RU2580241C1 - Method for ignition of boiler furnace - Google Patents

Method for ignition of boiler furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2580241C1
RU2580241C1 RU2014154322/06A RU2014154322A RU2580241C1 RU 2580241 C1 RU2580241 C1 RU 2580241C1 RU 2014154322/06 A RU2014154322/06 A RU 2014154322/06A RU 2014154322 A RU2014154322 A RU 2014154322A RU 2580241 C1 RU2580241 C1 RU 2580241C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ignition
furnace
boiler
laser
boiler furnace
Prior art date
Application number
RU2014154322/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Тимофеевич Черных
Галина Сергеевна Черных
Андрей Николаевич Борисов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority to RU2014154322/06A priority Critical patent/RU2580241C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580241C1 publication Critical patent/RU2580241C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention can be used in automatic ignition furnace boilers of thermal power plants operating on gaseous fuel. Ignition method of boiler furnace with pulse laser discharge involves heating and ignition of gaseous fuel by feeding power pulse from laser source, laser beam is focused, initiating charge, according to the invention its focusing laser beam is in the plane of firing boiler furnace, the boiler furnace ignition device, optical system which is equipped with the first and second spherical mirrors mounted along the optical axis, the first spherical mirror is installed behind the focal plane of the focusing optical element while second spherical mirror is used as a focusing mirror, power of laser radiation source in the focal point of ignition zone boiler furnace provides temperature equal to ignition of fuel boiler furnace, the focal point is formed in the area of ignition of the boiler furnace by means of laser source, which emits in the infrared region, at the distance determined by formula F=L/2, where L is the distance from the main plane of the second spherical mirror to the plane of the ignition furnace of boiler.
EFFECT: technical result consists in expansion of functional capabilities of the method due to increased light intensity of used optical system.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при автоматическом розжиге топки котлов тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.The invention relates to the field of power engineering and can be used for automatic ignition of the furnace of boilers of thermal power plants running on gaseous fuels.

В частности, предлагаемое техническое решение может быть включено в общую систему автоматического управления работой котлов, а также использоваться при разработке запально-защитных устройств для розжига топки котла.In particular, the proposed technical solution can be included in the overall automatic control system of the operation of the boilers, as well as be used in the development of ignition-protective devices for igniting the furnace of the boiler.

Известен способ розжига основной (растопочной) горелки котла, в котором используют устройство, содержащее высоковольтный электронный блок, искрообразователь и кнопку запуска искрообразователя (см. Газовое оборудование, приборы и арматура: Спр. пособие / под ред. Н.И. Рябцева. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985 г., с. 494-496).A known method of ignition of the main (ignition) burner of the boiler, which uses a device containing a high-voltage electronic unit, a spark generator and a start button of the spark generator (see Gas equipment, devices and fittings: Sp. Manual / edited by N.I. Ryabtsev. 3- e ed., revised and supplemented - M .: Nedra, 1985, p. 494-496).

Недостатком известного способа, на наш взгляд, является то, что при высоком напряжении наблюдается обгорание электродов, увеличение канала разряда, что может нарушать регулярное искрообразование и приводить к сбоям розжига основной горелки, при этом высоковольтный искрообразователь требует регулировки и настройки разрядного канала.The disadvantage of this method, in our opinion, is that burning electrodes is observed, the discharge channel increases, which can disrupt regular sparking and lead to malfunctions of the main burner ignition, while the high-voltage spark generator requires adjustment and adjustment of the discharge channel.

Наиболее близким техническим решением является способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающий нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, при этом фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, производят на поверхность поршня двигателя (патент RU №2436991, МПК F02P 23/04, 20.12.2011).The closest technical solution is a method of igniting a fuel mixture in an internal combustion engine with a laser optical discharge, which includes heating and igniting the combustible mixture by applying an energy pulse from a laser source, while focusing the laser beam initiating the optical discharge is performed on the surface of the engine piston (RU patent No. 2436991, IPC F02P 23/04, 12.20.2011).

