RU2731081C1 - Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter - Google Patents

Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter Download PDF

Info

Publication number
RU2731081C1
RU2731081C1 RU2020113760A RU2020113760A RU2731081C1 RU 2731081 C1 RU2731081 C1 RU 2731081C1 RU 2020113760 A RU2020113760 A RU 2020113760A RU 2020113760 A RU2020113760 A RU 2020113760A RU 2731081 C1 RU2731081 C1 RU 2731081C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
heat capacity
ignition
low
section
Prior art date
Application number
RU2020113760A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Кучанов
Денис Сергеевич Синельников
Дмитрий Олегович Кочергин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Актив»
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 Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Актив» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Актив»
Priority to RU2020113760A priority Critical patent/RU2731081C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731081C1 publication Critical patent/RU2731081C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q5/00Make-and-break ignition, i.e. with spark generated between electrodes by breaking contact therebetween

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used at thermal power plants, in boiler houses, etc. to provide self-ignition of boiler from cold state. Device for ignition and maintenance of combustion of fuel-air mixture includes housing divided into mixing area of fuel-air mixture and area of ignition chamber, unit of rod electrodes for generation of electric discharge, fuel pipeline and air pipeline, ignition zone of fuel-and-air mixture, zone of fuel-air mixture combustion. Ignition chamber area is divided into two parts: an accelerating section with low heat capacity and heat transfer of structural elements, made without muffling elements, and an accumulating section with high heat capacity of structural elements, made with a muffle, fuel line complete with electrode unit, tangentially connected to zone between sections with low and high heat capacity, two secondary air pipelines tangentially connected to sections with low and high heat capacity and providing movement of ignition area from section with low heat capacity to section with high heat capacity due to change of ratio of forward pressure in pipelines of secondary air. Fuel pipelines complete with electrode unit are two, each of which is tangentially connected separately to sections with low and high heat capacity, providing the possibility of movement of the area of ignition and burning of the flame from the section with low heat capacity to the section with high heat capacity due to ignition and disconnection of electric discharge on separate electrode units on the corresponding sections.
EFFECT: invention allows igniting fuel mixture with high content of moisture and low level of volatile components, as well as water-coal fuel mixture with minimum specific energy costs and to minimize mechanical carryover at the moment of kindling to safe level and to ensure stabilization of combustion of coal-dust and water-coal fuel mixtures with low reactivity.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига котла из холодного состояния и обеспечения стабилизации горения пылеугольных и водоугольных топливных смесей с низкой реакционной способностью.The invention relates to power engineering and can be used at thermal power plants, boiler rooms, etc. to ensure self-ignition of the boiler from a cold state and to ensure the stabilization of the combustion of pulverized coal and water-coal fuel mixtures with low reactivity.

Известен способ сжигания низкосортных углей и плазменная горелка для его осуществления (патент RU №2059926, С1, МКИ F23D 1/00, F23Q 13/00, 1992), заключающийся в генерировании электрической плазменной дуги в плазмотроне-запальнике со стержневыми электродами, нагреве аэросмеси в дуговой плазме, розжиге и стабилизации горения аэросмеси. Генерирование электрической плазменной дуги осуществляют в канале подачи аэросмеси, выполненном в горелке. Для чего в указанном канале первоначально генерируют электрическую плазменную дугу и ее плазменными потоками возбуждают основную дугу, при этом плазмотрон-запальник перемещают вдоль стержневых элементов по мере их эрозионного разрушения.There is a known method of burning low-grade coals and a plasma torch for its implementation (patent RU No. 2059926, C1, MKI F23D 1/00, F23Q 13/00, 1992), which consists in generating an electric plasma arc in a plasma torch-igniter with rod electrodes, heating the air mixture in arc plasma, ignition and stabilization of the combustion of air mixture. Generation of an electric plasma arc is carried out in the air mixture supply channel made in the burner. For this, an electric plasma arc is initially generated in the specified channel and its plasma flows excite the main arc, while the plasmatron-igniter is moved along the rod elements as they eroded destruction.

Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость плазматрона запальника, а также малый объемный контакт дугового разряда плазматрона и пылеугольной смеси. При этом химическая активация пылеугольных частиц происходит только за счет термического воздействия дуговой плазмы, с температурой до 6000 градусов, на примыкающие к плазменной струе потоки топливной смеси. Локальное высокотемпературное воздействие на топливную смесь приводит к взрывообразному испарения минеральных компонентов топлива в этой локальной области с дальнейшей их конденсацией на поверхностях горелочного устройства, что ведет к ошлаковыванию этих поверхностей и снижению эффективности работы горелки. При этом существенная доля угольных частиц, не контактирующая с горячей плазмой, попадает в топку в холодном состоянии, не участвует в реакциях горения и способствует формированию механического уноса из топки.The disadvantage of this method is the high energy consumption of the igniter plasmatron, as well as the small volumetric contact of the arc discharge of the plasmatron and the pulverized coal mixture. In this case, the chemical activation of pulverized coal particles occurs only due to the thermal effect of the arc plasma, with a temperature of up to 6000 degrees, on the flows of the fuel mixture adjacent to the plasma jet. Local high-temperature impact on the fuel mixture leads to explosive evaporation of mineral components of the fuel in this local area with their further condensation on the surfaces of the burner, which leads to slagging of these surfaces and a decrease in the efficiency of the burner. In this case, a significant proportion of coal particles, not in contact with the hot plasma, enters the furnace in a cold state, does not participate in combustion reactions and contributes to the formation of mechanical entrainment from the furnace.

