Установка для розжига и стабилизации горения пылеугольного факела

за, которое поступает в топку котлоагрегата от основной горелки в виде расширяющегося конуса .Недостатком указанной дистемы является небольшой ресурс плазмотрона,обусловленный применением в качестве газа воздуха или кислорода. Наличие окислительной среды резко сокращает ресурс медных электродов. Применение для защиты электродов инертного паза,например аргона, требует создания на тепловых электростанциях аргонопровода, что нереально.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является плазменная горелка для розжига и стабилизации горения донецкого АШ. Установка содержит камеру нагрева аэросмеси и электродуговой плазмотрон. Камера нагрева имеет цилиндре-коническую Форму и снабжена тангенциальным вводом воздушно-пылеугольной смеси. Плазмотрон устанавливается на камере нагрева, которая стыкуется с пылеугольной горелкой. Плазмотрон представляет собой аппарат с вращающейся электрической дугойна торцевой части выходного электрода. Он выполнен в виде разрядной камеры с размещенным в ней центральным расходуемым стержневым катодом, охваченным цилиндрическим охладителем с равномерным зазором. Имеются патрубки для ввода в зазор защитного газа. Разрядная камера снабжена выходным соплом, пристыкованным к камере нагрева аэросмеси и соленоидом, охватывающим разрядную камеру.Недостатком этой плазменной установки является невысокий тепловой КПД аппарата и повышенный расход электродного графита (катода). Низкий тепловой КПД связан с подачей в плазмотрон холодного газа. Значительный рас ход графита обусловлен эрозией электрода в окислительной среде - воздухе.Целью изобретения является повышение теплового КПД установки и увеличение ресурса катода.Поставленная цель достигается тем, что установка для розжига и стабилизации горения пылеугольного Факела, содержащая камеру нагрева аэросмеси и электродуговой плазмотрон выполненный в виде разрядной камеры,размещенного в ней центрального расходуемого стержневого катода, охва тывающего катод с равномерным зазо ром охладителя с патрубками вводазащитного газа,выходного сопла, приЕтыкованного к камере нагрева аэросмеси, и охватывающего разрядную камеру соленоида, снабжена по меньшей мере двумя трубками, соединяющими патрубки охладителя с полостью камеры нагрева аэросмеси и введенными в нее-через изоляционные трубки между раз рядной камерой плазмотрона и соленоидем.Сущность предложенного технического решения состоит в отборе нагретых продуктов газификации угля из камеры нагревааэросмеси и вводе их через предложенные патрубки в полость между катодным охладителем и катодом. Здесь они заполняют всю полость и защищают нагретый конец стержневого графитового электрода. Таким образом в плазмотрон подают нагретые газообразные продукты газификации угля, в отличие от прототипа, где используют холодные газы. Соответственно повышается тепловой КПД установки. В предложенной установке осуществляют замену состава газа, обтекающего конец стержневого катода. В прототипе этим газом является кислородсодержащий окислитель-воздух. В предлагаемом устройстве в качестве защитного газаиспользуются восстановительные газы, состоящие в основном из СО,С 02, н 2 и др. Замена окислительного ГВЗЗ на ВОССТЭНОВИТЕПЬНЫЙ резко СНИ жает скорость окисления углерода В высокотемпературной прикатодной области и уменьшает эрозию катода. Следовательно, повышается ресурс катода и сокращаются затраты на графитовые электроды. ДВИЖЕНИЕ ЗЭЩИТНОГО ВОССТаНОВИТеЛЬ ного газа по трубкам происходит по ДВУМ ППИЧИНЭМ.Во-первых, в камере нагрева из-за расширения газов при их нагреве И обильном газовыделении при газификации угля образуется повышенное давление. Это давление, измеренное на факельном стенде КазНИИ энергетики производительностью 0,5 т/ч угля,достигает 600-1200 мм вод.