RU2812313C2

RU2812313C2 - Method of plasma ignition of hard-flammable fuel-air mixtures and burner device for its implementation when starting boiler

Info

Publication number: RU2812313C2
Application number: RU2022117722A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Кучанов
Original assignee: Сергей Николаевич Кучанов
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2024-01-29

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention can be used in thermal power plants, boiler houses, etc. to ensure independent ignition and combustion of pulverized coal mixtures with a low amount of volatile substances, high ash content, humidity, water-coal fuels and other low-flammability organic fuel-air mixtures without the use of additional ignition fuels. A burner for plasma ignition of a fuel-air mixture contains a housing, a tangential fuel line for supplying the fuel mixture, a tangential pipeline for supplying secondary air, which houses the base part of the electrodes, an ignition chamber and a power source. Consumable electrodes are attached to the base part of the electrodes, said electrodes made integral with a consumable part made of a refractory material with a low thermal conductivity coefficient and a ratio of length to nominal diameter on the consumable part of more than 7:1, the consumable part is located in the cavity of the ignition chamber of the air-fuel mixture, the operating voltage of the power source is more than 2 kV is adjustable, and the power supply voltage frequency is more than 1 kHz.

EFFECT: invention makes it possible to form a zone in the ignition chamber with a high content of electrons, ions, atoms and radicals from the air-fuel mixture, which ignites from the cold state of their input.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.п. для обеспечения самостоятельного розжига и сжигания пылеугольных смесей с малым количеством летучих, высокой зольностью, влажностью, водо-угольных топлив и других трудновоспламеняемых органических топливовоздушных смесей без использования дополнительных топлив розжига.The invention relates to energy and can be used in thermal power plants, boiler houses, etc. to ensure independent ignition and combustion of pulverized coal mixtures with a low amount of volatiles, high ash content, humidity, water-coal fuels and other low-flammability organic fuel-air mixtures without the use of additional ignition fuels.

Известен способ электродугового розжига паро-мазутной форсунки и устройство для его осуществления, (патент RU 2514534 С2, F23Q 5/00, 2006.01.) включающие перемещение электродов запала специальным приводным механизмом в зону подачи паро-мазутной смеси в топке котла, с подачей на электроды высоковольтного напряжения, инициацией электродугового разряда, соприкосновения плазмы разряда со струей паро-мазутной топливной смеси и ее воспламенение.There is a known method of electric arc ignition of a steam-fuel oil nozzle and a device for its implementation (patent RU 2514534 C2, F23Q 5/00, 2006.01.) including the movement of the fuse electrodes by a special drive mechanism into the supply zone of the steam-fuel oil mixture in the boiler furnace, with supply to the electrodes high voltage, initiation of an electric arc discharge, contact of the discharge plasma with a jet of steam-oil fuel mixture and its ignition.

Недостатком указанного способа является краткосрочность времени работы запального устройства в зоне воспламенения вследствие риска выгорания электродов и выхода запальника из строя. Для обеспечения сохранности электродного блока запальника используется специальный приводной механизм, при помощи которого сразу после воспламенения электродный блок убирается из зоны воспламенения. Кроме того, с целью сохранности электродного блока в процессе воспламенения он располагается в корневой зоне факела с минимизацией контакта электродов с воспламеняемым топливом, что обеспечивает возможность воспламенения только для легко-воспламеняемых топлив типа мазут или углеводородные газы. Использовать такой способ и устройство для растопки котлов на пылеугольном топливе или другом трудновоспламеняемом органическом топливе невозможно, поэтому оно используется только как запальник мазутного факела. В качестве базового механизма эмиссии электронов, являющихся инициаторами формирования плазмы в этом запальнике, является механизм термоэлектронной эмиссии с поверхности катода, который находится в условиях локальной эрозии поверхности при ограниченной токовой нагрузки короткой электрической дуги.The disadvantage of this method is the short operating time of the ignition device in the ignition zone due to the risk of burnout of the electrodes and failure of the igniter. To ensure the safety of the igniter electrode block, a special drive mechanism is used, with the help of which, immediately after ignition, the electrode block is removed from the ignition zone. In addition, in order to preserve the electrode block during the ignition process, it is located in the root zone of the torch to minimize the contact of the electrodes with the flammable fuel, which ensures the possibility of ignition only for highly flammable fuels such as fuel oil or hydrocarbon gases. It is impossible to use this method and device for lighting boilers using pulverized coal fuel or other low-flammable organic fuel, so it is used only as an igniter for an oil torch. The basic mechanism for the emission of electrons, which initiate the formation of plasma in this igniter, is the mechanism of thermionic emission from the cathode surface, which is under conditions of local surface erosion with a limited current load of a short electric arc.

