close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2336465

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 336 465
(13)
C2
(51) МПК
F23Q 5/00
F23D 1/00
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2006135155/06, 04.10.2006
(72) Автор(ы):
Перегудов Валентин Сергеевич (RU),
Серов Анатолий Федорович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
04.10.2006
(45) Опубликовано: 20.10.2008 Бюл. № 29
Адрес дл переписки:
630090, г.Новосибирск, пр-кт Акад.
Лаврентьева, 1, Институт теплофизики, В.С.
Перегудову
2 3 3 6 4 6 5
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к области энергетики.
Способ
плазменно-угольной
растопки
пылеугольного котла и стабилизации горени факела в нем включает подачу в первую ступень
камеры термохимической подготовки (ТХП) части
потока пылеугольной аэросмеси, поступающей в
данную
горелку,
генерирование
низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу
струи плазмы на входе в первую ступень камеры
ТХП и воспламенение аэросмеси плазмой,
получение топливной смеси в первой ступени
камеры ТХП в результате горени части угл и
нагрева аэросмеси до выхода из угл летучих
компонентов и частичной газификации коксового
остатка, подачу полученной топливной смеси во
вторую ступень камеры ТХП, подачу во вторую
ступень камеры ТХП второй части аэросмеси,
поступающей
в
данную
горелку,
и
ее
воспламенение этой топливной смесью, нагрев
этой второй части аэросмеси до выхода летучих
компонентов и частичной газификации коксового
остатка вследствие частичного горени угл ,
получение в результате этого топливной смеси из
всей подаваемой в данную горелку аэросмеси,
подачу полученной топливной смеси из плазменноугольной горелки в топку котла, подачу вторичного
воздуха из этой горелки в топку с образованием
гор щего факела. Во вторую ступень камеры ТХП
подают аэросмесь с содержанием кислорода
таким, чтобы в смеси с газами из первой ступени
камеры ТХП его концентраци была в пределах 810%.
Изобретение
позвол ет
устранить
шлакование
второй
ступени
камеры
ТХП,
обеспечить надежную и безостановочную растопку
котла или подсветку факела без использовани второго вида топлива. 2 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
(54) СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-УГОЛЬНОЙ РАСТОПКИ КОТЛА
2 3 3 6 4 6 5
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2210032 C2, 10.08.2003. RU 2201554
C1, 27.03.2003. RU 2171429 C1, 27.07.2001. RU
2216692 C2, 20.11.2003. US 5156100 A,
20.10.1992.
R U
(73) Патентообладатель(и):
Перегудов Валентин Сергеевич (RU),
Серов Анатолий Федорович (RU)
(43) Дата публикации за вки: 10.04.2008
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 336 465
(13)
C2
(51) Int. Cl.
F23Q 5/00
F23D 1/00
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2006135155/06, 04.10.2006
(72) Inventor(s):
Peregudov Valentin Sergeevich (RU),
Serov Anatolij Fedorovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 04.10.2006
(43) Application published: 10.04.2008
(45) Date of publication: 20.10.2008 Bull. 29
Mail address:
630090, g.Novosibirsk, pr-kt Akad.
Lavrent'eva, 1, Institut teplofiziki, V.S. Peregudovu
C 2
2 3 3 6 4 6 5
R U
furnace
generating
burning
flame.
Air-fuel
mixture is supplied to stage 2 of TCP chamber
with oxygen content enough for its 8-10%
concentration in the mixture with gases from
stage 1 of TCP chamber. Invention allows for
avoiding slagging in stage 2 of TCP chamber and
ensuring reliable and non-stop kindling of boiler
or flame supporting without use of the second
type of fuel.
EFFECT: avoidance of TCP chamber stage 2
slagging and ensuring reliable and non-stop
kindling of boiler.
2 dwg
Страница: 2
EN
C 2
(57) Abstract:
FIELD: heating.