ст.Во-вторых, в прикатодной области вследствие сужения дугового столба стержневого электрода возникают высокоскоростные плазменные струи, направленные от катода каноду. При этом дуговой столб работает как электромагнитный насос, обеспечивая всачивать РЗСХОД газа через НИХ.да. Раэряжение при этом составляет десятки мм вод. столба. Интенсивность струйных течений в дуге существенно повышается при воздействии на дугу внешнего) магнитного поля. При этом дуговой столб еще больше расширяется и интенсивность струйных теченийв дуге достигает максимума при индукциивнешнего магнитного поля - 0017. Соответственноувеличиваетсяразрежение в прикатодной области у стержневого электрода.Таким образом, под действием повы шенного давления в камере нагреваневого электрода продукты газификации беспрерывно поступают по трубкам в полость между катодом и внутренней поверхностью катодного охладителя. Здесь они, вытеснив воздух, заполняют всю полость и защищают нагретый конец стержневого графитового электрода. Расход защитного восстановительного газаработы камеры нагрева аэросмеси может составлять 0,5-50 г/с. Для надежной защиты катода нужен небольшой расход,измеряемый 035-2,1 г/с. Месторасположение трубок для ввода защитного газа в прикатодную об ласть определяется следующим образом. Во-первых, как известно, трубки имеют внутреннее сопротивление для движения по ним газа. Сопротивление трубок возрастает с увеличением ее длины. Трубки должны иметь минимальное сопротивление, чтобы не ограниНаикратчайшее расстояние происходит межВ 0 ВТОРЫХ ПОЭДЛОЖСННОЭ располо ч жение трубок не увеличивает габаритные размеры аппарата, а также не ме шает при закрытии плазмотрона кожухом. Использование защитного кожуха необходимо в условиях тепловых электростанций по требованию техники безопасности в связи со значительной запыленностью и влажностью в котельном цехе.Предложенные трубки изготавливаются из нержавеющей стали, например,марки Х 18 Н 9 Т и др. Для исключения замыкания трубки изолируются втулками из термостойкого диэлектрического материала, например алунда или керамики.На чертеже изображена предлагаемая установка.Установка для розжига содержит электродуговой плазмотрон, содержащий камеру 1 с патрубками для подачи газа 2 и стержневой графитовый катод 3 с механизмом подачи д, цилиндрический водоохлаждаемый катодный охладитель 5, кольцевой водоохлаждаемый медный анод 6 и электромагнитную катушку 7,соединенную сериесно с электрической дугой 8, камера 1 изолирована втулкой 9 от катодного охладителя Б, патрубки 10 и 11 для подачи охлаждающей воды, Плазмотрон установлен на камере нагрева аэросмеси 12 с тангенциапь- ным вводом 13, который стыкуется с пылеугольной горелкой (не изображена на чертеже).Новыми конструктивными элементами являются трубки 1 д соединяющие полость между катодным охладителем 5 и катодом 3 с камерой Нагрева аэросмеси 12, и втулка 15 из диэлектрического материала. Трубки 1 Ц расположены между камерой плазмотрона 1 и электромагнитной катушкой 7. Втулки 15 изолируют трубку 1 д от камеры 1, катушки 7 и кольцевого анода 6.Установка работает следующим об-разомМежду стержневым катодом 3 И КОЛЬ цевым анодом 6 зажигают электрическую дугу 8. Одновременно включается электромагнитная катушка 7. По патрубку 2 в камеру плазмотрона вводят плаэмообразующий газ-воздух. В камеру нагрева 12 через тангенциальный ввод 13 подают пылевоздушную смесь.