Известный способ воспламенения топливной смеси может быть использован только для лазерного зажигания топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания, что ограничивает функциональные возможности способа.The known method of ignition of the fuel mixture can be used only for laser ignition of the fuel mixture in an internal combustion engine, which limits the functionality of the method.

Это обусловлено тем, что в известном способе используют устройство, имеющее невысокую силу света из-за оптической системы, состоящей из световода и одиночной фокусирующей линзы, обладающей большими аберрациями, что не позволяет сконцентрировать энергию излучения лазера в малом объеме (фокальной точке) для достижения необходимой температуры воспламенения горючей смеси топки котла.This is due to the fact that the known method uses a device having a low light intensity due to an optical system consisting of a fiber and a single focusing lens with large aberrations, which does not allow to concentrate the laser radiation energy in a small volume (focal point) to achieve the necessary the ignition temperature of the combustible mixture of the boiler furnace.

Задачей изобретения является разработка способа розжига топки котла на основе применения лазерного излучения, который может быть использован для лазерного зажигания горючей смеси топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.The objective of the invention is to develop a method of igniting a furnace of a boiler based on the use of laser radiation, which can be used for laser ignition of a combustible mixture of a furnace of a boiler of thermal power plants operating on gaseous fuel.

Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей способа за счет увеличения силы света используемой оптической системы, достигается тем, что в способе розжига топки котла импульсным лазерным разрядом, включающем нагрев и воспламенение газообразного топлива путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, при этом производят фокусирование лазерного луча, инициирующего разряд, согласно настоящему изобретению фокусирование лазерного луча производят в плоскости розжига топки котла, при этом используют устройство розжига топки котла, оптическая система которого снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла, при этом фокальную точку формируют в зоне розжига топки котла посредством лазерного источника, излучающего в инфракрасной области спектра, на расстоянии, определяемом по формуле F=L/2, где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла.The technical result, which consists in expanding the functionality of the method by increasing the luminous intensity of the used optical system, is achieved by the fact that in the method of ignition of the boiler furnace by a pulsed laser discharge, which includes heating and igniting gaseous fuel by supplying an energy pulse from a laser source, the laser focuses the discharge initiating beam according to the present invention, the laser beam is focused in the plane of ignition of the boiler furnace, and a boiler furnace ignition device is used, the optical system of which is equipped with the first and second spherical mirrors mounted along the optical axis, the first spherical mirror is mounted behind the focal plane of the focusing optical element, and the second spherical mirror is a focusing mirror, the laser radiation source power at the focal point of the furnace ignition zone the boiler provides a temperature equal to the ignition temperature of the fuel of the furnace of the boiler, while the focal point is formed in the zone of ignition of the furnace to debugging by a laser source emitting in the infrared region of the spectrum at a distance determined by the formula F = L / 2, where L is the distance from the main plane of the second spherical mirror to the ignition plane of the boiler furnace.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображена принципиальная схема оптической системы устройства розжига топки котла, посредством которого осуществляют предлагаемый способ (на фиг. 1 - с двояковыпуклой линзой, а на фиг. 2 - с двояковогнутой линзой).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and 2 are a schematic diagram of an optical system of a boiler furnace ignition device by which the proposed method is implemented (in Fig. 1, with a biconvex lens, and in Fig. 2, with a biconcave lens).

На чертежах цифрами обозначены:In the drawings, the numbers indicate:

1 - лазерный источник излучения (лазер),1 - laser radiation source (laser),

2 - световод,2 - light guide

3 - фокусирующий оптический элемент,3 - focusing optical element,

4 - первое сферическое зеркало,4 - the first spherical mirror,

5 - второе сферическое зеркало,5 - second spherical mirror,

6 - зона розжига топки котла.6 - zone of ignition of the boiler furnace.

