RU2778593C1 - Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method - Google Patents
Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778593C1 RU2778593C1 RU2021125550A RU2021125550A RU2778593C1 RU 2778593 C1 RU2778593 C1 RU 2778593C1 RU 2021125550 A RU2021125550 A RU 2021125550A RU 2021125550 A RU2021125550 A RU 2021125550A RU 2778593 C1 RU2778593 C1 RU 2778593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- air
- stage
- working
- ignition
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 claims abstract description 5
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 claims description 38
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 claims description 12
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 15
- 230000001535 kindling Effects 0.000 description 5
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 102220431762 UQCC1 F23D Human genes 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000000969 Verbascum thapsus Species 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. для обеспечения розжига и стабилизации горения топлива.The invention relates to energy and can be used in thermal power plants, boilers, etc. to ensure ignition and stabilization of fuel combustion.
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. A known method of burning low-grade coals and a plasma burner 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 combustion of the air mixture. Electric plasma arc generation is carried out in the air mixture supply channel made in the burner. For this purpose, an electric plasma arc is initially generated in the specified channel and the main arc is excited by its plasma flows, while the plasma torch-igniter is moved along the rod elements as they are eroded.
Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость плазматрона запальника, а также малый объемный контакт дугового разряда плазматрона и пылеугольной смеси. Также к недостаткам данного способа можно отнести высокие температуры (до 6000°C) при которых работает оборудование плазмотрона, что влияет на надежность и долговечность частей плазмотрона.The disadvantage of this method is the high energy consumption of the plasma torch igniter, as well as the small volumetric contact of the arc discharge of the plasma torch and the pulverized coal mixture. Also, the disadvantages of this method include high temperatures (up to 6000°C) at which the plasma torch equipment operates, which affects the reliability and durability of the plasma torch parts.
Известная плазменная пылеугольная горелка, содержит канал подачи аэросмеси, канал подачи вторичного воздуха с установленным в нем завихрителем, плазмотрон-запальник со стержневыми электродами (патент RU №2059926, С1, МКИ F23D 1/00, F23Q 13/00, 1992). Плазмотрон-запальник с электродами установлен в канале подачи аэросмеси. Графитовые электроды размещены по всей длине канала подачи аэросмеси. Плазмотрон-запальник снабжен соплами двустороннего истечения и установлен с возможностью продольного перемещения между стержневыми электродами, при этом сопла плазмотрона сориентированы на концы электродов.The well-known plasma pulverized coal burner contains an air mixture supply channel, a secondary air supply channel with a swirler installed in it, a plasma torch-igniter with rod electrodes (patent RU No. 2059926, C1, MKI F23D 1/00, F23Q 13/00, 1992). The plasma torch-igniter with electrodes is installed in the air mixture supply channel. Graphite electrodes are placed along the entire length of the air mixture supply channel. The plasma torch-igniter is equipped with double-sided flow nozzles and is installed with the possibility of longitudinal movement between the rod electrodes, while the plasma torch nozzles are oriented to the ends of the electrodes.
Недостатком плазменной пылеугольной горелки представленной в этом изобретении является низкая надежность воспламенения пылеугольного топлива разного химического состава и низкой реакционностью, а также большая удельная электрическая мощность устройства и большие его размеры.The disadvantage of the plasma pulverized coal burner presented in this invention is the low reliability of ignition of pulverized coal fuel of different chemical composition and low reactivity, as well as the high electrical power density of the device and its large size.
Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива, содержащее 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.A device for plasma ignition of pulverized coal is known, containing a housing, rod electrodes for generating an electric arc, a fuel line and a secondary air pipeline, (patent RU No. 2410603, C1, MKI F23Q 5/00, F23Q 13/00, 2009). The body is divided by a transverse partition into resonant and cooling chambers. In the center of the partition, a passage of secondary air is made and rod electrodes are installed with the possibility of longitudinal movement, and their working part is directed inside the resonant chamber, and the electric arc is created by high-frequency alternating current in the resonant chamber with the formation of an acoustic field.
Недостатком этого устройства является ограниченная тепловая и электрическая мощность инициируемого факела и как следствие, невозможность организации сжигания низкореакционного топлива, так как конструкция известного устройства не позволяет осуществить как дополнительного подвода энергии, так и локализации имеющейся мощности.The disadvantage of this device is the limited thermal and electrical power of the initiated flame and, as a result, the impossibility of organizing the combustion of low-reactive fuel, since the design of the known device does not allow for both additional energy supply and localization of the available power.