Известны способы плазменно-угольной безллазутной растопки пылеугольного котла и устройства для их реализации описанные в патенте RU 2339878 С2 (F23Q 5/00, F23D 1/00, 2006.01.) вместе с аналогами и прототипами к этому патенту. Основой всех этих способов и устройств является использование плазменно-угольных горелок, в состав которых входят плазматроны, генерирующие низкотемпературную плазму электрической дуги постоянного тока, с подачей струи этой плазмы в камеру термохимической подготовки, где происходит воспламенение топливовоздушной смеси при контакте с этой плазмой и с последующим формированием факела горелки. Недостатками этих способов и устройств является использование плазматронов постоянного тока, формирующих электродуговой разряд постоянного тока, плазма которого обеспечивает воспламенение топливной смеси. Электрическая дуга в таком плазматроне имеет высокую температуру 3000-5000°С, формирующуюся внутри плазматрона, что требует специальных технических решений для обеспечения конструктивной надежности узлов плазматрона с использованием водяного охлаждения. Кроме того, для формирования струи плазмы выдуваемой из сопла плазматрона в камеру воспламенения требуется поддержание дуги существенной протяженности до 100-200 мм, для чего необходимы высокие мощности источника питания - 100-200 кВт. В качестве базового механизма эмиссии электронов, являющихся инициаторами формирования плазмы в таких плазматронах, является механизм термоэлектронной эмиссии с поверхности водоохлаждаемого катода, который находится в условиях локальной эрозии его поверхности. В случае нарушения условий эффективности охлаждения катода или локального его перегрева при нестабильном горении дуги, катод прожигается и выходит из строя. Воспламенение угольной пыли происходит за счет контакта ее частиц с горячей струей плазмы выдуваемой в камеру воспламенения, в локальном объеме. Воздействие плазмы на газовую составляющую ограничено, в частности на кислород, участвующий в реакциях окисления топлива. Вторичная эмиссия электронов в объеме газа за счет ионизации атомов газа не развивается по причине низкого уровня напряженности электрического поля в пространстве плазмы электродугового разряда, т.к. плазмотроны работают в режиме низкого напряжения и высокого тока источника питания.There are known methods for plasma-coal flame-free kindling of a pulverized coal boiler and devices for their implementation described in patent RU 2339878 C2 (F23Q 5/00, F23D 1/00, 2006.01.) together with analogs and prototypes to this patent. The basis of all these methods and devices is the use of plasma-coal burners, which include plasmatrons that generate low-temperature plasma from a direct current electric arc, with a jet of this plasma supplied to the thermochemical preparation chamber, where the fuel-air mixture is ignited upon contact with this plasma and then formation of the burner torch. The disadvantages of these methods and devices is the use of direct current plasmatrons, which form a direct current electric arc discharge, the plasma of which ensures ignition of the fuel mixture. The electric arc in such a plasmatron has a high temperature of 3000-5000°C, which is formed inside the plasmatron, which requires special technical solutions to ensure the structural reliability of the plasmatron components using water cooling. In addition, to form a jet of plasma blown from the plasmatron nozzle into the ignition chamber, it is necessary to maintain an arc of significant length up to 100-200 mm, which requires high powers of the power source - 100-200 kW. The basic mechanism for the emission of electrons, which are the initiators of plasma formation in such plasmatrons, is the mechanism of thermionic emission from the surface of a water-cooled cathode, which is under conditions of local erosion of its surface. If the conditions for efficient cooling of the cathode are violated or if it overheats locally due to unstable arc combustion, the cathode is burned out and fails. Ignition of coal dust occurs due to the contact of its particles with a hot plasma jet blown into the ignition chamber in a local volume. The effect of plasma on the gas component is limited, in particular on oxygen, which participates in fuel oxidation reactions. Secondary emission of electrons in the gas volume due to the ionization of gas atoms does not develop due to the low level of electric field strength in the space of the electric arc discharge plasma, because Plasma torches operate in low voltage and high current power source mode.