SUBSTANCE:
invention
relates
to
power
industry. Method of plasma-coal kindling of coalfired boiler and flame stabilization includes
supply of portion of coal-dust air-fuel mixture
to be provided to the burner to the stage 1 of
thermochemical preparation chamber (TCP chamber).
Method
also
includes
generation
of
lowtemperature plasma in plasmatron, plasma jetting
at TCP chamber inlet of stage 1 and jet ignition
with plasma. Fuel mixture is produced in stage 1
of TCP chamber as a result of part of coil
burning
and
air-fuel
mixture
heating
until
volatile components are released from coal and
partial gasification of coke residue. Produced
fuel mixture is then supplied to stage 2 of TCP
stage. Remaining part of air fuel mixture is also
supplied to stage 2 of TCP chamber, ignited by
the fuel mixture and heated until volatile
components are released and coke residue is
subjected to partial gasification as a result of
partial burning of coal. Finally, fuel mixture is
produced from all amount of air-fuel mixture
supplied to the burner. Produced fuel mixture is
supplied from
plasma-coal burner
to boiler
2 3 3 6 4 6 5
(54) METHOD OF PLASMA-COAL KINDLING OF BOILER
R U
(73) Proprietor(s):
Peregudov Valentin Sergeevich (RU),
Serov Anatolij Fedorovich (RU)
RU 2 336 465 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к энергетике и может быть использовано дл растопки
пылеугольных котлов и стабилизации горени (подсветки) факела в них, а также в других
нагревательных установках, работающих на твердом мелкодисперсном топливе.
Известен способ плазменно-угольной растопки пылеугольного котла (без использовани второго вида топлива - мазута или газа) и стабилизации горени факела в нем [1,
описание на с.22 к рис.1.6]. Способ заключаетс в создании гор щего пылеугольного
потока, вытекающего из горелки в топку котла. Дл создани гор щего пылеугольного
потока пылеугольную аэросмесь подают по пылепроводу в камеру термохимической
подготовки (ТХП) топлива плазменно-угольной горелки, генерируют низкотемпературную
плазму в плазмотроне, подают струю плазмы на входе в камеру ТХП и воспламен ют
аэросмесь, получают в камере ТХП топливную смесь в результате горени части угл и
нагрева (до температуры 1200-1300 К) остальной аэросмеси до выхода летучих
компонентов и частичной газификации коксового остатка, затем подают эту топливную
смесь из горелки в топку, в топку подают вторичный воздух, где его смешивают с
топливной смесью и получают гор щий факел. (Плазменно-угольна горелка включает
камеру ТХП с пылепроводом дл ввода в нее аэросмеси, расположенный на камере ТХП
плазмотрон и канал подачи вторичного воздуха в топку котла у усть данной горелки.)
В известном способе плазменно-угольной растопки пылеугольного котла и стабилизации
горени факела в нем в камеру ТХП в зону взаимодействи с плазменной струей ввод т
весь поток аэросмеси, подаваемый в данную горелку. Мощность плазмотрона, требуема дл воспламенени аэросмеси, находитс в пр мой зависимости от расхода аэросмеси [1],
с которой взаимодействует плазменна стру , и может быть снижена путем ввода в эту
зону взаимодействи с плазменной струей части общего потока аэросмеси, подаваемой в
данную горелку.
В качестве прототипа выбран способ плазменно-угольной растопки котла с
использованием двухсупенчатой камеры ТХП, описанный в книге [1] на стр.22, рис.1.7.