Под действием внешнего магнитного поля катушки 7 дуговой столб 8 начинает вращаться в межэлектродном промежутке и перекрывает поперечное сечение. Плазмообразующий газ, интенсивно нагреваясь вращающейся электрической дугой 8, истекает в камеру нагрева аэросмеси 12 в виде плазменного факела. Здесь происходит нагрев в плазме углевоадушной смеси, выход летучих и частичная газификация. Образующийся горючий газ с нагретыми частичками угля поступает в пылеугольную горелку и производит розжиг и стабилизацию горения основного пылеугольного факела, поступающего в топку котлоагрегата.При работе плаэмотрона часть газообразных продуктов газификации угля из камеры нагрева 12 по трубкам 1 ЦПОСТУПЭВТ В ПОЛОСТЬ МЗЖДУ КЭТОДНЫМ охладителем 5 и катодом 3. Заполнив указанную полость, восстановительные газы оттесняют окислительный газ воздух от конца катода 3 и заЩИЩаЮТ его. В результате в прикатодной обла 4124зообразных продуктов газификации угля, что повышает тепловой КПД установки и резко уменьшает скорость окисления электродного графита и снижает эрозию катода 3. В процессе работы плазмотрона кольцевой анод закрывается слоем расплава, что Наряду с вращением дуги значительно Уменьшает тепловые потери, повышает тепловой КПД установки и увеличивает срок ее службы. Таким образом, обеспечивается длительный ресурс работы Электродугового глазмотрбна, исчисляемый тысячами часов непрерывной работы,что становится сопоставимым с надежностью работы основного станционного оборудования (котлоагрегата, пылеугольных горелок, мельниц И дВ) и открывает перспективы широкого внедЪения прогрессивной плазменной техники на тепловых электростанциях.При проектировании электродугового плазмотрона, зная мощность котлоагрегата и его производительность, а также характеристики сжигаемого угля, можно обычными инженерными методами рассчитать основные параметры аппарата, включая количество трубок для ввода защитного газа, их диаметр и длину.В приведенных ниже примерах каме ра нагрева аэросмеси имела цилиндроконическую Форму длиной 5 д 5 мм с внутренним диаметром 305 мм. Она изготовлена из стали Ст 3 толщиной 10 мм и Футерована изнутри огнеупорным материалом. Камера снабжена тангенциальным вводом аэросмеси шириной 35 мм и длиной 205 мм. Размеры элек тродугового плазмотрона длина разрядной камеры 150 мм, диаметр с выходным отверстиемдО мм. Использовался стержневой графитовый катод диаметром 50 мм, оснащенный механизмом подачи электрода, включающий прижимные роликовые токолодводы и редуктор с электродвигателем УР-10-27/2. Катодный охладитель изготовлен их стали Х 18 Н 9 Т с водяным охлаждением. Внутренний диаметр охладителя 65 мм,наружный диаметр охладителя 75,5 ммдлина 200 мм. Полость между катодом и внутренней поверхностью охладителя представляет собой цилиндрический канал шириной 7,5 мм и длиной 170 мм. Указанная полость соединена с камерой нагрева аэросмеси двумя трубками,изготовленными из стали Х 18 Н 9 Т. Эти трубки изолированы от разрядной камеры алундовыми втулками. .В примерах расемотрены два типа различающихся по качеству энергетических углей (кузнецкие с выходом летучих 38-д 0 и донецкий АШ с выход 0 М ЛеТучих 3-52). Этот диапазон.углей перекрывает основной спектр энергетического-топливаСССР.П р и м е р 1. Котел ЦКТИ-75-39 парапроизводительностью 75 т/ч работает на кузнецких углях и оснащен тремя основными турбулентными горелками с суммарным расходом угля. 1012 т/ч, Характеристики угля калорий носТь 0 Ц 878 ккал/кг, зольностьАр 177, влажность ЫР 12,52 выход. летучих ЧГ 38-ЦО. Для растопки с у торцов котла установлены две муфельные горелки с расходом угля 1,0 1,5 т/ч.Система плазменного воспламенения включала камеру нагрева аэросмеси,электродуговой плаэмотрон мощностью 50-200 кВт и тиристорный исъочник электропитания с КИП. Плазмотронразмещался на камере нагрева аэросмеси,установленной на торце муфельной горелки, а источник питания подключался к распредустройству собственных нужд. Полость между катодным охладителем и катодом соединена двумя трубками с внутренним диаметром 8 мм с камерой нагрева аэросмеси.