Известно устройство плазменного воспламенения пылеугольного топлива (патент RU 2410603 C1, F23Q 5/00, F233D 13/00, 2006.01.), выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус горелки, стержневые электроды для генерирования электрической дуги, топливопровод и трубопровод вторичного воздуха. При этом электрическую дугу инициируют подачей на стержневые электроды напряжения высокой частоты в диапазоне 1-20 кГц. Рабочий ток электрической дуги поддерживают на уровне, исключающем существенную эрозию электродов, что обеспечивает работу электродов без замены.A device for plasma ignition of pulverized coal fuel is known (patent RU 2410603 C1, F23Q 5/00, F233D 13/00, 2006.01), selected as a prototype, containing a burner body, rod electrodes for generating an electric arc, a fuel line and a secondary air pipeline. In this case, the electric arc is initiated by applying a high frequency voltage in the range of 1-20 kHz to the rod electrodes. The operating current of the electric arc is maintained at a level that prevents significant erosion of the electrodes, which ensures the operation of the electrodes without replacement.

Недостатком этого устройства является практическое исключение термоэлектронной эмиссии с поверхности электродов для формирования плазмы газового разряда. Возможность существования самостоятельного газового разряда в таких условиях обеспечивается только вторичной электронной эмиссией при ионизации атомов газа топливовоздушной смеси. Снижение общей эмиссии электронов в объеме существования газового разряда (в результате исключения термоэлектронной эмиссии), с существенным уменьшением термического воздействия на топливовоздушную смесь ограничивает возможности воспламенения таким устройством трудновоспламеняемых топлив, включающих угольную пыль с низким уровнем летучих и высоким уровнем зольности, а также водо-угольного топлива и других трудновоспламеняемых органических топлив.The disadvantage of this device is the practical exclusion of thermionic emission from the surface of the electrodes for the formation of gas discharge plasma. The possibility of the existence of an independent gas discharge under such conditions is ensured only by secondary electron emission during the ionization of gas atoms of the air-fuel mixture. A reduction in the total emission of electrons in the volume of existence of a gas discharge (as a result of the elimination of thermionic emission), with a significant reduction in the thermal effect on the air-fuel mixture, limits the possibility of ignition by such a device of difficult-to-ignite fuels, including coal dust with a low level of volatiles and a high level of ash content, as well as water-coal fuel and other low-flammable organic fuels.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков за счет способа плазменного воспламенения топливовоздушной смеси, заключающегося в том, что топливовоздушную смесь подают в камеру воспламенения горелки, генерируют низкотемпературную плазму в полости горелки посредством базовой части электродов, воспламеняют топливовоздушную смесь при контакте с плазмой и формируют после воспламенения первичный факел горелки и далее сжигают в топке котла, генерации низкотемпературной плазмы в полости горелки посредством базовой части электродов, воспламеняют топливовоздушную смесь при контакте с плазмой и формируют после воспламенения первичный факел горелки и далее сжигают в топке котла. К базовой части электродов присоединяют расходные электроды, выполненные составными с расходной частью из тугоплавкого материала с низким коэффициентом теплопроводности, генерацию низкотемпературной плазмы осуществляют в электрическом разряде переходной формы за счет управляемого взаимодействия двух физических процессов эмиссии электронов в газовом разряде, включающих термоэлектронную эмиссию во внешнюю среду с поверхности горячих катодных пятен расходных электродов с перегревом торцов расходных электродов до температуры локального подплавления материала расходных электродов и вторичную электронную эмиссию при ионизации атомов газа топливовоздушной смеси в межэлектродном пространстве, с одновременным блокированием перехода газового разряда в чисто дуговую форму и сохранения диффузионных свойств рассеяния энергии разряда. The objective of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages due to the method of plasma ignition of the air-fuel mixture, which consists in the fact that the air-fuel mixture is supplied to the burner ignition chamber, low-temperature plasma is generated in the burner cavity through the base part of the electrodes, the air-fuel mixture is ignited in contact with the plasma and formed after ignition the primary burner torch is then burned in the boiler furnace, low-temperature plasma is generated in the burner cavity through the base part of the electrodes, the fuel-air mixture is ignited upon contact with the plasma and after ignition the primary burner torch is formed and then burned in the boiler furnace. Consumable electrodes are connected to the base part of the electrodes, made composite with a consumable part made of a refractory material with a low thermal conductivity coefficient; the generation of low-temperature plasma is carried out in an electric discharge of a transition form due to the controlled interaction of two physical processes of electron emission in a gas discharge, including thermionic emission into the external environment with surfaces of hot cathode spots of consumable electrodes with overheating of the ends of consumable electrodes to the temperature of local melting of the material of consumable electrodes and secondary electron emission during ionization of gas atoms of the fuel-air mixture in the interelectrode space, while simultaneously blocking the transition of the gas discharge to a purely arc form and maintaining the diffusion properties of discharge energy dissipation.