Известно устройство для безмазутной растопки котла с индуктором (Энергосберегающие системы растопки и подсветки факела топочных камер котлов: монография В.А. Дубровский, М.В. Зубова. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012 г., стр. 94). Представленное устройство содержит источник пыли, канал подачи воздуха, растопочную горелку, запально-сигнальное устройство, электронагреватель, выполненный в виде магнитной катушки индуктора с муфелем. Растопочная горелка присоединена к камере сгорания и выполнена в виде кольцевого канала, охваченного магнитной катушкой индуктора. Растопка котла работает следующим образом. Включается индуктор и запально-сигнальное устройство. Прогревается кольцевой канал и муфель за счет сгорания в нем легко воспламеняемого топлива. Затем подается пыль, которая за счет центробежных силы отбрасывается к наружной раскаленной стенке кольца у индуктора, перемешивается с воздухом, измельчается при ударе и воспламеняется запально-сигнальным устройством. После стабилизации горения факела в растопочной горелке и выхода ее на рабочий режим, запально-сигнальное устройство отключается, а затем отключается и индуктор. Благодаря тому, что перед подачей в растопочную горелку топки котла прогревается вся пыль, воспламенение происходит более эффективно и обеспечивается безотказная растопка котла.A device for oil-free kindling of a boiler with an inductor is known (Energy-saving systems for kindling and lighting the torch of boiler furnace chambers: monograph by VA Dubrovsky, MV Zubov. - Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2012, p. 94). The presented device contains a dust source, an air supply channel, a pilot burner, an ignition-signaling device, an electric heater made in the form of a magnetic inductor coil with a muffle. The ignition burner is connected to the combustion chamber and is made in the form of an annular channel surrounded by a magnetic inductor coil. Boiler firing works as follows. The inductor and the ignition-signaling device are turned on. The annular channel and the muffle are warmed up due to the combustion of flammable fuel in it. Then dust is fed, which, due to centrifugal force, is thrown to the outer hot wall of the ring at the inductor, mixed with air, crushed on impact and ignited by an ignition-signaling device. After stabilization of the combustion of the flame in the pilot burner and its entry into the operating mode, the ignition-signaling device is turned off, and then the inductor is also turned off. Due to the fact that all the dust heats up before being fed to the pilot burner of the boiler furnace, ignition occurs more efficiently and trouble-free kindling of the boiler is ensured.

Однако, в описанном техническом решении прогрев пыли магнитной катушкой индуктора не обеспечивает необходимого уровня активации для воспламенения пыли при более низких температурах, а также сопровождается высокими энергетическими затратами на прогрев.However, in the described technical solution, the heating of the dust by the magnetic coil of the inductor does not provide the required level of activation for igniting the dust at lower temperatures, and is also accompanied by high energy costs for heating.

Известен способ сжигания топлива, принятый в качестве прототипа (патент RU №2410603, Устройство факельного сжигания топлива, С1, МПК F23C 99/00, F23Q 5/00, 2019) заключающийся в том, что воспламенение топлива производят электрическим разрядом, стабилизируют и интенсифицируют горение факела, воздействуя на зону образования пламени переменным электрическим током высокой частоты, образуя в зоне формирования пламени диффузный электрический разряд, и обеспечивают поддержание электростатического потенциала предпламенной зоны на уровне обеспечивающем требуемые параметры горения факела.There is a known method of fuel combustion, adopted as a prototype (patent RU No. 2410603, Device for flaring fuel, C1, IPC F23C 99/00, F23Q 5/00, 2019), which consists in the fact that the fuel is ignited by an electric discharge, stabilizes and intensifies combustion of the torch, acting on the zone of flame formation with an alternating electric current of high frequency, forming a diffuse electric discharge in the zone of flame formation, and maintain the electrostatic potential of the pre-flame zone at a level that provides the required parameters of the torch combustion.

Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива, принятое в качестве прототипа, содержит корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, (патент RU №2410603, С1, МКИ F23Q 5/00, F23Q 13/00, 2009). Корпус разделен поперечной перегородкой на резонансную и охлаждающую камеры. В центре перегородки выполнен проход вторичного воздуха и в нем установлены с возможностью продольного перемещения стержневые электроды, причем их рабочая часть направлена внутрь резонансной камеры, а электрическую дугу создают переменным током высокой частоты в резонансной камере с образованием акустического поля.Known device for plasma ignition of pulverized coal, adopted as a prototype, contains a housing, rod electrodes for generating an electric arc, a fuel line and a secondary air line (patent RU No. 2410603, C1, MKI F23Q 5/00, F23Q 13/00, 2009). The body is divided by a transverse baffle into resonance and cooling chambers. In the center of the partition, a secondary air passage is made and rod electrodes are installed in it with the possibility of longitudinal movement, and their working part is directed into the resonance chamber, and an electric arc is created by an alternating current of high frequency in the resonance chamber with the formation of an acoustic field.