Способ включает подачу в первую ступень камеры термохимической подготовки части
потока пылеугольной аэросмеси, поступающей в данную горелку, генерирование
низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы на входе в первую
ступень камеры ТХП и воспламенение аэросмеси плазмой, получение топливной смеси в
первой ступени камеры ТХП в результате горени части угл и нагрева аэросмеси до
выхода из угл летучих компонентов и частичной газификации коксового остатка (до
температуры около 1200-1300 К), подачу полученной топливной смеси во вторую ступень
камеры ТХП, подачу во вторую ступень камеры ТХП второй части (остальной) аэросмеси,
поступающей в данную горелку, воспламенение этой второй части аэросмеси топливной
смесью, нагрев второй части аэросмеси в результате горени угл до выхода из угл летучих компонентов и частичной газификации коксового остатка (до температуры около
1200-1300 К) и получение в результате этого топливной смеси из всей подаваемой в
данную горелку аэросмеси, подачу полученной топливной смеси из плазменно-угольной
горелки в топку котла, подачу вторичного воздуха из этой горелки в топку с
образованием гор щего факела. Характеристики аэросмеси (теплотехнические
характеристики угл , тонина его помола, концентраци угл в аэросмеси, ее
температура), подаваемой в обе ступени камеры ТХП, одинаковы.
Способ осуществл етс следующим образом. Включают плазмотрон плазменноугольной горелки и подают в первую ступень камеры ТХП пылеугольную аэросмесь.
Задают расход аэросмеси во вторую ступень камеры ТХП, составл ющий, как правило, (12) расхода в первую ступень камеры ТХП [2]. Подают вторичный воздух в эту горелку.
Вытекающа из плазмотрона плазменна стру взаимодействует с поступающей в первую
ступень камеры ТХП пылеугольной аэромесью и воспламен ет ее. В результате горени части угл аэросмесь нагреваетс внутри первой ступени камеры ТХП, происходит
выделение горючих компонентов из угл и частична газификаци коксового остатка. На
выходе из первой ступени камеры ТХП получают топливную смесь с температурой 12001300 К и содержанием горючих компонентов в газовой фазе до 40%. Эту топливную смесь
Страница: 3
DE
RU 2 336 465 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
подают во вторую ступень камеры ТХП, где она, взаимодейству с окислителем второй
части («холодной») аэросмеси, продолжает гореть и нагревает вторую часть аэросмеси.
Происходит выделение горючих компонентов из угл и частична газификаци коксового
остатка этой второй части аэросмеси. В результате вс аэросмесь, подаваема в данную
горелку, проходит ТХП и из плазменно-угольной горелки в топку поступает топливна смесь с температурой 1200-1300 К и содержанием горючих компонентов в газовой фазе до
40%. Така смесь устойчиво горит в топке при смешении с вторичным воздухом,
поступающим из данной горелки.
Недостаток известного способа заключаетс в следующем. Концентраци угл в
аэросмеси в процессе растопки часто около 0,5 кг угл на кг воздуха (кг/кг).
Температура частиц коксового остатка топливной смеси первой ступени на входе второй
ступени около 1200 К, и они активно реагируют с окислителем «холодной» аэросмеси,
котора поступает по отдельному пылепроводу во вторую ступень. Поскольку температура
частиц угл «холодной» аэросмеси низка , то они до момента своего нагрева не
поглощают кислород. Концентраци кислорода, отнесенного к коксовому остатку,
поступившему из первой ступени, высока , что в совокупности с их высокой температурой
обеспечивает интенсивное протекание реакции окислени и увеличение (выше 2000 К)
температуры частиц коксового остатка. Это подтверждаетс результатами расчетов [2]
(рис.5 на стр.128). При температуре 2000 К минеральна часть большинства
энергетических углей содержит жидкую фазу. В рассматриваемом случае может
происходить осаждение расплавленных частиц шлака на поверхности второй ступени
камеры ТХП. На относительно холодной поверхности шлак затвердевает, происходит его
накопление, т.е. шлакование камеры ТХП. На практике это негативное вление служит
причиной аварийного выключени плазменно-угольной горелки из работы и прерывание
процесса растопки котла с неизбежными экономическими потер ми.
В основу изобретени положена задача создани способа плазменно-угольной растопки
пылеугольного котла и стабилизации горени факела в нем, который позвол ет задавать
менее высокую температуру частиц коксового остатка угл первой ступени камеры ТХП при
их горении во второй ступени камеры ТХП, предупредить их плавление, а следовательно,
и осаждение этих частиц на поверхности плазменно-угольной горелки и обеспечивает
устойчивую и надежную реализацию названных процессов.