Использование тугоплавкого материала для расходной части составных электродов с низким коэффициентом теплопроводности (например вольфрам) максимально способствует такому перегреву торцов электродов в зоне контактных пятен при отношении длины к диаметру более чем 7:1. При этом неохлаждаемые электроды из вольфрама при воспламенении топлива нагреваются до температуры горения топлива 900-1300°С, что является допустимым для их конструктивной прочности. Одновременно с этим обеспечивается термическая активация вновь поступающей топливовоздушной смеси, омывающей расходную часть электродов, за счет прямого контакта разогретой поверхности электродов и топливной смеси. Уровень амплитуды рабочего напряжения высоковольтного источника питания выбирается регулируемым с амплитудой более 2 кВ, достаточной для инициации процессов вторичной электронной эмиссии газов топливовоздушной смеси в процессе ионизации их атомов в межэлектродном пространстве. Для того, чтобы блокировать процесс лавинообразного развития термоэлектронной эмиссии, приводящего без усиленного охлаждения к быстрому плавлению электродов, используется источник питания переменного тока с частоты более 1 кГц. В результате использования источника питания переменного тока повышенной частоты процесс лавинообразного нарастания термоэлектронной эмиссии с катодных пятен регулярно прерывается сменой полярности и не дает разряду перейти в шнуровую форму, сохраняя его диффузионные свойства рассеяния энергии.The use of a refractory material for the consumable part of composite electrodes with a low thermal conductivity coefficient (for example, tungsten) maximizes such overheating of the ends of the electrodes in the area of contact spots with a length to diameter ratio of more than 7:1. In this case, when the fuel is ignited, uncooled tungsten electrodes are heated to a fuel combustion temperature of 900-1300°C, which is acceptable for their structural strength. At the same time, thermal activation of the newly arriving fuel-air mixture, washing the consumable part of the electrodes, is ensured due to direct contact of the heated surface of the electrodes and the fuel mixture. The amplitude level of the operating voltage of the high-voltage power source is selected adjustable with an amplitude of more than 2 kV, sufficient to initiate the processes of secondary electron emission of gases of the fuel-air mixture in the process of ionization of their atoms in the interelectrode space. In order to block the process of avalanche-like development of thermionic emission, which leads to rapid melting of the electrodes without enhanced cooling, an alternating current power source with a frequency of more than 1 kHz is used. As a result of using an alternating current power source of high frequency, the process of an avalanche-like increase in thermionic emission from cathode spots is regularly interrupted by a change in polarity and does not allow the discharge to go into a cord form, preserving its diffusion properties of energy dissipation.