Недостатками указанного способа и устройства, принятых в качестве прототипов является низкая скорость прогрева конструкции горелки на начальном этапе пуска из холодного состояния, в результате чего происходит большой механический унос несгоревшей угольной пыли в топку котла, что увеличивает риск повышения концентрации несгоревшей пыли в топке, выше критического для взрыва уровня. Кроме того, при низкой скорости нагрева ограничивается возможность использования низкореакционных топлив при эксплуатации котлов.The disadvantages of this method and device, adopted as prototypes, is the low heating rate of the burner structure at the initial stage of starting from a cold state, as a result of which there is a large mechanical entrainment of unburned coal dust into the boiler furnace, which increases the risk of increasing the concentration of unburned dust in the furnace, above the critical to blast the level. In addition, at a low heating rate, the possibility of using low-reactive fuels when operating boilers is limited.

Задачей решаемая предлагаемым изобретением является создание способа и устройства для его реализации с использованием электро-ионизационных воспламенителей, которые позволяют с минимальными удельными затратами энергии обеспечить максимальную скорость разогрева факела и элементов конструкции горелки, обеспечивающих стабильное и полноценное сжигание топливной смеси с низкой реакционной способностью на этапе разогрева из холодного состояния, тем самым минимизируя механический унос в топку, исключая опасность хлопка или взрыва в котле.The problem solved by the proposed invention is to create a method and device for its implementation using electro-ionization ignitors, which allow, with minimal specific energy consumption, to provide the maximum heating rate of the torch and burner design elements that ensure stable and complete combustion of the fuel mixture with low reactivity at the heating stage from a cold state, thereby minimizing mechanical entrainment into the furnace, eliminating the risk of cotton or explosion in the boiler.

Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата становится возможным благодаря тому, что электроионизационное воспламенение на начальном этапе разогрева горелки из холодного состояния происходит на участке с низкой теплоемкостью и теплопередачей, в результате чего, потери тепла за счет его аккумуляции в окружающие конструкции и теплопередачи в окружающую среду минимизируются. Минимизация указанных тепловых потерь приводит в максимальной скорости роста температуры стенок горелки и как следствие температуры пламени в горелке в зоне воспламенения до уровня достаточного для стабильного воспламенения низкореакционных топлив и минимизации механического уноса несгоревшей топлива в топку котла. При достижении указанных температур на участке с низкой теплоемкостью происходит постепенный подъем температуры на муфелизированном участке, за счет перераспределения тепловых потоков. После достижения температуры муфелизированного участка требуемых для процесса значений, зона электроионизационного воспламенения переносится на муфелизированный участок и дальнейшая работа на котором обеспечивает стабильное воспламенение при подаче повышенных объемов топлива с повышением тепловой мощности горелки. При этом обеспечивается минимальный уровень механического уноса в топку котла за счет стабилизации температуры в зоне воспламенения. Одновременно с этим происходит выход активной части факела в топочное пространство котла и его разогрев. В это же время на участке горелки с низкой теплоемкостью контур подачи вторичного воздуха может переключится на охлаждение участка с низкой теплоемкостью, где скорость роста температуры уже не требуется. Такое переключение обеспечивает охлаждение части горелки с низкой теплоемкость до допустимых величин по надежности и безопасности, при этом подогрев вторичного воздуха в свою очередь повышает эффективность всего процесса горения.The achievement of the technical result provided by the invention becomes possible due to the fact that the electroionization ignition at the initial stage of heating the burner from the cold state occurs in the area with low heat capacity and heat transfer, as a result of which heat losses due to its accumulation in the surrounding structures and heat transfer to the environment are minimized. The minimization of these heat losses leads to the maximum rate of growth of the temperature of the burner walls and, as a consequence, the temperature of the flame in the burner in the ignition zone to a level sufficient for stable ignition of low-reaction fuels and minimization of mechanical entrainment of unburned fuel into the boiler furnace. When the specified temperatures are reached in the section with low heat capacity, a gradual rise in temperature occurs in the muffle section, due to the redistribution of heat fluxes. After reaching the temperature of the muffle section of the values required for the process, the zone of electroionization ignition is transferred to the muffle section and further work on which ensures stable ignition when supplying increased volumes of fuel with an increase in the thermal power of the burner. At the same time, a minimum level of mechanical entrainment into the boiler furnace is ensured by stabilizing the temperature in the ignition zone. Simultaneously with this, the active part of the torch exits into the furnace chamber of the boiler and is warmed up. At the same time, in the section of the burner with a low heat capacity, the secondary air supply circuit can switch to cooling the section with a low heat capacity, where the rate of temperature rise is no longer required. Such switching ensures the cooling of the part of the burner with a low heat capacity to the permissible values for reliability and safety, while heating the secondary air, in turn, increases the efficiency of the entire combustion process.