Известно устройство, для растопки котла с муфелем (Энергосберегающие системы растопки и подсветки факела топочных камер котлов: монография В.А. Дубровский, М.В. Зубова. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012 г., стр. 98). Представленное устройство содержит источник пыли, канал подачи воздуха, растопочную горелку, запально-сигнальное устройство, пароакустическую форсунку, линию подвода высокореакционного топлива. Растопочная горелка реализована в виде муфелизированного преддтопка. Растопка котла работает следующим образом. С помощью запально-защитного устройства воспламенялся мазут, который подавался через паромеханическую форсунку. За счет горения небольшого количества мазута нагревалась внутренняя стенка муфеля. Контроль над режимом нагрева муфеля производился с помощью термопар, которые фиксировали значение температуры дымовых газов по длине муфеля и температуру его внутренней стенки. После прогрева муфеля на малых оборотах включался пылепитатель, и угольная пыль высокой концентрации поступала на горение в раскаленный муфельный предтопок. Мазутную форсунку следовало отключить. Расход вторичного воздуха регулировался с помощью поворотного шибера через колонку дистанционного управления. Проходя через разогретый муфель, пылеугольная смесь при малом коэффициенте избытка воздуха подвергалась предварительной термической подготовке, и весь образовавшийся газифицированный поток угольной пыли поступал в объем топки котла, где происходило его выгорание и последующий разогрев объема топочной камеры.A device is known for kindling a boiler with a muffle (Energy-saving systems for kindling and lighting the torch of the combustion chambers of boilers: monograph by V.A. Dubrovsky, M.V. Zubova. - Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2012, p. 98). The presented device contains a source of dust, an air supply channel, a kindling burner, an ignition signal device, a vapor-acoustic nozzle, a highly reactive fuel supply line. The kindling burner is implemented in the form of a muffled pre-furnace. The kindling of the boiler works as follows. With the help of an ignition-protective device, fuel oil was ignited, which was supplied through a steam-mechanical nozzle. Due to the combustion of a small amount of fuel oil, the inner wall of the muffle was heated. The control over the heating mode of the muffle was carried out using thermocouples, which recorded the flue gas temperature along the length of the muffle and the temperature of its inner wall. After the muffle was warmed up at low speeds, the dust feeder was turned on, and high concentration coal dust entered the red-hot muffle pre-furnace for combustion. The oil burner should have been turned off. The secondary air flow was regulated by means of a rotary damper through a remote control column. Passing through the heated muffle, the pulverized-coal mixture at a low excess air coefficient was subjected to preliminary thermal preparation, and the entire gasified flow of coal dust entered the volume of the boiler furnace, where it was burned out and the volume of the combustion chamber was subsequently heated.
Недостатком описанного технического решения, является воспламенение угольной пыли, которое происходит только за счет термического воздействия от нагретого муфеля. При этом существенная доля угольной пыли не успевает активироваться за время прохождения через разогретый участок, попадает в топку в не воспламененном состоянии и способствует формированию зон с повышенной взрывоопасностью в топке котла.The disadvantage of the described technical solution is the ignition of coal dust, which occurs only due to thermal effects from a heated muffle. At the same time, a significant proportion of coal dust does not have time to be activated during the passage through the heated area, enters the furnace in a non-ignited state and contributes to the formation of zones with increased explosion hazard in the boiler furnace.
Известно устройство, принятое в качестве прототипа, содержащее корпус, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха, (патент RU №2731081, С1, МКИ F23Q 5/00, F23D 1/00, 2020). Корпус, разделенный на две части, разгонный участок с низкой теплоемкостью и теплопередачей конструктивных элементов, выполненную без муфелизирующих элементов, и аккумулирующий участок с высокой теплоемкостью конструктивных элементов, выполненную с муфелем, два топливопровода в комплекте с блоками электродов, тангенциально присоединенные соответственно на участки с низкой и высокой теплоемкостью, два воздухопровода вторичного воздуха тангенциально присоединенные по отдельности на участки с низкой и высокой теплоемкостью, электрический разряда, инициированный на блоке электродов подключенных к источнику питания, зона воспламенения для факела в период разогрева горелочного устройства, зона воспламенения для факела в период стационарной работы горелочного устройства.A device is known, adopted as a prototype, containing a housing, rod electrodes for generating an electric arc, a fuel line and a secondary air pipeline, (patent RU No. 2731081, C1, MKI F23Q 5/00, F23D 1/00, 2020). The case is divided into two parts, an accelerating section with a 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, two fuel lines complete with blocks of electrodes, tangentially connected respectively to sections with low and high heat capacity, two secondary air ducts tangentially connected separately to areas with low and high heat capacity, electric discharge initiated on the block of electrodes connected to the power source, ignition zone for the torch during the heating of the burner, ignition zone for the torch during stationary operation burner device.