В результате влияния всех перечисленных эффектов в плазменном объеме газового разряда резко повышается концентрация электронов. При этом в камере воспламенения формируется зона с повышенным содержанием электронов, ионов, атомов и радикалов из состава топливовоздушной смеси, которая воспламеняется из холодного состояния. Источниками электронов эмитируемыми в межэлектродное пространство являются поверхность катодных пятен на расходной части электродов и молекулы газа топливовоздушной смеси омывающие эти электроды. При описанных условиях возможно, например, воспламенение угольной пыли с низким содержанием летучих или высоким содержанием золы и влажности, воспламенение водо-угольного топлива в аэрозольном состоянии, а также воспламенение органических топливных смесей. Примером органических топливных смесей могут быть комбинации смесей из сероводорода, метанола, диметилсульфида, метилмеркаптана, скипидара, которые можно воспламенять предлагаемым способом без использования дополнительного реакционного топлива.As a result of the influence of all these effects, the electron concentration in the plasma volume of the gas discharge sharply increases. In this case, a zone is formed in the ignition chamber with an increased content of electrons, ions, atoms and radicals from the air-fuel mixture, which ignites from a cold state. The sources of electrons emitted into the interelectrode space are the surface of the cathode spots on the consumable part of the electrodes and the gas molecules of the air-fuel mixture washing these electrodes. Under the described conditions, it is possible, for example, ignition of coal dust with a low content of volatiles or a high content of ash and humidity, ignition of water-coal fuel in an aerosol state, as well as ignition of organic fuel mixtures. An example of organic fuel mixtures can be combinations of mixtures of hydrogen sulfide, methanol, dimethyl sulfide, methyl mercaptan, turpentine, which can be ignited by the proposed method without the use of additional reaction fuel.

Технический результат достигается путем создания специальной конструкции горелки, содержащей корпус, внутри которого, со стороны глухого торца, располагается камера воспламенения. В зоне камеры воспламенения к корпусу тангенциально пристыкованы ввода топливопровода и трубопровода воздуха, обеспечивающими тангенциальное закручивание топливовоздушной смеси вдоль оси камеры воспламенения от глухого торца корпуса горелки в сторону свободного торца идущего к топке. При этом, в полости камеры воспламенения размещается электродный блок с составными электродами, включающими базовую и расходную части. Составные электроды подключены к специализированному источнику питания. Каждый составной электрод имеет базовое основание, размещаемое за пределами камеры воспламенения в потоке вторичного воздуха и отъемную расходуемую часть, размещаемую в полости камеры воспламенения в зоне воспламенения топливовоздушной смеси. Отъемная расходуемая часть электродов выполняется из тугоплавкого материала с низкой теплопроводностью, например вольфрама или молибдена. Отношение длины к диаметру отъемной части должно быть более чем 7:1, что обеспечивает устойчивое формирование горячих катодных пятен на торцах расходуемых электродов с их частичным подплавлением и активной термоэлектронной эмиссией с поверхности при инициации электрического разряда между электродами. Рабочее напряжение специализированного источника питания выбирается более 2 кВ с частотой более 1 кГц.The technical result is achieved by creating a special burner design containing a housing, inside of which, at the blind end, there is an ignition chamber. In the area of the ignition chamber, the fuel and air pipe inlets are tangentially docked to the body, ensuring tangential twisting of the fuel-air mixture along the axis of the ignition chamber from the blind end of the burner body towards the free end leading to the firebox. In this case, an electrode block with composite electrodes, including a base and a consumable part, is placed in the cavity of the ignition chamber. The composite electrodes are connected to a specialized power source. Each composite electrode has a base base placed outside the ignition chamber in the secondary air flow and a detachable consumable part placed in the cavity of the ignition chamber in the ignition zone of the air-fuel mixture. The detachable consumable part of the electrodes is made of a refractory material with low thermal conductivity, such as tungsten or molybdenum. The ratio of the length to the diameter of the detachable part must be more than 7:1, which ensures the stable formation of hot cathode spots at the ends of the consumable electrodes with their partial melting and active thermionic emission from the surface when an electrical discharge is initiated between the electrodes. The operating voltage of the specialized power supply is selected to be more than 2 kV with a frequency of more than 1 kHz.