Перемещение области электроионизационного воспламенения с участка низкой теплоемкостью и теплопередачи на участок высокой теплоемкостью, по настоящему изобретению, может производится при помощи нескольких приемов, реализованных в устройствах:The movement of the area of electroionization ignition from the area of low heat capacity and heat transfer to the area of high heat capacity, according to the present invention, can be performed using several methods implemented in the devices:

- путем перераспределения напора вторичного воздуха на участках с низкой и высокой теплоемкостью, исходя из условий аэродинамики обеспечивающей положение зоны воспламенения;- by redistributing the pressure of the secondary air in areas with low and high heat capacity, based on the aerodynamic conditions providing the position of the ignition zone;

- путем выключения разряда в электродном блоке на участке с низкой теплоемкостью и включением разряда в электродном блоке на участке с высокой теплоемкостью.- by turning off the discharge in the electrode block in the area with low heat capacity and turning on the discharge in the electrode block in the area with high heat capacity.

Для второго случая усиление эффекта повышения скорости нагрева на участке с низкой теплоемкость, можно достичь обеспечением подачи на этот участок топлива с более высокой реакционной способностью.For the second case, the enhancement of the effect of increasing the heating rate in the section with low heat capacity can be achieved by supplying fuel with a higher reactivity to this section.

Усиление эффекта повышения тепловой мощности после первоначального разогрева обеспечивается добавлением присоединением дополнительных секций с электродными блоками горелки на участок с высокой теплоемкостью.Strengthening the effect of increasing the thermal power after the initial heating is ensured by adding the connection of additional sections with the electrode blocks of the burner to the area with high heat capacity.

Для реализации описанного способа по изобретению предложены следующие устройства.To implement the described method according to the invention, the following devices are proposed.

Конструкция корпуса устройств имеет цилиндрическую форму и состоит из двух частей. Первая часть с низкой теплоемкостью и теплопередачей в окружающую среду состоит из внутренний цилиндрической образующей из металла, окруженной внешней замкнутой полостью с воздухом. Через эту полость есть возможность прокачивать вторичный воздух. Внутренняя цилиндрическая образующая, выполненная из металла имеет низкую теплоемкость, что минимизирует тепловые потери от факела на аккумуляцию тепла окружающими конструкциями и обеспечивает быстрый рост температуры ее поверхности при горении факела. Внешняя замкнутая полость теплоизолированна от внутренней и в промежутке между ними на первоначальном этапе располагается неподвижный воздух, имеющий низкую теплопроводность. В этом случае обеспечивается низкий коэффициент теплопередачи от внутренней металлической образующей в окружающую среду, а, следовательно, минимизация тепловых потерь от факела и повышение скорости нагрева стенок горелки.The design of the device body has a cylindrical shape and consists of two parts. The first part with low heat capacity and heat transfer to the environment consists of an inner cylindrical metal generatrix surrounded by an outer closed cavity with air. It is possible to pump secondary air through this cavity. The inner cylindrical generatrix, made of metal, has a low heat capacity, which minimizes heat losses from the torch for heat accumulation by the surrounding structures and ensures a rapid increase in the temperature of its surface during torch burning. The outer closed cavity is thermally insulated from the inner one, and in the gap between them, at the initial stage, there is stationary air with low thermal conductivity. In this case, a low coefficient of heat transfer from the inner metal generatrix to the environment is provided, and, consequently, minimization of heat losses from the flame and an increase in the heating rate of the burner walls.

Вторая часть корпуса имеющего высокую теплоемкость выполняется в виде муфеля. При разогреве муфеля обеспечивается стабилизация горения факела и возможность увеличения количества воспламеняемой топливной смеси, увеличивая таким образом тепловую мощность горелки.The second part of the housing having a high heat capacity is made in the form of a muffle. When heating the muffle, stabilization of the flame combustion and the possibility of increasing the amount of the combustible fuel mixture are provided, thus increasing the thermal power of the burner.

Топливопровод горелки встроен в образующую цилиндрическую часть горелки тангенциально. В области присоединения топливопровода к горелке размещается электродный блок электрического разряда, обеспечивающий эффективную активацию топливной смеси, закручивающейся по спирали, внутри горелки.The burner fuel line is tangentially integrated into the forming cylindrical part of the burner. In the area where the fuel line is connected to the burner, an electric discharge electrode unit is located, which ensures effective activation of the fuel mixture, which is twisting in a spiral, inside the burner.

Воздухопроводы вторичного воздуха раздельно присоединены к участкам с низкой и высокой теплоемкостью тангенциально по ходу вращения топливной смеси.The secondary air ducts are separately connected to the sections with low and high heat capacity tangentially along the direction of rotation of the fuel mixture.

Топливопроводы в комплекте с электродными блоками в разных вариантах стыкуются с горелкой, либо на линии разграничения этих участков (при использовании одного топливопровода см. фиг. 1.), либо отдельно на участках с низкой и высокой и теплоемкостью (при использовании двух топливопроводов см. фиг. 2.).Fuel lines complete with electrode blocks in different versions are joined to the burner, either on the line of demarcation of these sections (when using one fuel line, see Fig. 1.), or separately in areas with low and high and heat capacity (when using two fuel lines, see Fig. . 2.).