Недостатком данного устройства является ограниченная тепловая мощность, обусловленная коэффициентом избытка воздуха и скоростью истечения из горелочного устройства. Ограничением также является низкая плотность воздействия электрического поля на пусковых режимах.The disadvantage of this device is the limited thermal power, due to the coefficient of excess air and the speed of the outflow from the burner. The limitation is also the low density of the impact of the electric field in the starting modes.
Задачей решаемой предлагаемым изобретением является создание устройства, которое позволяет с минимальными удельными затратами энергии воспламенять топливовоздушную смесь, а также повысить устойчивость его последующего сжигания. Обеспечить оптимальное качество воспламенения и поддержания горения факела при различных режимах работы котельного оборудования и минимизация уноса не воспламенившегося топлива в топку.The problem solved by the invention is to create a device that allows you to ignite the air-fuel mixture with a minimum specific energy consumption, as well as to increase the stability of its subsequent combustion. To ensure the optimal quality of ignition and maintenance of flame combustion under various operating modes of the boiler equipment and minimizing the entrainment of unignited fuel into the furnace.
Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата становится возможным благодаря тому, что электрическое воспламенение топлива производится в разгонной ступени, которая является первым участком горелочного устройства, за счет воздействия электрического разряда генерируемого источником питания на концах электродов, вмонтированных в разгонную ступень и оптимального коэффициента избытка воздуха, который в свою очередь достигается регулированием подачи топлива и воздуха в разгонную ступень и зависит от теплотехнических и реакционных свойств топлива. Также за счет малого размера разгонной ступени обеспечивается быстрый прогрев корпуса, создается дополнительное температурное воздействие на топливовоздушную смесь, наряду с этим создается максимальная локализация воздействия электрического разряда на пылевоздушную смесь. При этом подача топлива в последующие, рабочие ступени на данном этапе не производится, а регулирование подачи воздуха в рабочие ступени позволяет не захолаживать образовавшийся факел, а также регулировать степень выгорания топлива внутри горелочного устройства. Что в свою очередь позволяет минимизировать процесс уноса в топочное пространство котла не воспламенившейся пыли. Вместе с тем, на данном этапе прогреваются последующие (рабочие) ступени горелочного устройства. Размер разгонной ступени определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива, необходимой тепловой мощности факела для пуска рабочей ступени, оптимального коэффициента избытка воздуха и скорости истечения факела. После набора расчетной мощности разгонной ступени и прогрева первой рабочей ступени до проектной температуры производится подача топлива в первую рабочую ступень, которая имеет размер больший, чем разгонная. В рабочих ступенях каналы подачи воздуха оборудованы стержневыми электродами, подключенными к источнику питания, которые обеспечивают возможность дополнительного подвода энергии активации к факелу. В зависимости от режима работы горелочного устройства количество находящихся электродных блоков в работе и характеристики электрического разряда регулируется источником питания. На этапе пуска первой рабочей ступени на топливо, поступающее в эту ступень воздействуют следующие факторы инициации воспламенения и поддержания горения: термическая активация за счет теплового выделения факела исходящего из разгонной ступени, а также теплового выделения от разогретых стенок рабочей ступени, химическая активация за счет химических реакций с разогретыми продуктами сгорания факела исходящего из разгонной ступени, и электрическая активация за счет генерации переменным током электрического разряда на стержневых электродах, введенных в канал подачи воздуха рабочей ступени. Данное воздействие позволяет эффективно воспламенять и сжигать топливо, поступающее в рабочую ступень горелочного устройства. После выхода первой рабочей ступени на проектный режим, включается вторая рабочая ступень. Режим работы и конструкция второй рабочей и последующих рабочих ступеней аналогичны первой рабочей ступени, за исключением размера и количества подаваемого топлива и воздуха. Размер рабочих ступеней и количество подаваемого в них топлива и воздуха последовательно растет. Количество рабочих ступеней определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива и необходимой тепловой мощности горелочного устройства. После достижения горелочным устройством температуры самовоспламенения топлива, возможно прекращение подачи топлива и электрического воздействия в разгонную ступень и предшествующие рабочие ступени. Режим работы горелки становится автономным, самоподдерживающимся. В зависимости от режима работы горелочного устройства количество находящихся электродных блоков в работе и характеристики