После подготовки котла к растопке согласно действующей Инструкции пр эксплуатации котлов ЦКТИ-75-ЗЭФ был включен электродуговой плаэмотрон. Мощность плазмотрона 60-70 кВт, ток 250 А, напряжение 250-270 В. Расход На плаэмотрон 90 м/чПосле подачи в камеру нагрева аэросмеси угольной пыли с наращиванием. ее расхода до 1,5 т/ч при работающем плазмотроне наблюдалось воспламенение и устойчивое горение лылеугольного факела Расход первичного воздуха 2000 м 3/ч при перепаде давления на муфеле 180 мм вод. ст.) температура на выходе камеры нагрева аэросмесизатраты электроэнергии на плазмотрон в период растопки составили 050,7 от тепловой мощности муфельной горел ки. Расход защитного восстановитель ного гаэа в полость между катодом и охладителем составил 2-3 г/с. КПД установки 855 Эрозия графитового катода равна 10-107 г 1 Кл,П р и м е р 2. Установка использовалась для стабилизации горения донецкого АШ на котле ТП-2302 паропроиэводительностью 230 т/ч. Котел оснащеншестью турбулентными горелками ТКЗ-ЦКТИ расположенными треугольником вниз на боковых стенках топочной камеры. Расход АШ через каждую горелку 5 т/ч.РХарактеристики угля калорийность Од 500-д 800 ккал/кг,зольность АР 30-35, влажность КР 8-10, выход летучих Чге 3-5, гранч состав К 9 о 6-8.Вместо мазутных форсунок в центральной трубе горелок были размещены установки с электродуговыми плазмотронаыи мощностью 2 О 0 д 00 кВт0 Плазмотроны монтировались на камеренагрева аэросмеси. Электропитание плазмотронов осуществлялось от индивидуальных силовых трансформаторов 3/0 д кВ, тиристорных мостовых преобразователей с тиристорами Т-800- 2 д кл и сглаживающих дросселей индук дтивностью 5 мГн. Полость между ка тодным охладителем и катодом соеди -го газа щитн, Тип установк Га 3 дК Известное уст ройство (про тотип) Ы 20 293 ПредложеннаяКак видно из таблицы, предложенное изобретение позволяет увеличить тепловой КПД установки на 2-3, снизить эрозию графитового катода на один-два. порядка и уменьшить затраты на при обретение графитовых электродов на5075 Такой эффект достигается при замене холодного окислительного газавоздуха нагретым защитным восстановительным газом, образующимся непосредственно в плазменной установке (ка10 Нена С камерой нагрева аэросмеси двуг мя трубками с внутренним диаметром 10 мм.После растопки котла был включен плазмотрон и на горелки подана аэросмесь. Мощность плазмотрона 200 д 00 кВт, ток 500-1000 А, напряжениеПри поступлении в камеру нагрева аэросмеси угольной пыли в работающем плазмотроне наблюдалось устойчивое горениефакела антрацитового штыба на выходе камеры нагрева аэросмеси. Пылеугольный факел имеел светло-желтый цвет Температура факела на выходе из камеры нагрева аэросмеси равня лась.16 д 01680 С при расходе первично-.го воздуха 6000 м 3/ч Относительные затраты электроэнергии на плазмотрон при подсветке факела равна 2-2,5. Расход защитного восстановительного газа в полость между катодом и охладителем составил 3-д г/с. КПД установки 85-86. Эрозия графитового катода равна 1 бб-107 г/кл.. Апредлагаемой установки состоит в повышении теплового КПД, увеличении ресуреа катода и уменьшении затрат на графитовые электроды. Сравнение эффективности предложенного технического решения и прототипа приведено в таблице.В нию с известными плазмотронами с за щитой катода инертным газом, например аргоном, предлагаемая установка обеспечивает эффективную растопку и подсветку пылеугольного факела без сооружения на ТЭС дорогостоящего аргонопровода.Установка для розжига и стабилизь ции.горения пылеугольного Факела