На участке горелки с низкой теплоемкостью контур вторичного воздуха может подключаться как напрямую во внутреннюю область горелки, так и путем включения в контур воздухопровода внутренней воздушной полости этого участка горелки обеспечивая охлаждение внутренней образующей.In the section of the burner with a low heat capacity, the secondary air circuit can be connected both directly to the inner region of the burner, and by connecting this section of the burner to the air duct of the inner air cavity, providing cooling of the inner generatrix.

Для увеличения тепловой мощности горелки имеется возможность секционировать муфелизированный участок горелки, добавляя секции с отдельными топливопроводами в комплекте с электродными блоками, выполненными по типовой конструкции.To increase the thermal power of the burner, it is possible to section the muffle section of the burner by adding sections with separate fuel lines complete with electrode blocks made according to the standard design.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно утверждать, что предложенные технические решения соответствует условию изобретательского уровня.From the prior art, no solutions have been identified that have features that coincide with the distinctive features of the invention. Therefore, it can be argued that the proposed technical solutions meet the requirement of an inventive step.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежамиThe essence of the invention is illustrated by the attached drawings

На Фиг. 1 представлено продольное и поперечное сечение горелочного устройства электроионизационного воспламенения угольной топливной смеси с одним топливным вводом.FIG. 1 shows a longitudinal and cross-section of a burner device for electroionization ignition of a coal fuel mixture with one fuel inlet.

Предлагаемое горелочное устройство с использованием электроионизационного воспламенения топливовоздушной смеси содержит корпус (1), разделенный на две части, разгонный участок (2) с низкой теплоемкостью и теплопередачей конструктивных элементов, выполненный без муфелизирующих элементов и аккумулирующий участок (3) с высокой теплоемкостью конструктивных элементов, выполненный с муфелем (4), топливопровод (5) в комплекте с блоком электродов (6), тангенциально присоединенный в зону между участками с низкой и высокой теплоемкостью, два воздухопровода вторичного воздуха (7), тангенциально присоединенные по отдельности на участки с низкой и высокой теплоемкостью, источник питания (9) для генерирования электрического разряда (8), формирующего зону воспламенения (10) для факела (11) в период разогрева горелочного устройства, зона воспламенения (12) для факела (11) в период стационарной работы горелочного устройства.The proposed burner device using electroionization ignition of the fuel-air mixture contains a housing (1), divided into two parts, an accelerating section (2) with low heat capacity and heat transfer of structural elements, made without muffle elements and an accumulating section (3) with a high heat capacity of structural elements, made with a muffle (4), a fuel line (5) complete with an electrode block (6) tangentially connected to the area between areas with low and high heat capacity, two secondary air ducts (7) tangentially connected separately to areas with low and high heat capacity , a power source (9) for generating an electric discharge (8), which forms an ignition zone (10) for the torch (11) during the heating up of the burner device, an ignition zone (12) for the torch (11) during the stationary operation of the burner device.

На Фиг. 2 представлено продольное сечение горелочного устройства электроионизационного воспламенения угольной топливной смеси с двумя топливными вводами.FIG. 2 shows a longitudinal section of a burner device for electroionization ignition of a coal fuel mixture with two fuel inputs.

Предлагаемое горелочное устройство с использованием электроионизационного воспламенения топливовоздушной смеси содержит корпус (1), разделенный на две части, разгонный участок (2) с низкой теплоемкостью и теплопередачей конструктивных элементов, выполненную без муфелизирующих элементов, и аккумулирующий участок (3) с высокой теплоемкостью конструктивных элементов, выполненную с муфелем (4), два топливопровода (5, 15) в комплекте с блоками электродов (6, 14), тангенциально присоединенные соответственно на участки с низкой и высокой теплоемкостью, два воздухопровода вторичного воздуха (7) тангенциально присоединенные по отдельности на участки с низкой и высокой теплоемкостью, электрический разряда (8, 16), инициированный на блоке электродов подключенных к источнику питания (9, 13), зона воспламенения (10) для факела (11) в период разогрева горелочного устройства, зона воспламенения (12) для факела (11) в период стационарной работы горелочного устройства.The proposed burner device using electro-ionization ignition of the fuel-air mixture comprises a housing (1) divided into two parts, an accelerating section (2) with low heat capacity and heat transfer of structural elements, made without muffle elements, and an accumulating section (3) with a high heat capacity of structural elements, made with a muffle (4), two fuel lines (5, 15) complete with electrode blocks (6, 14) tangentially connected, respectively, to sections with low and high heat capacity, two secondary air ducts (7) tangentially connected separately to sections with low and high heat capacity, electric discharge (8, 16), initiated on the block of electrodes connected to the power source (9, 13), ignition zone (10) for the flame (11) during the heating up of the burner device, ignition zone (12) for the flame (11) during the stationary operation of the burner.

Предлагаемый способ и устройство факельного сжигания топливной смеси реализуется следующим образом.The proposed method and device for flaring the fuel mixture is implemented as follows.