Способ розжига топки котла импульсным лазерным разрядом включает нагрев и воспламенение газообразного топлива путем подачи энергетического импульса от лазерного источника 1, при этом производят фокусирование лазерного луча, инициирующего разряд.A method of igniting a furnace of a boiler by a pulsed laser discharge involves heating and igniting gaseous fuel by supplying an energy pulse from a laser source 1, focusing a laser beam initiating the discharge.

Предлагаемый способ розжига топки котла отличается тем, что фокусирование лазерного луча производят в плоскости розжига топки котла, при этом используют устройство розжига топки котла, оптическая система которого снабжена первым 4 и вторым 5 сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, первое сферическое зеркало 4 установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента 3, а второе сферическое зеркало 5 является фокусирующим зеркалом, мощность лазерного источника 1 излучения в фокальной точке зоны 6 розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла, при этом фокальную точку формируют в зоне 6 розжига топки котла посредством лазерного источника 1, излучающего в инфракрасной области спектра, на расстоянии, определяемом по формуле F=L/2, где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала 5 до плоскости розжига топки котла.The proposed method of igniting a furnace of a boiler is characterized in that the laser beam is focused in the plane of ignition of a furnace of a boiler, using a device for igniting a furnace of a boiler, the optical system of which is equipped with a first 4 and a second 5 spherical mirrors mounted along the optical axis, the first spherical mirror 4 is installed behind the focal plane of the focusing optical element 3, and the second spherical mirror 5 is the focusing mirror, the power of the laser radiation source 1 at the focal point of zone 6 ignition the furnace of the boiler provides a temperature equal to the ignition temperature of the fuel of the furnace of the boiler, while the focal point is formed in the zone 6 of ignition of the furnace of the boiler by means of a laser source 1 emitting in the infrared region of the spectrum at a distance determined by the formula F = L / 2, where L is the distance from the main plane of the second spherical mirror 5 to the plane of ignition of the boiler furnace.

Оптическая система на основе сферических зеркал по светосиле превосходит светосилу одиночной фокусирующей линзы, что расширяет функциональные возможности способа по сравнению с прототипом.The optical system based on spherical mirrors exceeds the aperture of a single focusing lens in aperture ratio, which expands the functionality of the method compared to the prototype.

Устройство розжига топки котла, посредством которого осуществляют предлагаемый способ, состоит из лазерного источника излучения (лазера) 1, выполненный в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, и оптической системы, содержащей световод 2 и фокусирующий оптический элемент 3.A device for igniting a furnace of a boiler, by means of which the proposed method is carried out, consists of a laser radiation source (laser) 1, made in the form of a source emitting in the infrared region of the spectrum, and an optical system containing a light guide 2 and a focusing optical element 3.

Оптическая система устройства розжига топки котла снабжена первым 4 и вторым 5 сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси.The optical system of the boiler furnace ignition device is equipped with the first 4 and second 5 spherical mirrors mounted along the optical axis.

Первое сферическое зеркало 4 установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента 3.The first spherical mirror 4 is mounted behind the focal plane of the focusing optical element 3.

Второе сферическое зеркало 5 является фокусирующим зеркалом и формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла.The second spherical mirror 5 is a focusing mirror and forms a focal point in the zone 6 of the boiler furnace ignition.

Поскольку лазер 1 излучает пучок в инфракрасной области спектра, то оптические элементы устройства изготавливают из материала, прозрачного в этой области спектра.Since the laser 1 emits a beam in the infrared region of the spectrum, the optical elements of the device are made of a material that is transparent in this region of the spectrum.

В качестве таких материалов служат германий, фтористый литий и другие типы материалов.As such materials are germanium, lithium fluoride and other types of materials.

При этом фокусирующий оптический элемент 3 может быть выполнен в виде или двояковыпуклой линзы, или двояковогнутой линзы.In this case, the focusing optical element 3 can be made in the form of either a biconvex lens or a biconcave lens.