Изобретение поясняется чертежом с вариантом конструктивного исполнения, представленным на фиг. 1. и фиг. 2. Пояснение того, что изображено на фиг. 1 и фиг. 2 приведено ниже.The invention is illustrated by a drawing with a design option shown in Fig. 1. and fig. 2. Explanation of what is shown in FIG. 1 and fig. 2 is given below.

В корпусе 1 к его глухому торцу 2 примыкает камера воспламенения, в зоне которой тангенциально к корпусу и перпендикулярно его оси пристыкован топливопровод 3, через который в камеру воспламенения подается пылеугольное топливо 4 с сопутствующим первичным транспортирующим воздухом из топливоподающего устройства 5. В этом же сечении тангенциально к корпусу 1 пристыкован трубопровод воздуха 6, через который в камеру воспламенения подается вторичный воздух 7. Объем подачи вторичного воздуха регулируется арматурой 8. В трубопроводе вторичного воздуха размещаются базовая часть электродов 9, которая омывается и охлаждается вторичным воздухом 7. К базовой части электродных блоков 9 пристыковываются расходные электроды 10 из тугоплавкого материала, размещаемые в полости камеры воспламенения, в объеме воспламенения топливовоздушной смеси. К базовой части электродов 9 подключается специализированный источник питания 11. Торцы расходных электродов 10 формируют зону термоэлектронной эмиссии 12 с торцевой поверхности электродов в газовый разряд. Зона объема воспламенения 13, вместе со спиральным потоком топливовоздушной смеси 15, формируют выходящий из корпуса горелки факел 14.In housing 1, an ignition chamber is adjacent to its blind end 2, in the area of which a fuel line 3 is attached tangentially to the housing and perpendicular to its axis, through which pulverized coal fuel 4 is supplied to the ignition chamber with accompanying primary transport air from the fuel supply device 5. In the same section, tangentially An air pipeline 6 is attached to the housing 1, through which secondary air 7 is supplied to the ignition chamber. The volume of secondary air supply is regulated by fittings 8. The base part of the electrodes 9 is placed in the secondary air pipeline, which is washed and cooled by secondary air 7. To the base part of the electrode blocks 9 consumable electrodes 10 made of refractory material are docked, placed in the cavity of the ignition chamber, in the volume of ignition of the air-fuel mixture. A specialized power source 11 is connected to the base part of the electrodes 9. The ends of the consumable electrodes 10 form a zone of thermionic emission 12 from the end surface of the electrodes into a gas discharge. The ignition volume zone 13, together with the spiral flow of the air-fuel mixture 15, forms a torch 14 emerging from the burner body.

Способ осуществляется следующим образом. The method is carried out as follows.