электрического разряда регулируется источником питания. Положение факела в горелочном устройстве, длина выхода факела в топочное пространство, скорость истечения факела из горелочного устройства, а также степень химического недожога по ступеням и в горелочном устройстве в целом, контролируется регулированием подачи воздуха, топлива и электрического разряда по ступеням горелочного устройства. В случае ухудшения качества топлива или снижения нагрузки котла, возможно использование подачи топлива и электрического разряда в разгонную и предшествующие рабочие ступени для поддержания качества горения топливного факела.The achievement of the technical result provided by the invention becomes possible due to the fact that the electrical ignition of the fuel is carried out in the accelerating stage, which is the first section of the burner device, due to the effect of an electric discharge generated by the power source at the ends of the electrodes mounted in the accelerating stage and the optimal excess air coefficient, which in in turn, it is achieved by regulating the supply of fuel and air to the booster stage and depends on the thermal and reaction properties of the fuel. Also, due to the small size of the booster stage, a quick heating of the body is ensured, an additional temperature effect on the air-fuel mixture is created, along with this, the maximum localization of the impact of the electric discharge on the dust-air mixture is created. At the same time, fuel is not supplied to the subsequent, working stages at this stage, and the regulation of the air supply to the working stages allows not to cool down the formed torch, and also to regulate the degree of fuel burnout inside the burner. Which, in turn, allows minimizing the process of entrainment of non-ignited dust into the furnace space of the boiler. At the same time, at this stage, the subsequent (working) stages of the burner device are heated. The size of the accelerating stage is determined based on the thermal composition of the supplied fuel, the required thermal power of the torch to start the working stage, the optimal excess air coefficient and the torch outflow rate. After the accelerating stage design power is reached and the first working stage is heated to the design temperature, fuel is supplied to the first working stage, which has a size larger than the accelerating stage. In the working stages, the air supply channels are equipped with rod electrodes connected to a power source, which provide the possibility of additional supply of activation energy to the torch. Depending on the operating mode of the burner, the number of electrode blocks in operation and the characteristics of the electric discharge are regulated by the power source. At the stage of starting the first working stage, the fuel entering this stage is affected by the following factors of initiation of ignition and maintenance of combustion: thermal activation due to thermal release of the torch emanating from the accelerating stage, as well as thermal release from the heated walls of the working stage, chemical activation due to chemical reactions with heated products of combustion of the torch emanating from the accelerating stage, and electrical activation due to the generation of an electric discharge by an alternating current on the rod electrodes introduced into the air supply channel of the working stage. This effect allows you to effectively ignite and burn the fuel entering the working stage of the burner. After the first working stage reaches the design mode, the second working stage is switched on. The mode of operation and design of the second working and subsequent working stages are similar to the first working stage, except for the size and quantity of fuel and air supplied. The size of the working stages and the amount of fuel and air supplied to them are consistently increasing. The number of operating stages is determined based on the thermal composition of the supplied fuel and the required thermal power of the burner. After the burner device reaches the self-ignition temperature of the fuel, it is possible to stop the supply of fuel and electrical impact to the accelerating stage and the previous working stages. The operating mode of the burner becomes autonomous, self-sustaining. Depending on the operating mode of the burner, the number of electrode blocks in operation and the characteristics of the electric discharge are regulated by the power source. The position of the torch in the burner, the length of the torch exit into the furnace space, the rate of torch outflow from the burner, as well as the degree of chemical underburning in the stages and in the burner as a whole, is controlled by regulating the supply of air, fuel and electric discharge through the stages of the burner. In case of deterioration of the fuel quality or reduction of the boiler load, it is possible to use the fuel supply and electric discharge to the accelerating and previous working stages to maintain the quality of the combustion of the fuel flame.