Во внутренний участок корпуса (1) с низкой теплоемкостью подают топливо и первичный воздух через топливопровод (5). От источника питания (9) на блок стержневых электродов (6) подается переменный ток высокой частоты, в результате чего инициируется электрический разряд (8). Соотношение расходов вторичного воздуха, подаваемого через воздухопроводы (7) по участкам камеры выбирают таким образом, чтобы топливная смесь выдавливалась на участок с низкой теплоемкостью (2). Топливная смесь активизируется и воспламеняется, проходя через электроионизированную плазму, образуя зону воспламенения (10) во внутренней области участка с низкой теплоемкостью (2). После полного прогрева этого участка горелочного устройства и выхода на стабильное горение факела, обеспечивается минимальный механический унос топлива в топку котла. Далее происходит постепенный прогрев участка (3) с муфелем (4). После разогрева муфеля (4) до температур стабильного горения факела, соотношение расходов вторичного воздуха через воздухопроводы (7) выбирается таким образом, чтобы выносить топливную смесь сразу на участок с муфелем (4), минуя участок (2) и смещая воспламенение в зону (12). После этого тепловая нагрузка на участок с низкой теплоемкостью (2) снижается и этот участок переходит в режим охлаждения вторичным воздухом, через свою внутреннюю воздушную полость.Fuel and primary air are supplied to the inner section of the housing (1) with a low heat capacity through the fuel line (5). An alternating current of high frequency is supplied from the power source (9) to the block of rod electrodes (6), as a result of which an electrical discharge (8) is initiated. The ratio of the flow rates of the secondary air supplied through the air ducts (7) along the sections of the chamber is selected so that the fuel mixture is squeezed out to the section with low heat capacity (2). The fuel mixture is activated and ignited, passing through the electro-ionized plasma, forming an ignition zone (10) in the inner region of the area with low heat capacity (2). After complete warming up of this section of the burner and reaching stable combustion of the torch, the minimum mechanical entrainment of fuel into the boiler furnace is ensured. Further, there is a gradual heating of the section (3) with the muffle (4). After heating the muffle (4) to temperatures of stable flame combustion, the ratio of the secondary air flow rates through the air ducts (7) is selected in such a way as to bring the fuel mixture directly to the section with the muffle (4), bypassing section (2) and shifting the ignition to the zone (12 ). After that, the heat load on the section with low heat capacity (2) decreases and this section switches to the cooling mode with secondary air through its internal air cavity.

Основной факел (11) вытесняется в зону топки котла, снимается часть тепловой нагрузки на горелку, после чего появляется возможность увеличить расход топлива без риска увеличения механического уноса.The main flame (11) is forced into the boiler furnace zone, part of the heat load on the burner is removed, after which it becomes possible to increase fuel consumption without the risk of increasing mechanical entrainment.

После повышения расхода топлива до требуемых значений обеспечивается установившейся режим горения с минимальным энергопотреблением для обеспечения процесса.After increasing the fuel consumption to the required values, a steady combustion mode is ensured with minimal energy consumption to ensure the process.

В случае использования устройства с двумя топливными вводами (5) и (15), переход зоны воспламенения (10) в зону воспламенения (12) происходит при отключении источника питания (9), прекращения инициации электрического разряда (8), включения источника питания (13), инициации электрического разряда (16), подачи топлива через топливопровод (15) и формирования зоны воспламенения (12).In the case of using a device with two fuel inlets (5) and (15), the transition of the ignition zone (10) to the ignition zone (12) occurs when the power source (9) is turned off, the initiation of the electric discharge (8) is stopped, the power source is turned on (13 ), initiation of an electric discharge (16), fuel supply through the fuel line (15), and formation of an ignition zone (12).

В варианте горелочного устройства с двумя топливными вводами имеется возможность подачи разных видов угля по реакционной способности. При этом обеспечивается усиление эффекта повышения скорости нагрева на участке с низкой теплоемкостью (2), за счет подачи через топливопровод (6) топлива с высокореакционной способностью, в результате чего увеличивается тепловыделение в зоне воспламенения (10). Для перехода воспламенения из зоны (10) в зону (12) подают топливо с низкой реакционной способностью через топливопровод (15), обеспечивая таким образом оптимальный экономичный режим использования топлива.In the version of the burner with two fuel inlets, it is possible to supply different types of coal in terms of reactivity. At the same time, an increase in the effect of increasing the heating rate in the area with low heat capacity (2) is provided due to the supply of fuel with a highly reactive ability through the fuel line (6), as a result of which the heat release in the ignition zone (10) increases. For the transition of ignition from zone (10) to zone (12), fuel with low reactivity is supplied through the fuel line (15), thus providing an optimal economical mode of fuel use.

Предлагаемое изобретение позволяет воспламенять топливную смесь с повышенным содержанием влажности и пониженным уровнем летучих компонентов, а также и водоугольную топливную смесь с минимальными удельными затратами энергии и минимизировать механический унос в момент растопки до безопасного уровня.The proposed invention makes it possible to ignite a fuel mixture with a high moisture content and a low level of volatile components, as well as a water-coal fuel mixture with minimal specific energy consumption and to minimize mechanical carryover at the time of ignition to a safe level.