Топливовоздушную смесь подают в камеру воспламенения горелки. На горелке в холодном состоянии открывается регулирующая арматура 8 для подачи вторичного воздуха 7 во внутреннюю полость корпуса горелки 1. От специализированного источника питания 11 подается напряжение на электродный блок 9 и в зоне 12 инициируется электрический диффузионный разряд на торцах расходных электродов 10. В связи с низким коэффициентом теплопроводности расходных электродов 10 их торцы быстро перегреваются с появлением катодных пятен и началом процесса подплавления с лавинообразным развитием термоэлектронной эмиссии в межэлектродное пространство газового разряда. В связи с повышенной частотой напряжения источника питания более 1 кГц следует постоянная смена полярности катодной части электродов, что приводит к стабилизации процесса термоэлектроннной эмиссии и блокированию процесса шнурования электрического разряда за счет диффузионного рассеяния энергии разряда. Одновременно в межэлектродном пространстве идут процессы вторичной электронной эмиссии при ионизации газовой составляющей вторичного воздуха за счет амплитуды регулируемого высокого напряжения более 2 кВ. Таким образом, формируется стабильная форма самостоятельного газового разряда переходной формы с одновременным участием в эмиссии электронов в разряд за счет механизма термоэлектронной эмиссии с поверхности расходных подплавляемых электродов и вторичной электронной эмиссии из газовой составляющей в межэлектродном пространстве. Далее включается топливоподающее устройство и в камеру воспламенения подается топливо 4 через топливопровод 3. На спиральной траектории 15 топливо смешивается с воздушной плазмой газового разряда в объеме 13, где происходит реакция окисления и воспламенения топливовоздушной смеси из холодного состояния. Постепенно температура расходной части электродов достигает температуры горения топлива 900-1300°С, чем обеспечивается дополнительная термическая активация вновь поступающих порций холодного воздуха и топлива за счет омывания нагретой поверхности расходуемых электродов. Активное воспламенение топливовоздушной смеси в объеме 13 приводит к формированию устойчивого горения факела 14. По мере подплавления торцевых участков расходуемых электродов 10 они расходуются с расчетной скоростью. Расчетная скорость определяется параметрами источника питания и геометрией электродов 10 и соотносится с технологическим режимом работы топки. По мере выхода горелки на стабильный режим обеспечивается прогрев стенок корпуса 1 до температур «муфелизации» - процесса термической активации топливовоздушной смеси в полости горелки за счет радиационно-конвективного воздействия нагретых стенок горелки. Температура эффекта «муфелизации» стенок горелки для трудновоспламеняемых пылеугольных и органических топлив может составлять 500-800°С. После выхода горелки в режим «муфелизации» и после полного сгорания расходной части электродов 10, воспламенение топливовоздушной смеси поддерживается за счет плазмы газового разряда формирующего на базовой части электродов 9 и термической активации нагретых стенок корпуса 1 (эффект «муфелизации»). После остановки процесса топки и ее охлаждения, для возобновления процесса воспламенения из холодного состояния, устанавливаются новые расходные электроды 10 в базовую часть электродов 9 и процесс воспламенения повторяется.The fuel-air mixture is fed into the ignition chamber of the burner. On the burner in a cold state, the control valve 8 opens to supply secondary air 7 into the internal cavity of the burner body 1. From a specialized power source 11, voltage is supplied to the electrode block 9 and in zone 12 an electrical diffusion discharge is initiated at the ends of the consumable electrodes 10. Due to the low With a coefficient of thermal conductivity of consumable electrodes of 10, their ends quickly overheat with the appearance of cathode spots and the beginning of the melting process with an avalanche-like development of thermionic emission into the interelectrode space of the gas discharge. Due to the increased frequency of the power supply voltage of more than 1 kHz, a constant change in the polarity of the cathode part of the electrodes follows, which leads to stabilization of the thermionic emission process and blocking of the electrical discharge lacing process due to diffusion dissipation of discharge energy. At the same time, processes of secondary electron emission occur in the interelectrode space during the ionization of the gas component of the secondary air due to the amplitude of the controlled high voltage of more than 2 kV. Thus, a stable form of an independent gas discharge of a transitional form is formed with simultaneous participation in the emission of electrons into the discharge due to the mechanism of thermionic emission from the surface of consumable melted electrodes and secondary electron emission from the gas component in the interelectrode space. Next, the fuel supply device is turned on and fuel 4 is supplied to the ignition chamber through fuel line 3. On the spiral path 15, the fuel is mixed with the air plasma of the gas discharge in volume 13, where the reaction of oxidation and ignition of the fuel-air mixture from a cold state occurs. Gradually, the temperature of the consumable part of the electrodes reaches the fuel combustion temperature of 900-1300°C, which ensures additional thermal activation of newly arriving portions of cold air and fuel by washing the heated surface of the consumable electrodes. Active ignition of the air-fuel mixture in volume 13 leads to the formation of a stable combustion of the torch 14. As the end sections of the consumable electrodes 10 melt, they are consumed at the calculated rate. The design speed is determined by the parameters of the power source and the geometry of the electrodes 10 and correlates with the technological operating mode of the furnace. As the burner reaches a stable mode, the walls of the housing 1 are heated to the temperatures of “mufelization” - the process of thermal activation of the fuel-air mixture in the burner cavity due to the radiation-convective effect of the heated walls of the burner. The temperature of the “muffleization” effect of the burner walls for low-flammability pulverized coal and organic fuels can be 500-800°C. After the burner enters the “mufelization” mode and after complete combustion of the consumable part of the electrodes 10, ignition of the air-fuel mixture is maintained due to the gas discharge plasma forming on the base part of the electrodes 9 and thermal activation of the heated walls of the housing 1 (the “mufelization” effect). After stopping the furnace process and cooling it, to resume the ignition process from a cold state, new consumable electrodes 10 are installed in the base part of the electrodes 9 and the ignition process is repeated.

