, the microprocessor turns on the signal (light or sound) on the operator panel of the plasma system.

Подобными операциями с электроприводом 5' и вентилем 4' может осуществляться варьирование расхода воздуха в первую камеру плазмотрона, а с ним и напряжения на дуге. Очередность включения электропривода 5 или 5' задается программой, заложенной в микропроцессор. Электропривод 5 (5') для рассматриваемых целей используется тот же, что обеспечивает изменение расхода плазмообразующего воздуха с целью сканирования приэлектродного пятна дуги по поверхности электрода в осевом направлении. По истечении заданного срока работы электрода с привязкой дуги к его поверхности в заданной области автоматическое смещение привязки дуги на другую область поверхности осуществляется сигналами микропроцессора посредством этих же электроприводов.Similar operations with the electric actuator 5 'and the valve 4' can be carried out by varying the air flow into the first chamber of the plasma torch, and with it the voltage across the arc. The sequence of turning on the electric drive 5 or 5 'is set by the program embedded in the microprocessor. The electric drive 5 (5 ') for the purposes under consideration is used the same, which provides a change in the flow of plasma-forming air in order to scan the near-electrode spot of the arc along the electrode surface in the axial direction. After a predetermined period of operation of the electrode with an arc snap to its surface in a given area, the automatic shift of the arc snap to another surface area is carried out by microprocessor signals using the same electric drives.

Пример 1. Котел ТП-170 имеет 6 пылеугольных горелок. Система пылеприготовления - с промбункером. Для обеспечения его растопки и подсветки факела без использования мазута котел оснащен двумя плазменными системами, каждая из которых включает муфель с установленным на нем плазмотроном постоянного тока двухкамерной схемы мощностью до 100 кВт. Схема этих систем аналогична приведенной на чертеже. В котле сжигают уголь с характеристиками: Q^р _н=5100 ккал/кг, А^р=19,3%, V^Г=17,2%. Тонина помола угольной пыли характеризуется остатком на сите R₉₀=12,5%. Растопку котла, согласно изобретению, осуществляли следующими операциями. После подготовки к растопке согласно инструкции по эксплуатации котла включили подачу первичного воздуха в муфели. В соответствии с инструкцией по плазменной растопке котла выполнили подготовку плазменных систем к работе и включением источника электропитания осуществили запуск каждого плазмотрона. Регулированием расхода плазмообразующего воздуха установили напряжение на дуге в пределах 370-375 В и регулированием тока дуги задали мощность, подводимую к плазмотрону, 85-90 кВт. Предварительно было установлено, что напряжение, при котором наблюдается обрыв дуги, равно 380(+5) В. В программу микропроцессора введено максимально допустимое напряжение на дуге U_max=375 В, при превышении которого он подает сигнал на частичное закрытие вентиля подачи плазмообразующего воздуха во вторую (по потоку газа в канале) камеру плазмотрона. По достижении напряжения на дуге 375 В по сигналу микропроцессора электропривод вентиля выключается. Также в программе микропроцессора задано минимально допустимое напряжение на дуге, равное U_min=370 В. При уменьшении напряжения от этого значения микропроцессор подает сигнал на дополнительное открытие указанного выше вентиля и по достижении значения напряжения 370 В он дает сигнал на выключение электропривода вентиля. Предусмотрено, что в случае, если такие операции не приводят к установлению напряжения на дуге в пределах 370-375 В микропроцессор, в соответствии с введенной в него программой, включает световой сигнал на пульте оператора.Example 1. The TP-170 boiler has 6 pulverized coal burners. Dust preparation system - with industrial hopper. To ensure its kindling and illumination of the torch without the use of fuel oil, the boiler is equipped with two plasma systems, each of which includes a muffle with a dual-chamber direct current plasma torch installed on it with a power of up to 100 kW. The diagram of these systems is similar to that shown in the drawing. Coal is burned in the boiler with the characteristics: Q ^p _n = 5100 kcal / kg, A ^p = 19.3%, V ^G = 17.2%. The fineness of coal dust grinding is characterized by a sieve residue of R ₉₀ = 12.5%. The kindling of the boiler, according to the invention, was carried out by the following operations. After preparation for kindling, according to the boiler operating instructions, the primary air supply to the muffles was turned on. In accordance with the instructions for the plasma kindling of the boiler, the plasma systems were prepared for operation and each plasma torch was started by switching on the power source. By adjusting the flow rate of the plasma-forming air, the arc voltage was set within 370-375 V, and by adjusting the arc current, the power supplied to the plasmatron was set to 85-90 kW. It was previously established that the voltage at which the arc break is observed is 380 (+5) V. The maximum allowable voltage on the arc U _max = 375 V is entered into the microprocessor program, when it is exceeded, it signals the partial closure of the plasma-forming air supply valve during the second (according to the gas flow in the channel) chamber of the plasma torch. Upon reaching the voltage on the arc of 375 V at the signal of the microprocessor, the valve electric motor turns off. Also, in the microprocessor program, the minimum allowable voltage on the arc is set equal to U _min = 370 V. When the voltage decreases from this value, the microprocessor sends a signal to additionally open the above valve and upon reaching a voltage value of 370 V it gives a signal to turn off the valve's electric drive. It is envisaged that if such operations do not lead to the establishment of an arc voltage within 370-375 V, the microprocessor, in accordance with the program entered into it, turns on the light signal on the operator panel.