Следует также отметить, что в предлагаемом устройстве для розжига топки котла может быть реализована обратная связь в электронном канале наблюдения и слежения за наличием факела, и, в случае погашения факела, на блок питания лазера 1 должен поступить импульс запуска лазера.It should also be noted that in the proposed device for igniting the furnace of the boiler, feedback can be realized in the electronic channel for monitoring and tracking the presence of the torch, and, in the case of extinguishing the torch, a laser start pulse should be received at the laser power unit 1.

Способ розжига топки котла осуществляют следующим образом.The method of ignition of the boiler furnace is as follows.

Узкий пучок излучения от лазера 1 непрерывного действия, излучающего в инфракрасной области спектра (например, лазер на СО2 тип ИЛГН-701 с длиной волны излучения, равной λ=10,6 мкм), поступает в фокусирующий оптический элемент 3, представляющий, например, двояковыпуклую линзу (расширитель пучка). Далее пучок с определенной апертурой поступает в систему сферических зеркал 4 и 5.A narrow beam of radiation from a continuous laser 1 emitting in the infrared region of the spectrum (for example, a CO 2 laser of type ILGN-701 with a radiation wavelength equal to λ = 10.6 μm) enters the focusing optical element 3, representing, for example, biconvex lens (beam expander). Then the beam with a certain aperture enters the system of spherical mirrors 4 and 5.

Второе сферическое зеркало 5 формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла, т.е. пучок излучения с помощью второго сферического зеркала 5 фокусируют в плоскость розжига топки котла.The second spherical mirror 5 forms a focal point in the zone 6 of ignition of the boiler furnace, i.e. the radiation beam using the second spherical mirror 5 is focused in the ignition plane of the boiler furnace.

Фокусное расстояние зеркала 5 определяют по формулеThe focal length of the mirror 5 is determined by the formula

F=L/2,F = L / 2,

где L - расстояние от зеркала 5 до плоскости основной (растопочной) горелки топки котла.where L is the distance from the mirror 5 to the plane of the main (kindling) burner of the boiler furnace.

При этом мощность излучения лазерного источника 1 выбирается такой, чтобы в фокальной точке зоны 6 розжига обеспечить температуру, равную температуре воспламенения (возгорания) газообразного топлива котла.In this case, the radiation power of the laser source 1 is selected such that at the focal point of the ignition zone 6, a temperature equal to the ignition temperature (ignition) of the gaseous fuel of the boiler is ensured.

Таким образом, авторами впервые решена задача по разработке бесконтактного способа воспламенения топливной смеси на основе применения лазерного излучения в инфракрасной области спектра, который может быть использован для розжига топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.Thus, the authors first solved the problem of developing a non-contact method of igniting the fuel mixture based on the use of laser radiation in the infrared region of the spectrum, which can be used to ignite the boiler furnace of thermal power plants operating on gaseous fuel.

Claims (1)