Для реализации описанного способа по изобретению предложено устройство электрического воспламенения, и поддержания горения топливовоздушной смеси, содержащее муфелизированный корпус, разделенный разгонную и рабочие ступени, блоки стержневых электродов для генерирования электрического разряда, топливопроводы и трубопроводы воздуха. Согласно изобретению, электрический разряд на стержневых электродах, введенных в разгонную ступень, генерируют переменным током. После чего происходит подача пылевого топлива в разгонную ступень. Пылевоздушная смесь воспламеняется за счет воздействия электрического разряда и прогревает стенки разгонной ступени. Далее разгонная ступень набирает расчетную тепловую мощность и нагревает рабочие ступени, имеющие больший размер. Размер разгонной ступени определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива, необходимой тепловой мощности факела для пуска рабочей ступени, оптимального коэффициента избытка воздуха и скорости истечения факела. После прогрева рабочей ступени в нее подается топливо. Рабочая ступень имеет муфелизированный корпус, канал подачи топлива и воздуха, причем канал подачи воздуха оборудован электродными блоками для генерации электрического разряда. Размер рабочих ступеней и количество подаваемого в них топлива и воздуха последовательно растет. Количество рабочих ступеней определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива и необходимой тепловой мощности горелочного устройства. При прохождении через рабочую ступень на пылевоздушную смесь воздействует следующие факторы инициации воспламенения и поддержания горения: термическая активация за счет теплового выделения факела исходящего из разгонной ступени, а также теплового выделения от разогретых стенок рабочей ступени, химическая активация за счет химических реакций с разогретыми продуктами сгорания факела исходящего из разгонной ступени, и электрическая активация за счет генерации электрического разряда на стержневых электродах, введенных в канал подачи воздуха рабочей ступени. После выхода первой рабочей ступени на проектный режим, включается вторая рабочая ступень. Режим работы и конструкция второй рабочей и последующих рабочих ступеней аналогичны первой рабочей ступени, за исключением размера и количества подаваемого топлива и воздуха. После достижения в горелочном устройстве температуры самовоспламенения топливовоздушной смеси, возможно прекращение подачи топлива и электрического воздействия в разгонную ступень и предшествующие рабочие ступени. Режим работы горелки становится автономным, самоподдерживающимся. В зависимости от режима работы горелочного устройства количество находящихся электродных блоков в работе и характеристики электрического разряда регулируется источником питания. В случае ухудшения качества топлива или снижения нагрузки котла, возможно использование подачи топлива и электрического разряда в разгонную и предшествующие рабочие ступени для поддержания качества горения топливного факела. Положение факела в горелочном устройстве, длина выхода факела из ступеней и в топочное пространство, скорость истечения факела из горелочного устройства, а также степень химического недожога по ступеням и в горелочном устройстве в целом, контролируется регулированием подачи воздуха, топлива и электрического разряда в ступенях горелочного устройства.To implement the described method, according to the invention, a device for electric ignition and maintenance of combustion of an air-fuel mixture is proposed, containing a muffled body, separated accelerating and working stages, blocks of rod electrodes for generating an electric discharge, fuel lines and air pipelines. According to the invention, the electric discharge on the rod electrodes introduced into the accelerating stage is generated by an alternating current. After that, the pulverized fuel is supplied to the booster stage. The dust-air mixture ignites due to the action of an electric discharge and heats up the walls of the booster stage. Further, the accelerating stage gains the calculated thermal power and heats the working stages, which have a larger size. The size of the accelerating stage is determined based on the thermal composition of the supplied fuel, the required thermal power of the torch to start the working stage, the optimal excess air coefficient and the torch outflow rate. After warming up the working stage, fuel is supplied to it. The working stage has a muffled housing, a fuel and air supply channel, and the air supply channel is equipped with electrode blocks for generating an electric discharge. The size of the working stages and the amount of fuel and air supplied to them are consistently increasing. The number of operating stages is determined based on the thermal composition of the supplied fuel and the required thermal power of the burner. When passing through the working stage, the dust-air mixture is affected by the following factors of ignition initiation and combustion maintenance: thermal activation due to thermal release of the flame coming from the accelerating stage, as well as thermal release from the heated walls of the working stage, chemical activation due to chemical reactions with heated combustion products of the flame coming from the accelerating stage, and electrical activation due to the generation of an electric discharge on the rod electrodes introduced into the air supply channel of the working stage. After the first working stage reaches the design mode, the second working stage is switched on. The mode of operation and design of the second working and subsequent working stages are similar to the first working stage, except for the size and quantity of fuel and air supplied. After reaching the self-ignition temperature of the air-fuel mixture in the burner device, it is possible to stop the supply of fuel and electrical impact to the accelerating stage and the previous working stages. The operating mode of the burner becomes autonomous, self-sustaining. Depending on the operating mode of the burner, the number of electrode blocks in operation and the characteristics of the electric discharge are regulated by the power source. In case of deterioration of the fuel quality or reduction of the boiler load, it is possible to use the fuel supply and electric discharge to the accelerating and previous working stages to maintain the quality of the combustion of the fuel flame. The position of the torch in the burner, the length of the torch exit from the stages and into the furnace space, the rate of flow of the torch from the burner, as well as the degree of chemical underburning in the stages and in the burner as a whole, is controlled by regulating the supply of air, fuel and electric discharge in the stages of the burner .