Claims (5)

1. Способ факельного сжигания топливовоздушной угольной смеси, заключающийся в том, что внутри горелки создают электрический разряд в зоне воспламенения факела, подают топливовоздушную смесь в зону воспламенения факела, воздействуют диффузным электрическим разрядом на зону образования пламени факела и осуществляют факельное сжигание топлива, отличающийся тем, что процесс воспламенения факела осуществляют с регулированием скорости набора температуры факела и температуры стенок горелки в области горения факела, путем перемещения положения зоны воспламенения факела внутри горелки на участок с низкой теплоемкостью и теплопередачей конструкции горелки, где повышается скорость набора температуры факела, а после выхода горелки на температурный режим и обеспечения минимизации механического уноса положение зоны воспламенения факела перемещают на участок с высокой теплоемкостью конструкции горелки, где скорость набора температуры факела снижается, аккумуляция тепла увеличивается, температура факела стабилизируется, обеспечивая повышение тепловой мощности и оптимизацию использования топлива. 1. The method of flare combustion of a fuel-air coal mixture, which consists in the fact that inside the burner create an electric discharge in the ignition zone of the torch, supply the fuel-air mixture to the ignition zone of the torch, act with a diffuse electric discharge on the zone of formation of the flame of the torch and carry out flare combustion of fuel, characterized in that, that the process of flame ignition is carried out with regulation of the rate of the flame temperature rise and the temperature of the burner walls in the area of flame combustion, by moving the position of the flame ignition zone inside the burner to the area with low heat capacity and heat transfer of the burner structure, where the rate of flame temperature rise increases, and after the temperature regime and ensuring the minimization of mechanical entrainment, the position of the flame ignition zone is moved to the area with a high heat capacity of the burner structure, where the rate of the flame temperature rise decreases, heat accumulation increases, the temperature the flame is stabilized, providing an increase in heat output and optimization of fuel use. 2. Устройство воспламенения и поддержания горения топливовоздушной смеси, содержащее корпус, разделенный на область перемешивания топливовоздушной смеси и область камеры воспламенения, блок стержневых электродов для генерирования электрического разряда, топливопровод и трубопровод воздуха, зону воспламенения топливовоздушной смеси, зону факела сгорания топливовоздушной смеси, отличающееся тем, что область камеры воспламенения разделена на две части: разгонный участок с низкой теплоемкостью и теплопередачей конструктивных элементов, выполненный без муфелизирующих элементов, и аккумулирующий участок с высокой теплоемкостью конструктивных элементов, выполненный с муфелем, топливопровод в комплекте с блоком электродов, тангенциально присоединённый в зону между участками с низкой и высокой теплоемкостью, два трубопровода вторичного воздуха, тангенциально присоединённые по отдельности на участки с низкой и высокой теплоемкостью и обеспечивающие перемещение области воспламенения с участка с низкой теплоемкостью на участок с высокой теплоемкостью за счет изменения соотношения напорного давления в трубопроводах вторичного воздуха.2. A device for ignition and maintenance of combustion of a fuel-air mixture, containing a housing divided into a mixing area of the fuel-air mixture and an ignition chamber area, a block of rod electrodes for generating an electric discharge, a fuel line and an air pipeline, an ignition zone of a fuel-air mixture, a zone of a combustion flame of an air-fuel mixture, characterized by that the area of the ignition chamber is divided into two parts: an accelerating section with low heat capacity and heat transfer of structural elements, made without muffle elements, and an accumulating section with a high heat capacity of structural elements, made with a muffle, a fuel line complete with a block of electrodes tangentially connected to the zone between areas with low and high heat capacity, two secondary air pipelines tangentially connected separately to areas with low and high heat capacity and ensuring the movement of the ignition area from the area and with a low heat capacity to a section with a high heat capacity due to a change in the ratio of the pressure head in the secondary air pipelines. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что топливопроводов в комплекте с блоком электродов используется два, каждый из которых тангенциально присоединён отдельно на участки с низкой и высокой теплоемкостью, обеспечивая возможность перемещения области воспламенения и горения факела с участка с низкой теплоемкостью на участок с высокой теплоемкостью за счет воспламенения и отключения электрического разряда на отдельных электродных блоках на соответствующих участках. 3. Device according to claim 2, characterized in that there are two fuel lines complete with the block of electrodes, each of which is tangentially connected separately to sections with low and high heat capacity, making it possible to move the area of ignition and combustion of the torch from a section with low heat capacity to a section with high heat capacity due to the ignition and shutdown of the electrical discharge on individual electrode blocks in the corresponding areas. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что муфелизированная часть состоит из нескольких секций с отдельными встроенными топливопроводами в комплекте с блоками стержневых электродов, обеспечивая увеличение тепловой мощности факела при переходе воспламенения на участок с высокой теплоемкостью.4. The device according to claim 3, characterized in that the muffle part consists of several sections with separate built-in fuel lines, complete with blocks of rod electrodes, providing an increase in the thermal power of the torch when the ignition passes to the area with high heat capacity. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отдельный топливопровод в комплекте с электродным блоком участка с низкой теплоемкостью и теплопередачей присоединен к топливосистеме с топливом повышенной реакционной способности, а отдельный топливопровод в комплекте с электродным блоком участка с высокой теплоемкостью присоединен к топливосистеме с топливом пониженной реакционной способности, обеспечивая оптимизацию использования топлива.5. The device according to claim 3, characterized in that a separate fuel line complete with an electrode block of a section with low heat capacity and heat transfer is connected to a fuel system with fuel with increased reactivity, and a separate fuel line complete with an electrode block of a section with a high heat capacity is connected to a fuel system with fuel of reduced reactivity, ensuring the optimization of fuel use.
RU2020113760A 2020-04-17 2020-04-17 Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter RU2731081C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113760A RU2731081C1 (en) 2020-04-17 2020-04-17 Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113760A RU2731081C1 (en) 2020-04-17 2020-04-17 Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731081C1 true RU2731081C1 (en) 2020-08-28