Таким образом, для реализации комплекса мер по обеспечению воспламенения трудновоспламеняемых топлив из ассортимента пылеугольных топлив водо-угольных топлив или трудновоспламеняемых органических топливных смесей, предложен способ и устройство плазменного воспламенения в газовом разряде переходной формы с одновременной эмиссией электронов в межэлектродное пространство с поверхности торцов расходуемых тугоплавких электродов и вторичной электронной эмиссии за счет ионизации газов в межэлектродном пространстве.Thus, to implement a set of measures to ensure the ignition of refractory fuels from the range of pulverized coal fuels, water-coal fuels or refractory organic fuel mixtures, a method and device for plasma ignition in a gas discharge of a transition form with simultaneous emission of electrons into the interelectrode space from the surface of the ends of consumable refractory electrodes is proposed and secondary electron emission due to ionization of gases in the interelectrode space.

Claims

1. A method for plasma ignition of the air-fuel mixture in a burner, which consists in feeding the air-fuel mixture into the burner ignition chamber, generating low-temperature plasma in the burner cavity through the base part of the electrodes, igniting the air-fuel mixture in contact with the plasma and forming the primary burner torch after ignition, and then burned in a furnace, characterized in that consumable electrodes are connected to the base part of the electrodes, made composite with a consumable part made of a refractory material with a low thermal conductivity coefficient, the generation of low-temperature plasma is carried out in an electric gas discharge of a transition form due to the controlled influence of two physical processes of electron emission in gas discharge, including thermionic emission from the surface of hot cathode spots of consumable electrodes into the interelectrode space with overheating of the ends of the consumable electrodes to the temperature of local melting of the material of the consumable electrodes and secondary electron emission during ionization of gas atoms of the fuel-air mixture in the interelectrode space, with simultaneous blocking of the transition of the electric gas discharge into pure arc form and preservation of the diffusion properties of discharge energy dissipation.

2. A burner for plasma ignition of a fuel-air mixture, containing a housing, a tangential fuel line for supplying the fuel mixture, a tangential pipeline for supplying secondary air, which houses the base part of the electrodes, an ignition chamber and a power source, characterized in that consumable electrodes are attached to the base part of the electrodes , made composite with a consumable part made of refractory material with a low coefficient of thermal conductivity and a ratio of length to nominal diameter on the consumable part of more than 7:1, the consumable part is located in the cavity of the ignition chamber of the air-fuel mixture, the operating voltage of the power source is more than 2 kV with the possibility of regulation, and The power supply voltage frequency is more than 1 kHz.