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 distinguishing features of the invention. Therefore, it can be argued that the proposed technical solutions meet the condition of inventive step.
Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежамиThe essence of the invention is illustrated by the attached drawings.
На Фиг. 1 представлено продольное сечение устройства электрического воспламенения и факельного сжигания топливовоздушной смеси.On FIG. 1 shows a longitudinal section of a device for electric ignition and flaring of an air-fuel mixture.
Предлагаемое устройство электрического воспламенения и факельного сжигания топливовоздушной смеси содержит муфелизированный корпус (1), разделенный на ступени (2, 3, 4), разгонная ступень (2) имеет наименьший размер, размер рабочих ступеней (3, 4) увеличивается последовательно, трубопроводы подвода воздуха (5), трубопроводы подвода топлива (6), стержневые электроды (7) для формирования электрического разряда (8), подключенные к источнику питания (9). Топливный факел (10, 11, 12) имеет возможность перемещения внутри горелочного устройства (13) и топочном пространстве котла (14). Размеры ступеней (2, 3, 4) определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива, необходимой тепловой мощности факела (10, 11, 12), оптимального коэффициента избытка воздуха и скорости истечения факела (10, 11, 12).The proposed device for electric ignition and flaring of the air-fuel mixture contains a muffled body (1), divided into stages (2, 3, 4), the accelerating stage (2) has the smallest size, the size of the working stages (3, 4) increases sequentially, air supply pipelines (5), fuel supply pipelines (6), rod electrodes (7) for generating an electric discharge (8), connected to a power source (9). The fuel torch (10, 11, 12) has the ability to move inside the burner (13) and the furnace space of the boiler (14). The dimensions of the steps (2, 3, 4) are determined based on the thermal composition of the supplied fuel, the required thermal power of the torch (10, 11, 12), the optimal excess air coefficient and the torch outflow rate (10, 11, 12).
Предлагаемый способ и устройство электрического воспламенения и факельного сжигания топливовоздушной смеси реализуется следующим образом.The proposed method and device for electric ignition and flaring of the air-fuel mixture is implemented as follows.
На стержневые электроды (7) расположенные трубопроводе (6) и трубопроводе (5) в разгонной ступени (2), от источника питания (9) подается электрический ток и на концах электродов (7) формируется электрический разряд (8). В разгонную ступень (2) по трубопроводу (6) подается топливо и по трубопроводу (5) воздух. Топливовоздушная смесь под воздействием электрического разряда (8) воспламеняется. В результате формируется топливный факел (10) сгорания. Топливный факел (10) сгорания прогревает муфелизированный корпус (1) разгонной ступени (2). В результате чего на подаваемую топливную смесь дополнительно воздействует тепловая активация от разогретого корпуса (1) разгонной ступени (2). Далее разгонная ступень (2) набирает расчетную тепловую мощность и нагревает рабочие ступени (3, 4). После прогрева рабочей ступени (3) в нее по трубопроводу (6) подается топливо и по трубопроводу (5) воздух, при этом трубопровод (5) рабочей ступени (3) оборудован стержневыми электродами (7). От источника питания (9) на электроды (7) подается электрический ток и на концах электродов (7) формируется электрический разряд (8). В результате воздействия на топливовоздушную смесь термической активации за счет теплового выделения факела (10) исходящего из разгонной ступени (2), а также теплового выделения от разогретого муфелизированного корпуса (1) рабочей ступени (3), химической активации за счет химических реакций с разогретыми продуктами сгорания факела (10) исходящего из разгонной ступени (2), и электрической активации за счет генерации электрического разряда (8) на стержневых электродах (7), введенных в канал подачи воздуха (5) рабочей ступени (3) образуется устойчивый топливный факел сгорания (11). После выхода рабочей ступени (3) на рабочий режим, включается рабочая ступень (4). Режим работы и конструкция рабочей ступени (4) и последующих рабочих ступеней аналогичны рабочей ступени (3). Количество рабочих ступеней (3, 4) определяется исходя из теплотехнического состава подаваемого топлива и необходимой тепловой мощности горелочного устройства (13). Электрический разряд (8) и топливные