Family

ID=72421532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020113760A RU2731081C1 (en) 2020-04-17 2020-04-17 Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731081C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766193C1 (en) * 2020-10-26 2022-02-09 Сергей Николаевич Кучанов Method for stepwise combustion of pulverised coal fuel and apparatus for implementing the method
RU2778593C1 (en) * 2021-08-31 2022-08-22 Денис Сергеевич Синельников Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2201554C1 (en) * 2002-04-10 2003-03-27 Достовалов Виктор Александрович Method for plasma ignition of pulverized coal
RU2210032C2 (en) * 2000-12-28 2003-08-10 Карпенко Евгений Иванович Method of plasma ignition of pulverized-coal fuel (variants) and plasma pulverized-coal burner for realization of this method
RU2336465C2 (en) * 2006-10-04 2008-10-20 Валентин Сергеевич Перегудов Method of plasma-coal kindling of boiler
RU2410603C1 (en) * 2009-11-17 2011-01-27 Закрытое акционерное общество "КОТЭС-Наука" Device of plasma ignition of dust-coal fuel
RU2683052C1 (en) * 2018-06-09 2019-03-26 Общество с ограниченной ответственностью "ЗиО-КОТЭС" Vortex kindling pulverized coal burner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210032C2 (en) * 2000-12-28 2003-08-10 Карпенко Евгений Иванович Method of plasma ignition of pulverized-coal fuel (variants) and plasma pulverized-coal burner for realization of this method
RU2201554C1 (en) * 2002-04-10 2003-03-27 Достовалов Виктор Александрович Method for plasma ignition of pulverized coal
RU2336465C2 (en) * 2006-10-04 2008-10-20 Валентин Сергеевич Перегудов Method of plasma-coal kindling of boiler
RU2410603C1 (en) * 2009-11-17 2011-01-27 Закрытое акционерное общество "КОТЭС-Наука" Device of plasma ignition of dust-coal fuel
RU2683052C1 (en) * 2018-06-09 2019-03-26 Общество с ограниченной ответственностью "ЗиО-КОТЭС" Vortex kindling pulverized coal burner

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766193C1 (en) * 2020-10-26 2022-02-09 Сергей Николаевич Кучанов Method for stepwise combustion of pulverised coal fuel and apparatus for implementing the method
RU2779675C1 (en) * 2021-08-25 2022-09-12 Денис Сергеевич Синельников Method for flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method
RU2778593C1 (en) * 2021-08-31 2022-08-22 Денис Сергеевич Синельников Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method
RU2779343C1 (en) * 2021-09-01 2022-09-06 Денис Сергеевич Синельников Apparatus for electric ignition and flare combustion of a fuel-air mixture
RU2812313C2 (en) * 2022-06-28 2024-01-29 Сергей Николаевич Кучанов Method of plasma ignition of hard-flammable fuel-air mixtures and burner device for its implementation when starting boiler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1371905B1 (en) Plasma igniter with assembled cathode
RU2490544C2 (en) Pulverised-coal concentrator, and pulverised-coal burner containing such concentrator
EP0453461A1 (en) Method and apparatus for starting the boiler of a solid-fuel fired power plant and ensuring the burning process of the fuel
CN201521963U (en) Low heat value gas fuel combustor
CN101324341B (en) Apparatus and method for pulverized coal boiler pure oxygen ignition / steady combustion
CN101886816A (en) Improved plasma ignition nozzle of coal dust gasifier and mode
RU2460941C1 (en) Combustion method of fine pulverised coal and regular pulverised coal in pulverised coal burner, and device for its implementation
RU2731081C1 (en) Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter
US6971235B2 (en) Evaporative burner
RU2294486C1 (en) Pulverized-coal burner
WO2003019079A1 (en) Coal-burning boiler's ignition burner
RU2766193C1 (en) Method for stepwise combustion of pulverised coal fuel and apparatus for implementing the method
RU2731087C1 (en) Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method
RU2174649C2 (en) Pulverized-coal lighting-up burner and method of its operation
RU2704178C1 (en) Flare combustion device
RU2276755C1 (en) Furnace, air duct, and chimney
CN101592337A (en) Internal combustion ignition pulverized coal burner
RU2610081C1 (en) Engine
CN106032907B (en) Blast furnace gas burner igniter
RU2059926C1 (en) Method of and plasma pulverized-coal burner for low-grade coal combustion
RU2778593C1 (en) Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method
RU2813936C1 (en) Coaxial stepped burner of flare combustion of fuel-air mixture
RU2779675C1 (en) Method for flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method
RU2731139C1 (en) Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method
RU2339878C2 (en) Method of plasma-coal lighting up of boiler and associated plant