Технический результат: отсутствие шлаковани второй ступени камеры ТХП, надежна и
безостановочна растопка котла или подсветка факела без использовани второго вида
топлива.
Дл достижени этого результата в способе плазменно-угольной растопки
пылеугольного котла и стабилизации горени факела в нем, включающем подачу в первую
ступень камеры термохимической подготовки части потока пылеугольной аэросмеси,
поступающей в данную горелку, генерирование низкотемпературной плазмы в
плазмотроне, подачу струи плазмы на входе в первую ступень камеры ТХП и
воспламенение аэросмеси плазмой, получение топливной смеси в первой ступени камеры
ТХП в результате горени части угл и нагрева аэросмеси до выхода из угл летучих
компонентов и частичной газификации коксового остатка (до температуры около 1200-1300
К), подачу полученной топливной смеси во вторую ступень камеры ТХП, подачу во вторую
ступень камеры ТХП второй части аэросмеси, поступающей в данную горелку, и ее
воспламенение топливной смесью, нагрев этой второй части аэросмеси до выхода летучих
компонентов и частичной газификации коксового остатка вследствие частичного горени угл , получение в результате этого топливной смеси из всей подаваемой в данную
горелку аэросмеси, подачу полученной топливной смеси из плазменно-угольной горелки в
топку котла, подачу вторичного воздуха из этой горелки в топку с образованием
гор щего факела, согласно изобретению во вторую ступень камеры ТХП подают аэросмесь
с содержанием кислорода таким, чтобы в смеси с газами из первой ступени камеры ТХП
его концентраци была в пределах 8-10%.
Достижение указанной концентрации кислорода возможно двум вариантами (третий
Страница: 4
RU 2 336 465 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
вариант - подача во вторую ступень дополнительного инертного газа - не
рассматриваетс из-за неэффективного использовани тепла на его нагрев).
Первый вариант - снижение расхода воздуха в аэросмеси, подаваемой во вторую
ступень. Температура топливной смеси на выходе второй ступени камеры ТХП сохран етс в пределах, обеспечивающих надежное ее горение при смешении с воздухом. Если на
данную плазменно-угольную горелку имеетс два пылепитател , то требуема концентраци кислорода на входе второй ступени камеры ТХП задаетс расходом
первичного воздуха в нее, например, посредством шибера. При наличии одного
пылепитател на данную горелку в пылепроводе, подающем аэросмесь во вторую ступень
камеры ТХП, устанавливают пылеконцентратор, а изъ тый из аэросмеси слабозапыленный
воздух ввод т, как правило, в третью ступень камеры ТХП или - в режиме подсветки
факела - в топку котла.
Второй вариант - снижение расхода аэросмеси. Он менее эффективен, так как при этом
уменьшаетс расход угл в данную горелку и растет относительна (на единицу расхода
угл ) затрата электроэнергии на плазмотрон, т.е. снижаетс экономическа эффективность процесса.
Снижение расхода воздуха в «холодной» аэросмеси, подаваемой во вторую ступень,
позвол ет получить во второй ступени более низкую температуру частиц коксового
остатка угл , поступившего из первой ступени камеры ТХП, не допустить их расплавление
и шлакование поверхностей второй ступени камеры ТХП, предотвратить аварийный
останов растопки котла и исключить экономические потери, св занные с повторной его
растопкой.
Изобретение по сн етс чертежами (фиг.1 и 2).