Затем последовательно включили пылепитатели и задали расход пыли в каждый муфель в соответствии с инструкцией по плазменной растопке. На выходе муфелей появились горящие факелы. По мере прогрева топки увеличивали расход пыли в муфели, а затем подали пыль в горелки, не оснащенные плазмотронами. Последующую часть растопки осуществляли аналогично растопке посредством мазутных форсунок. По завершении растопки подачу пыли в муфель прекратили и плазмотроны отключили.Then the dust collectors were switched on sequentially and the dust flow rate was set in each muffle in accordance with the instructions for plasma kindling. Burning torches appeared at the exit of the muffles. As the furnace warms up, the dust consumption in the muffle increased, and then dust was fed into the burners not equipped with plasmatrons. The subsequent part of the kindling was carried out similarly to kindling by means of fuel oil nozzles. At the end of the kindling, the supply of dust to the muffle was stopped and the plasma torches were turned off.

В ходе дальнейшей эксплуатации котла в силу производственных условий нагрузка котла была снижена до 80% от номинальной. В результате устойчивость горения факела снизилась - возникла потребность в его подсветке. При этом действиями, аналогичными описанным выше, включили в работу один плазмотрон и подали аэросмесь в муфель, на котором он установлен. На выходе муфеля появился горящий факел и горение общего факела в котле стало устойчивым. В этом опыте случаев обрыва дуги или установившегося напряжения на ней ниже 370 В не наблюдалось.During further operation of the boiler due to production conditions, the boiler load was reduced to 80% of the nominal. As a result, the burning stability of the torch decreased - there was a need for its illumination. In this case, using actions similar to those described above, one plasmatron was turned on and the aerosol mixture was fed into the muffle on which it was mounted. A burning torch appeared at the outlet of the muffle, and the burning of the common torch in the boiler became stable. In this experiment, no cases of arc breakdown or steady-state voltage below 370 V were observed.

Пример 2. Оборудование то же, что в примере 1. Микропроцессор выключен и осуществляется ручное регулирование расхода плазмообразующего воздуха в плазмотрон. Растопку котла проводили в соответствии с приведенной в примере 1 последовательностью операций. При этом ручным регулированием расхода воздуха в плазмотроны задали напряжение на дуге каждого из них в пределах 370-375 В. В процессе растопки напряжение на дуге неоднократно выходило за указанные пределы. Был случай обрыва дуги и наблюдалось снижение качества воспламенения из-за понижения напряжения на дуге и, как следствие, понижение подводимой к плазмотрону мощности. Требуемый режим восстанавливали ручной корректировкой расхода плазмообразующего воздуха.Example 2. The equipment is the same as in example 1. The microprocessor is turned off and manual control of the flow of plasma-forming air into the plasma torch is carried out. The boiler was kindled in accordance with the sequence of operations shown in Example 1. In this case, by manually adjusting the air flow into the plasma torches, the voltage on the arc of each of them was set within the limits of 370-375 V. During the kindling process, the voltage on the arc repeatedly exceeded the specified limits. There was a case of an arc break and a decrease in the quality of ignition was observed due to a decrease in the voltage on the arc and, as a result, a decrease in the power supplied to the plasmatron. The required mode was restored by manual adjustment of the plasma-forming air flow.

Так же, как и при растопке, в процессе подсветки возникала необходимость путем дополнительного открытия или частичного закрытия вентилей корректировать расход плазмообразующего воздуха в плазмотрон из-за колебаний давления в общестанционной системе воздухоснабжения.As well as during kindling, during the illumination process there was a need to adjust the flow of plasma-forming air into the plasma torch by additional opening or partial closing of the valves due to pressure fluctuations in the general station air supply system.

Использование заявляемого способа растопки котла обеспечивает:Using the proposed method for kindling the boiler provides:

повышение надежности и устойчивости воспламенения выходящей из муфеля топливной смеси благодаря стабильно поддерживаемой заданной мощности плазмотрона; исключение останова оборудования, обеспечивающего подачу угольной пыли в муфели (мельницы, пылепитателей и т.п.) по причине обрыва дуги в плазмотроне или погасания факела на выходе муфеля из-за снижения напряжения на дуге и, как результат, мощности плазмотрона; повышение безопасности работы котла при плазменной растопке (подсветке) благодаря высокой стабильности воспламенения угля в муфеле и горения факела на выходе муфеля; снижение износа электродов плазмотрона в силу того, что не допускается снижение расхода плазмообразующего воздуха в плазмотрон и, тем самым, снижение скорости перемещения приэлектродного пятна дуги по его поверхности. Все это повышает надежность процесса воспламенения угля и работы плазменного оборудования, а в итоге - эффективность процессов растопки котла и подсветки факела.improving the reliability and stability of ignition of the fuel mixture leaving the muffle due to the stably maintained given power of the plasma torch; the exception of the shutdown of equipment providing the supply of coal dust to the muffle (mills, dust collectors, etc.) due to an arc break in the plasma torch or a torch extinguishing at the outlet of the muffle due to a decrease in the arc voltage and, as a result, the power of the plasma torch; increasing the safety of the boiler during plasma kindling (lighting) due to the high stability of coal ignition in the muffle and the burning of the torch at the outlet of the muffle; reduced wear of the plasma torch electrodes due to the fact that it is not allowed to reduce the flow of plasma-forming air into the plasma torch and, thereby, reduce the speed of movement of the near-electrode spot of the arc on its surface. All this increases the reliability of the coal ignition process and the operation of plasma equipment, and as a result, the efficiency of the boiler kindling and torch lighting processes.

Claims

The method of kindling the boiler by generating a plasma jet in a plasma torch installed at the inlet of the muffle, introducing this plasma jet into the muffle into the supplied pulverized coal mixture flow, igniting the air mixture when interacting with the plasma jet, obtaining a fuel mixture in the muffle as a result of partial combustion of coal dust, feeding this burning fuel mixture from the muffle to the boiler furnace with the formation of a burning pulverized coal torch in the furnace, characterized in that by automatically varying the flow rate of plasma-forming air in azmotron adjust the arc voltage of the plasma torch, while maintaining it in a predetermined range beforehand.