Способ розжига топки котла импульсным лазерным разрядом, включающий нагрев и воспламенение газообразного топлива путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, при этом производят фокусирование лазерного луча, инициирующего разряд, отличающийся тем, что фокусирование лазерного луча производят в плоскости розжига топки котла, при этом используют устройство розжига топки котла, оптическая система которого снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла, при этом фокальную точку формируют в зоне розжига топки котла посредством лазерного источника, излучающего в инфракрасной области спектра, на расстоянии, определяемом по формуле
F=L/2,
где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла. A method of igniting a furnace of a boiler by a pulsed laser discharge, including heating and igniting gaseous fuel by applying an energy pulse from a laser source, focusing a laser beam initiating a discharge, characterized in that the laser beam is focused in the plane of ignition of the furnace of a boiler, using the device ignition of the boiler furnace, the optical system of which is equipped with the first and second spherical mirrors mounted along the optical axis, the first spherical mirror is placed behind the focal plane of the focusing optical element, and the second spherical mirror is a focusing mirror, the power of the laser radiation source at the focal point of the ignition zone of the boiler furnace provides a temperature equal to the ignition temperature of the fuel of the boiler furnace, while the focal point is formed in the ignition zone of the furnace of the boiler by means of a laser source emitting in the infrared region of the spectrum at a distance determined by the formula
F = L / 2,
where L is the distance from the main plane of the second spherical mirror to the plane of ignition of the boiler furnace.
RU2014154322/06A 2014-12-30 2014-12-30 Method for ignition of boiler furnace RU2580241C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154322/06A RU2580241C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method for ignition of boiler furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154322/06A RU2580241C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method for ignition of boiler furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580241C1 true RU2580241C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014154322/06A RU2580241C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method for ignition of boiler furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580241C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3427118A (en) * 1965-07-02 1969-02-11 Siemens Ag Ignition device for oil-fired boilers
US5769621A (en) * 1997-05-23 1998-06-23 The Regents Of The University Of California Laser ablation based fuel ignition
FR2894620A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-15 Ecet Europ De Conception Et D Laser ignition system, e.g. for industrial or aeronautical turbines, comprises laser beam source coupled to optical fiber for transmission to combustion chamber via lens, connector and straightening device
RU2339840C2 (en) * 2006-12-20 2008-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of igniting fuel mixture in engine combustion chamber and device to this effect
RU2436991C1 (en) * 2010-07-08 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Ignition method of fuel mixture in internal combustion engine with laser optic discharge, and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3427118A (en) * 1965-07-02 1969-02-11 Siemens Ag Ignition device for oil-fired boilers
US5769621A (en) * 1997-05-23 1998-06-23 The Regents Of The University Of California Laser ablation based fuel ignition
FR2894620A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-15 Ecet Europ De Conception Et D Laser ignition system, e.g. for industrial or aeronautical turbines, comprises laser beam source coupled to optical fiber for transmission to combustion chamber via lens, connector and straightening device
RU2339840C2 (en) * 2006-12-20 2008-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of igniting fuel mixture in engine combustion chamber and device to this effect
RU2436991C1 (en) * 2010-07-08 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Ignition method of fuel mixture in internal combustion engine with laser optic discharge, and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8616006B2 (en) Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines
US8689536B2 (en) Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines
JP2012117535A5 (en)
RU2326263C1 (en) Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)
US20140041612A1 (en) Laser ignition device
JP2012117533A5 (en)
US9856849B2 (en) Laser ignition system
JP2011001952A (en) Laser ignition system and method for internal combustion engine
CN109736993A (en) 2 mu m waveband laser igniters of one kind and ignition method
Griffiths et al. Effect of flow velocity and temperature on ignition characteristics in laser ignition of natural gas and air mixtures
RU2006145281A (en) METHOD FOR IGNITING FUEL MIXTURE IN THE ENGINE COMBUSTION CHAMBER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
US20140238038A1 (en) Gas turbine variable focus laser ignition
RU154277U1 (en) BOILER STOVE IGNITION DEVICE
RU2580241C1 (en) Method for ignition of boiler furnace
KR20100066336A (en) Internal combustion engine
US20120000178A1 (en) Systems involving fiber optic igniters
RU2580232C1 (en) Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method
Dumitrache et al. Laser Ignition of Methane-Air Mixtures: An investigation of the Lean Limit and Minimum Ignition Energy
RU85620U1 (en) DEVICE OF MULTIPLE LASER IGNITION OF ROCKET FUEL FUEL MIXTURES
RU2691704C1 (en) Method of igniting fuel components in liquid-propellent rocket engine
RU2406863C1 (en) Method of multiple laser ignition of rocket fuel mixtures and device for its implementation
RU2672986C2 (en) Two-zone gas generator with the fuel components laser ignition
EP3480584A1 (en) Optical probe
RU2555021C1 (en) Chamber of liquid-propellant engine or gas generator
Hayashi et al. Requirement time and space for laser ignition under fuel lean premixed mixture

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161231