факела (10, 11) воздействует на топливный факел сгорания (12) до тех пор, пока факел (12) не перейдет в самоподдерживающий, незатухающий режим, после чего возможно прекращение подачи топлива (6), и электрического разряда (8) в разгонную (2) и рабочую ступень (3). В зависимости от режима работы горелочного устройства (13) количество находящихся в работе электродов (7) и характеристики электрического разряда (8) регулируется источником питания. В случае ухудшения качества топлива или снижения нагрузки котла (14), можно использовать подачу топлива (6), и электрического разряда (8) в разгонную (2) и рабочую ступень (3) для поддержания качества горения топливного факела (12). Положение факела (10, 11, 12) в горелочном устройстве (13), длина выхода факела из ступеней (2, 3, 4) в топочное пространство (14), скорость истечения факела (10, 11, 12) из горелочного устройства (13) и из ступеней (2, 3, 4), а также степень химического недожога по ступеням (2, 3, 4) и в горелочном устройстве (13) в целом, контролируется регулированием подачи воздуха, топлива и электрического разряда (8) в ступенях (2, 3, 4) горелочного устройства.On the rod electrodes (7) located in the pipeline (6) and the pipeline (5) in the accelerating stage (2), an electric current is supplied from the power source (9) and an electric discharge (8) is formed at the ends of the electrodes (7). Fuel is supplied to the accelerating stage (2) through pipeline (6) and air through pipeline (5). The fuel-air mixture under the influence of an electric discharge (8) ignites. As a result, a fuel combustion flame (10) is formed. The combustion fuel torch (10) heats the muffled body (1) of the booster stage (2). As a result, the supplied fuel mixture is additionally affected by thermal activation from the heated body (1) of the booster stage (2). Further, the accelerating stage (2) gains the calculated thermal power and heats the working stages (3, 4). After heating the working stage (3), fuel is supplied to it through the pipeline (6) and air through the pipeline (5), while the pipeline (5) of the working stage (3) is equipped with rod electrodes (7). Electric current is supplied from the power source (9) to the electrodes (7), and an electric discharge (8) is formed at the ends of the electrodes (7). As a result of exposure to the air-fuel mixture of thermal activation due to thermal release of the torch (10) coming from the accelerating stage (2), as well as thermal release from the heated muffled body (1) of the working stage (3), chemical activation due to chemical reactions with heated products combustion of the torch (10) coming from the accelerating stage (2), and electrical activation due to the generation of an electric discharge (8) on the rod electrodes (7) introduced into the air supply channel (5) of the working stage (3), a stable fuel combustion flame is formed ( eleven). After the operating stage (3) enters the operating mode, the operating stage (4) is switched on. The mode of operation and design of the working stage (4) and subsequent working stages are similar to the working stage (3). The number of operating stages (3, 4) is determined based on the thermal composition of the supplied fuel and the required thermal power of the burner device (13). Electric discharge (8) and fuel torches (10, 11) act on the fuel combustion torch (12) until the torch (12) goes into a self-sustaining, non-extinguishing mode, after which it is possible to stop the supply of fuel (6), and electric discharge (8) into the accelerating (2) and working stage (3). Depending on the operating mode of the burner device (13), the number of electrodes (7) in operation and the characteristics of the electric discharge (8) are regulated by the power source. In case of deterioration of the fuel quality or reduction of the load of the boiler (14), it is possible to use the supply of fuel (6) and electric discharge (8) to the accelerating (2) and working stages (3) to maintain the combustion quality of the fuel flame (12). The position of the flame (10, 11, 12) in the burner (13), the length of the flame exit from the stages (2, 3, 4) into the furnace space (14), the speed of the flame (10, 11, 12) out of the burner (13 ) and from stages (2, 3, 4), as well as the degree of chemical underburning in stages (2, 3, 4) and in the burner device (13) as a whole, is controlled by regulating the supply of air, fuel and electric discharge (8) in stages (2, 3, 4) burner.