На фиг.1 в первую ступень 1 камеры термохимической подготовки по пылепроводу 3
подают угольную аэросмесь 4. Также в первую ступень у ее входа подают плазму 5,
генерируемую в плазмотроне 2. Топливную смесь из первой ступени камеры ТХП подают
во вторую ступень 7 камеры ТХП. По пылепроводу 14 подают вторую часть 13 исходной
аэросмеси данной плазменно-угольной горелки. Она поступает в пылеконцентратор 12,
откуда аэросмесь 6 с повышенной концентрацией угл направл ют во вторую ступень 7. Из
второй ступени камеры ТХП полученную в ней топливную смесь подают в третью ступень
9. Туда же подают слабозапыленный воздух 8, изъ тый в пылеконцентраторе 12 из
аэросмеси 13. Из третьей ступени топливную смесь подают в топку 11. Также в топку у
усть плазменно-угольной горелки подают вторичный воздух по каналу 10.
При наличии второго пылепитател , подающего угольную пыль во вторую ступень
камеры ТХП данной горелки, имеетс возможность задавать требуемую концентрацию
кислорода на входе второй ступени. Поэтому отпадает необходимость в
пылеконцентраторе и, как следствие, отсутствуют слабозапыленный воздух и треть ступень 9 камеры ТХП - фиг.2.
Способ осуществл етс следующим образом.
Включают плазмотрон 2, задают расходы пылеугольной аэросмеси 4 - в первую и 13 - во
вторую ступени камеры ТХП. Задают расход вторичного воздуха в эту горелку через канал
10. Вытекающа из плазмотрона 2 плазменна стру 5 взаимодействует с поступающей в
первую ступень 1 камеры аэромесью и воспламен ет ее. В результате горени части угл эта аэросмесь нагреваетс , происходит выделение горючих компонентов из угл и
частична газификаци коксового остатка. Полученна топливна смесь поступает во
вторую ступень камеры ТХП 7, где продолжаетс ее горение при взаимодействии с
воздухом подаваемой в нее «холодной» аэросмеси 6. В результате нагрева угл ,
поступившего в аэросмеси 6 во вторую ступень, и выделени из него горючих компонентов
получают топливную смесь из всей аэросмеси, подаваемой в данную горелку. Далее эту
топливную смесь подают в третью ступень камеры ТХП, куда подают часть первичного
воздуха 8, изъ тую из аэросмеси второй ступени. В результате частичного ее горени температура топливной смеси повышаетс , утилизируетс слабозапыленный воздух и она
поступает в топку. При смешении топливной смеси с вторичным воздухом на выходе из
Страница: 5
RU 2 336 465 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
усть плазменно-угольной горелки в топку получают гор щий пылеугольный факел.
При наличии отдельного пылепитател в пылепроводе второй ступени камеры ТХП
данной горелки пылеконцентратор и треть ступень камеры ТХП отсутствует, фиг.2, и
топливна смесь из второй ступени поступает в топку 11, где в результате смешени с
вторичным воздухом, поступающим по каналу 10, образуетс гор щий пылеугольный
факел.
Проведенные кинетические расчеты показали, что снижение концентрации кислорода в
смеси с газами из первой ступени камеры ТХП ниже 8% сопровождаетс снижением
надежности воспламенени аэросмеси во второй ступени камеры ТХП. Повышение
концентрации сверх 10% ведет к повышению во второй ступени температуры коксового
остатка частиц угл , поступившего из первой ступени камеры ТХП, выше 1700 К и
веро тность шлаковани возрастает. Дл углей с легкоплавкой золой следует выбирать
нижний предел, а дл углей с тугоплавкой золой приемлем верхний предел концентрации
кислорода в смеси газов на входе второй ступени. Из расчета следует, что концентраци кислорода в смеси газов на входе третьей ступени камеры ТХП при подаче в нее
слабозапыленного воздуха, изъ того из аэросмеси второй ступени, в заданных услови х
ниже 8% и ее шлакование на основе рассматриваемого эффекта не будет происходить.