Предлагаемое изобретение позволяет воспламенять топливо с минимальным уносом не воспламенившихся частиц в топку. Обеспечивает оптимальное качество воспламенения и поддержания горения факела при различных режимах работы котельного оборудования.The present invention makes it possible to ignite the fuel with a minimum entrainment of unignited particles into the furnace. Provides optimum quality of ignition and maintenance of burning of a torch at various modes of operation of the boiler equipment.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778593C1 true RU2778593C1 (en) | 2022-08-22 |
Family
ID=
Citations (7)
| 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 |
| RU2336465C2 (en) * | 2006-10-04 | 2008-10-20 | Валентин Сергеевич Перегудов | Method of plasma-coal kindling of boiler |
| RU2460941C1 (en) * | 2011-02-11 | 2012-09-10 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) | Combustion method of fine pulverised coal and regular pulverised coal in pulverised coal burner, and device for its implementation |
| RU2658450C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-06-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method of flaring of low-grade coals in boiler installations |
| RU2731087C1 (en) * | 2020-01-22 | 2020-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Инжиниринг» | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method |
| RU2731081C1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Актив» | Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter |
| RU2731139C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-08-31 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Актив" | Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method |
Patent Citations (7)
| 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 |
| RU2336465C2 (en) * | 2006-10-04 | 2008-10-20 | Валентин Сергеевич Перегудов | Method of plasma-coal kindling of boiler |
| RU2460941C1 (en) * | 2011-02-11 | 2012-09-10 | Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) | Combustion method of fine pulverised coal and regular pulverised coal in pulverised coal burner, and device for its implementation |
| RU2658450C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-06-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method of flaring of low-grade coals in boiler installations |
| RU2731139C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-08-31 | Общество с ограниченной ответственностью "КОТЭС Актив" | Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method |
| RU2731087C1 (en) * | 2020-01-22 | 2020-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Инжиниринг» | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method |
| RU2731081C1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью «КОТЭС Актив» | Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107420892A (en) | A kind of outer circulation smoke backflow formula all-premixing burner | |
| RU2766193C1 (en) | Method for stepwise combustion of pulverised coal fuel and apparatus for implementing the method | |
| RU2778593C1 (en) | Method for the ignition and flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method | |
| RU2731081C1 (en) | Method for flare combustion of a fuel-air mixture and device for realizing a method using an electro-ionization igniter | |
| RU2779675C1 (en) | Method for flare combustion of an air-fuel mixture and apparatus for the implementation of the method | |
| RU2174649C2 (en) | Pulverized-coal lighting-up burner and method of its operation | |
| RU2276755C1 (en) | Furnace, air duct, and chimney | |
| CN106032907B (en) | Blast furnace gas burner igniter | |
| RU2201554C1 (en) | Method for plasma ignition of pulverized coal | |
| RU2731087C1 (en) | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method | |
| RU113336U1 (en) | BURNER | |
| RU2813936C1 (en) | Coaxial stepped burner of flare combustion of fuel-air mixture | |
| RU2377467C2 (en) | Method of reducing nitrogen oxide emissions based on plasma flame stabilisation of pulverised coal flow and device intended for realisation thereof | |
| RU2300053C1 (en) | Auxiliary burner device for plasma ignition and stabilization of burning of low reaction black dust fuel of main burners of heat apparatus | |
| RU2230991C2 (en) | Method of lighting-up and/or stabilization of pulverized coal flame in boiler units | |
| RU2339878C2 (en) | Method of plasma-coal lighting up of boiler and associated plant | |
| RU2273797C1 (en) | Method of starting boiler without fuel oil | |
| RU2762202C1 (en) | Method for oil-free steaming of steam and water boilers | |
| RU2731139C1 (en) | Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method | |
| US1253342A (en) | Heat-developing apparatus. | |
| CN114183758B (en) | Device for burning wastes by low-calorific-value gas | |
| RU2742854C1 (en) | Method for ecologically clean kindling of boilers on generator gas with application of muffle furnace | |
| RU2171429C1 (en) | Turbulent burner | |
| RU2200905C2 (en) | Circuit for mazut free kindling of boiler | |
| RU2056589C1 (en) | Pulverized-coal system |