Пример 1. Испытани проводились на котле ТП-170 с устройством дл растопки, схема
которого изображена на фиг.2. Использовалс кузнецкий уголь Красногорского
месторождени , теплотехнические характеристики которого следующие: теплота сгорани Qн p=21 МДж/кг, выход летучих компонентов на горючую массу V г=20%, зольность и
влажность на рабочую массу А p=16%, W p=12%. Температура начала жидкоплавкостного
состо ни его золы t3=1590 К. Она относитс к группе легкоплавкой золы. Расход угл в
первую ступень - 1 т/ч, во вторую - 2 т/ч. Концентраци угл в аэросмеси первой и
второй ступени µ=0,5 кг/кг. При мощности плазмотрона 60 кВт на выходе второй ступени
получили устойчиво гор щий факел с температурой 1300 К. Наблюдалось накопление
шлака на внутренней стенке второй ступени. Частицы шлака размером около 10-15 мм
эпизодически срывались потоком и выносились из горелки. Осмотр плазменно-угольной
горелки после двух часов ее работы показал наличие шлаковых отложений на стенке
второй ступени камеры ТХП в области, прилегающей к ее выходу.
Пример 2. Испытани проводились с тем же кузнецким углем и устройством дл растопки котла, изображенным на фиг.1. Расход угл осталс неизменным: в первую
ступень - 1 т/ч, во вторую - 2 т/ч. Концентраци угл в аэросмеси первой ступени и на
входе пылеконцентратора µ=0,5 кг/кг. Мощность плазмотрона также осталась
неизменной - 60 кВт. Расход газа, поступающего из первой ступени во вторую,
определ ют по известным методикам или расчетам по программе «Плазма-уголь-3» (см. [1]
). Дл данных условий он составил 2,6 т/ч. Исход из услови задани концентрации
кислорода на входе второй ступени 8% расход первичного воздуха в подаваемой в эту
ступень «холодной» аэросмсеси должен быть 1,6 т/ч (µ=1,25 кг/кг). Такой расход
воздуха (и концентраци угл в аэросмеси) обеспечивались посредством
пылеконцентратора, установленного в пылепроводе подачи аэросмеси во вторую ступень
(см. фиг.1). На выходе из горелки в топку наблюдалс устойчиво гор щий пылеугольный
факел, температура которого 1200-1230 К. Признаков шлаковани горелки в испытани х
при названных услови х не обнаружено.
Список литературы
1. Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. Плазменна безмазутна растопка
котлов и стабилизаци горени пылеугольного факела. - Новосибирск: Наука. - 1995. 304 с.
2. Перегудов B.C. Расчет плазменной стабилизации горени пылеугольного факела //
Теплофизика и аэромеханика. - 2003. - Т.10. - №1. С.123-133.
Формула изобретени Способ плазменно-угольной растопки пылеугольного котла и стабилизации горени Страница: 6
CL
RU 2 336 465 C2
5
10
15
факела в нем, включающий подачу в первую ступень камеры термохимической подготовки
(ТХП) части потока пылеугольной аэросмеси, поступающей в данную горелку,
генерирование низкотемпературной плазмы в плазмотроне, подачу струи плазмы на входе
в первую ступень камеры ТХП и воспламенение аэросмеси плазмой, получение топливной
смеси в первой ступени камеры ТХП в результате горени части угл и нагрева аэросмеси
до выхода из угл летучих компонентов и частичной газификации коксового остатка,
подачу полученной топливной смеси во вторую ступень камеры ТХП, подачу во вторую
ступень камеры ТХП второй части аэросмеси, поступающей в данную горелку, и ее
воспламенение этой топливной смесью, нагрев этой второй части аэросмеси до выхода
летучих компонентов и частичной газификации коксового остатка вследствие частичного
горени угл , получение в результате этого топливной смеси из всей подаваемой в
данную горелку аэросмеси, подачу полученной топливной смеси из плазменно-угольной
горелки в топку котла, подачу вторичного воздуха из этой горелки в топку с
образованием гор щего факела, отличающийс тем, что во вторую ступень камеры ТХП
подают аэросмесь с содержанием кислорода таким, чтобы в смеси с газами из первой
ступени камеры ТХП его концентраци была в пределах 8-10%.
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 7
RU 2 336 465 C2
Страница: 8
DR
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
205 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа