RU2769293C1 - Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation - Google Patents
Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769293C1 RU2769293C1 RU2021119314A RU2021119314A RU2769293C1 RU 2769293 C1 RU2769293 C1 RU 2769293C1 RU 2021119314 A RU2021119314 A RU 2021119314A RU 2021119314 A RU2021119314 A RU 2021119314A RU 2769293 C1 RU2769293 C1 RU 2769293C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coal
- fuel
- discharge
- furnace
- water
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q13/00—Igniters not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области термического обеззараживания и утилизации отходов, а именно к процессам воспламенения и стабилизации горения (подсветки) топлива в котлах утилизаторах работающих на водоугольном топливе (ВУТ) и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, связанных с термическим способом утилизации и обеззараживания высоковлажных отходов.The invention relates to the field of thermal disinfection and waste disposal, and in particular to the processes of ignition and stabilization of combustion (illumination) of fuel in waste heat boilers operating on water-coal fuel (VUT) and can be used in various sectors of the economy associated with the thermal method of disposal and disinfection of high-moisture waste.
Предпосылка создания изобретения, аналоги изобретенияPrerequisite for the creation of the invention, analogues of the invention
Использование водоугольного топлива приготовленного на основе жидких отходов производства и отходов углеобогащения позволяет существенно снизить выбросы вредных веществ и опасных микроорганизмов в биосферу, [1]. Использование водоугольного топлива приводит к существенному повышению КПД котлоагрегата и резкому снижению выбросов вредных веществ образующихся при горении (рассматриваются системы теплоснабжения коммунально-бытовых и сельскохозяйственных потребителей, системы обеззараживания и утилизации отходов мощностью до 5 МВт), [2].The use of coal-water fuel prepared on the basis of liquid production waste and coal enrichment waste can significantly reduce emissions of harmful substances and dangerous microorganisms into the biosphere [1]. The use of coal-water fuel leads to a significant increase in the efficiency of the boiler unit and a sharp decrease in emissions of harmful substances formed during combustion (heat supply systems for domestic and agricultural consumers, systems for decontamination and waste disposal with a capacity of up to 5 MW are considered), [2].
Разработанный способ термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов, находящихся в различных агрегатных состояниях (патент РФ 2718563, опубл. 08.04.2020) позволяет в энергоагрегатах котельной проводить комплексное обеззараживание и утилизацию биологических отходов, в том числе и наиболее значимых по воздействию на биосферу – отходов, находящиеся в жидком агрегатном состоянии.The developed method for thermal disinfection and disposal of infected organ-containing waste in various aggregate states (RF patent 2718563, publ. 04/08/2020) allows for complex disinfection and disposal of biological waste in the power units of the boiler house, including the most significant in terms of impact on the biosphere - waste in the liquid state of aggregation.
Одной из основных проблем сжигания водоугольного топлива и высоковлажненных (W>75%) отходов в котлоагрегатах небольшой мощности, выявленные при испытании данного способа утилизации в СФНЦА РАН, является необходимость в использовании инициирующего высокореакционного топлива (мазут, дизельное топливо) для стабилизации горения водоугольной суспензии, обусловленной падением температуры в топке при подаче топлива, что отрицательно влияет на процесс газификации топлива, затрудняя тем самым запуска котла и поддержание стабильного горения топлива на низких нагрузках.One of the main problems of combustion of water-coal fuel and high-moisture (W>75%) wastes in small-capacity boilers, identified when testing this method of utilization at the SFSC RAS, is the need to use an initiating highly reactive fuel (fuel oil, diesel fuel) to stabilize the combustion of water-coal suspension, due to a temperature drop in the furnace when fuel is supplied, which negatively affects the process of fuel gasification, thereby making it difficult to start the boiler and maintain stable combustion of fuel at low loads.
Стандартный режим розжига котла работающего на водоугольном топливе следующий [2]: включаются тягодутьевые устройства, к предтопку котла (форкамере) подключается инициирующая горелка на жидком топливе (мазут, дизельное топливо) осуществляющая разогрев топки до 600…650 гр. Цельсия. По достижению указанной температуры подключается водоугольная горелка и обеспечивается совместный режим горения водоугольного и инициирующего топлив. При достижении температуры 850…900 гр. Цельсия инициирующую горелку отключают и переходят на режим использования водоугольного топлива. В случае использования низкокачественного топлива инициирующая горелка используется для постоянной подсветки факела.The standard firing mode for a coal-water boiler is as follows [2]: draft devices are turned on, an initiating liquid fuel burner (fuel oil, diesel fuel) is connected to the boiler pre-furnace (prechamber), which heats the furnace up to 600 ... 650 gr. Celsius. Upon reaching the specified temperature, a water-coal burner is connected and a joint mode of combustion of water-coal and initiating fuels is provided. Upon reaching a temperature of 850 ... 900 gr. Celsius, the initiating burner is turned off and switched to the mode of using coal-water fuel. In the case of low-quality fuel, the pilot burner is used to continuously illuminate the flame.
Для розжига и подсветки факела используются дорогостоящее жидкое топливо. Использование котлагрегата, работающего на водоугольном топливе для термической утилизации высоковлажных отходов существенно увеличивает расход качественного жидкого топлива. В настоящее время для уменьшения затрат предлагается использовать вместо качественного топлива различные электротехнологические методы обеспечивающие стабилизацию горения факела, в частности электродуговой разряд.Expensive liquid fuel is used to ignite and illuminate the torch. The use of a coal-water boiler for thermal utilization of high-moisture waste significantly increases the consumption of high-quality liquid fuel. At present, in order to reduce costs, it is proposed to use various electrotechnological methods instead of high-quality fuel to ensure the stabilization of flame combustion, in particular, an electric arc discharge.
Известен способ (патент РФ №2210700) где воспламенение пылеугольного факела осуществляется путем генерирования струи низкотемпературной плазмы в плазмотроне однополярного тока с заземленным электродом, подключенном к преобразователю, который дает пульсирующий или прерывистый ток основной дуги, преобразователь подключают к магистральной сети, в плазмотроне предварительно создают вспомогательную слаботочную дугу постоянного тока с ее электропитанием от отдельного источника. Струю плазмы переменной мощности подают в камеру термохимподготовки топлива горелки, в эту же камеру подают пылеугольную аэросмесь, а воспламененную в камере топливную смесь из горелки подают в топку котла. Недостатком данного метода является использование дуги постоянного тока требующее использования мощного силового оборудования оборудования (блок питания, выпрямитель), быстрый износ электродов и значительный расход электроэнергии при электродуговом разряде.There is a method (RF patent No. 2210700) where the ignition of a pulverized coal flame is carried out by generating a low-temperature plasma jet in a unipolar current plasma torch with a grounded electrode connected to a converter that gives a pulsating or intermittent current of the main arc, the converter is connected to the main network, an auxiliary low-current DC arc with its power supply from a separate source. A variable power plasma jet is fed into the burner fuel thermochemical preparation chamber, a pulverized-coal aero mixture is fed into the same chamber, and the fuel mixture ignited in the chamber is fed from the burner into the boiler furnace. The disadvantage of this method is the use of a DC arc, which requires the use of powerful power equipment equipment (power supply, rectifier), rapid wear of the electrodes and significant power consumption during an electric arc discharge.
Известен способ (патент РФ №2498159 опубл. 10.11.2013, бюл. №3) сжигания пылеугольного топлива заключающейся в том, что его воспламенение производят электродуговым разрядом, стабилизируют и интенсифицируют горение факела, воздействуя на зону пламеобразования переменным электрическим током высокой частоты, образуя в зоне пламеобразования диффузный электрический разряд. Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в воспламенении, стабилизации и усилении процесса горения при меньших затратах электрической энергии. Недостатком данного метода является использование на стадии воспламенения электродугового разряда, с присущими данному способу недостатками (быстрый износ и коррозия электродов, высокий расход электроэнергии).A method is known (RF patent No. 2498159 publ. 10.11.2013, bull. No. 3) of burning pulverized coal fuel, which consists in the fact that its ignition is produced by an electric arc discharge, the flame is stabilized and intensified by influencing the flame formation zone with an alternating electric current of high frequency, forming in a diffuse electric discharge in the flame formation zone. The technical result achieved by the proposed technical solution is to ignite, stabilize and enhance the combustion process at a lower cost of electrical energy. The disadvantage of this method is the use of an electric arc discharge at the stage of ignition, with the disadvantages inherent in this method (rapid wear and corrosion of the electrodes, high power consumption).
В настоящее время появились работы по теории горения, где обосновывается использование низкотемпературной (средняя температура электронов менее 10 эВ), слабоионизированной (степень ионизации n/N<<1, где n и N - плотности заряженных и нейтральных частиц), неравновесной (электроны в холодной плазме перегреты, примерно в 100 раз, по отношению к ионам, а также к атомам и молекулам плазмообразующего газа) плазмы как источника свободных радикалов, определяющих кинетику процессов горения. В плазмообразующем газе возникает интенсивное ультрафиолетовое излучение, а также физически активные частицы (метастабильные атомы и молекулы, радикалы, озон и другие реакционные соединения) и колебательно-возбужденных молекул азота способствующие горению топлива при сравнительно малых удельных энергозатратах [3]-[8].At present, works have appeared on the theory of combustion, which justifies the use of low-temperature (the average electron temperature is less than 10 eV), weakly ionized (the degree of ionization n/N<<1, where n and N are the densities of charged and neutral particles), non-equilibrium (electrons in a cold plasma are superheated, by about 100 times, with respect to ions, as well as to atoms and molecules of the plasma-forming gas) plasma as a source of free radicals that determine the kinetics of combustion processes. In the plasma gas, intense ultraviolet radiation occurs, as well as physically active particles (metastable atoms and molecules, radicals, ozone and other reactive compounds) and vibrationally excited nitrogen molecules that promote fuel combustion at relatively low specific energy consumption [3] - [8].
Отработаны газоразрядные способы создания неравновесной плазмы в воздухе, в частности с использованием барьерного разряда (стримерный разряд переменного тока, в котором ток проводимости в межэлектродном промежутке обеспечивается током смещения через диэлектрический барьер). Для создания неравновесной плазмы внутри электродной системы к электродам прикладывается синусоидальное или импульсно-периодическое напряжение с частотой от 50 до 105 Гц с амплитудой, как правило, до 10 кВ. При частоте переменного напряжения 50 Гц характерный уровень усредненной по времени и пространству удельной джоулевой мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке барьерного разряда, составляет 1-3 Вт/см3. Средняя плотность мощности барьерного разряда (БР), приведенная к 1 см2 поверхности электродов, невелика и соответствует 0,1-1 Вт/см2. Малы также и типичные скорости прокачки обрабатываемого газа через щель барьерного разряда: V=0,1-1,0 м/с [3]. Существенным недостатком БР является его чувствительность к содержанию влаги в обрабатываемом потоке воздуха, что препятствует использованию БР для воспламенения и инициализации водоугольной суспензии высоковлажных отходов.Gas-discharge methods for creating a non-equilibrium plasma in air have been developed, in particular, using a barrier discharge (a streamer discharge of alternating current, in which the conduction current in the interelectrode gap is provided by a bias current through a dielectric barrier). To create a non-equilibrium plasma inside the electrode system, a sinusoidal or repetitively pulsed voltage is applied to the electrodes with a frequency of 50 to 10 5 Hz with an amplitude, as a rule, up to 10 kV. At an AC voltage frequency of 50 Hz, the characteristic level of the time- and space-averaged specific Joule power released in the interelectrode gap of the barrier discharge is 1–3 W/cm 3 . The average power density of the barrier discharge (BR), reduced to 1 cm 2 of the surface of the electrodes, is low and corresponds to 0.1-1 W/cm 2 . The typical speeds of pumping the processed gas through the gap of the barrier discharge are also small: V=0.1-1.0 m/s [3]. A significant disadvantage of BR is its sensitivity to the moisture content in the processed air flow, which prevents the use of BR for ignition and initialization of a water-coal suspension of high-moisture waste.
В отчете МФТИ [9] отмечается, что плазма дугового разряда является термически равновесной плазмой, в которой около половины всей энергии разряда уходит на нагрев газа, что в свою очередь приводит к существенной эрозии электродов. Более того, так как при дуговом разряде образуется лишь один плазменный канал, то энерговклад разряда в единицу объема существенно превышает необходимую энергию воспламенения топливно-воздушной смеси. Низкотемпературная плазма является неравновесной; при сравнительно низкой, практически комнатной, температуре ионов и молекул она имеет температуру электронов, сравнимую с температурой в дуговом разряде. Такие высокоэнергичные электроны, сталкиваясь с молекулами топлива и кислорода, образуют химически активные радикалы, которые приводят к возникновению и развитию цепных реакций горения.The MIPT report [9] notes that the arc discharge plasma is a thermally equilibrium plasma, in which about half of the entire discharge energy is spent on heating the gas, which in turn leads to significant erosion of the electrodes. Moreover, since only one plasma channel is formed during an arc discharge, the energy input of the discharge per unit volume significantly exceeds the required ignition energy of the fuel-air mixture. Low-temperature plasma is non-equilibrium; at a relatively low, almost room temperature of ions and molecules, it has an electron temperature comparable to the temperature in an arc discharge. Such high-energy electrons, colliding with fuel and oxygen molecules, form chemically active radicals, which lead to the initiation and development of combustion chain reactions.
Низкотемпературная неравновесная плазма имеет ряд преимуществ, включая низкую эрозию электродов за счет низкой температуры окружающего газа, увеличенный объем разряда за счет формирования многих разрядных каналов и относительно низкий (но достаточный для воспламенения) энерговклад в единицу объема. В работе обосновывается, что для ускорения воспламенения топливных смесей ниже порога самовоспламенения желательно организовать энерговклад в разных диапазонах приведенного электрического (электромагнитного) поля, чтобы добиться наработки не только атомов и радикалов, но и колебательно-возбужденных молекул азота. При этом в ускорении воспламенения может играть важную роль синергетический эффект, когда цепные реакции начинаются и продолжаются благодаря наработанным в разряде атомам и радикалам, а реакции обрыва цепей тормозятся из-за присутствия колебательно-возбужденных молекул азота, [7].Low-temperature nonequilibrium plasma has a number of advantages, including low electrode erosion due to low ambient gas temperature, increased discharge volume due to the formation of many discharge channels, and a relatively low (but sufficient for ignition) energy input per unit volume. The paper substantiates that in order to accelerate the ignition of fuel mixtures below the self-ignition threshold, it is desirable to organize the energy input in different ranges of the reduced electric (electromagnetic) field in order to achieve the production of not only atoms and radicals, but also vibrationally excited nitrogen molecules. In this case, a synergistic effect can play an important role in the acceleration of ignition, when chain reactions begin and continue due to the atoms and radicals produced in the discharge, and chain termination reactions are inhibited due to the presence of vibrationally excited nitrogen molecules [7].
Известен способ растопки и поддержания стабильного горения в котлоагрегатах с применением водоугольного топлива (патент RU 2505748, опубл. 27.01.2014), принятый за прототип, в котором для поддержания горения на низких нагрузках подачу водоугольного топлива производят в разные места модуля подготовки топливной смеси, а именно в зону возле факела, образуемого высокотемпературным источником тепла, и в зону соединения указанного модуля с топкой, при этом в зону возле факела подают от 10 до 50% пропускного объема топливной линии, а в зону соединения модуля с топкой - от 0 до 100% пропускного объема топливной линии. Благодаря подаче ВУТ в малом объеме в область факела плазмотрона обеспечивается надежная газификация подаваемого топлива, все подаваемое топливо переходит в газовое состояние и начинает легко воспламеняться. Недостатком данного способа растопки и поддержания стабильного горения водоугольного топлива является использование электродугового разряда формируемого в плазмотроне, что приводит к существенным затратам электроэнергии в режиме стабилизации горения водоугольного топлива.There is a known method for kindling and maintaining stable combustion in boilers using water-coal fuel (patent RU 2505748, publ. 01/27/2014), adopted as a prototype, in which, to maintain combustion at low loads, water-coal fuel is supplied to different places of the fuel mixture preparation module, and namely, to the zone near the torch formed by a high-temperature heat source, and to the zone of connection of the specified module with the furnace, while from 10 to 50% of the throughput volume of the fuel line is supplied to the zone near the torch, and from 0 to 100% - from 0 to 100% to the zone of connection of the module with the furnace capacity of the fuel line. Due to the supply of CWF in a small volume to the region of the plasma torch, reliable gasification of the supplied fuel is ensured, all the supplied fuel passes into a gaseous state and begins to ignite easily. The disadvantage of this method of kindling and maintaining stable combustion of water-coal fuel is the use of an electric arc discharge generated in the plasma torch, which leads to significant energy costs in the stabilization mode of combustion of water-coal fuel.
Целесообразно в нашем случае использовать не дуговой разряд, формирующий основной вклад в инфракрасной части спектра излучения, сопровождающийся большими затратами электроэнергии, а электроискровой разряд, формирующий низкотемпературную неравновесную плазму, обеспечивающую малую эрозию электродов, увеличенный объем разряда за счет формирования многих разрядных каналов и относительно низкий энерговклад в единицу объема путем генерации атомов, радикалов и колебательно-возбужденных молекул азота. При воспламенении топлива цепные реакции в данном случае начинаются и продолжаются благодаря наработанным в разряде атомам и радикалам, а реакции обрыва цепей тормозятся из-за присутствия колебательно-возбужденных молекул азота.It is advisable in our case to use not an arc discharge, which forms the main contribution in the infrared part of the radiation spectrum, accompanied by high energy costs, but an electric spark discharge, which forms a low-temperature nonequilibrium plasma, providing low electrode erosion, an increased discharge volume due to the formation of many discharge channels, and a relatively low energy input. per unit volume by generating atoms, radicals and vibrationally excited nitrogen molecules. When the fuel is ignited, chain reactions in this case begin and continue due to the atoms and radicals produced in the discharge, and chain termination reactions are inhibited due to the presence of vibrationally excited nitrogen molecules.
Техническим эффектом изобретения являются: повышение стабильности воспламенения и устойчивости горения водоугольного топлива при термической утилизации высоковлажных отходов.The technical effect of the invention is: increasing the stability of ignition and stability of combustion of water-coal fuel during thermal recycling of high-moisture waste.
Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:
- снижение энергозатрат на воспламенение и стабилизацию горения водоугольного топлива в котлоагрегате, работающем в режиме утилизации отходов, путем использования низкотемпературной неравновесной плазмы для воспламенение пылеугольного топлива и стабилизацию горения водугольного топлива в топке котла;- reduction of energy consumption for ignition and stabilization of combustion of water-coal fuel in a boiler unit operating in the waste disposal mode by using low-temperature non-equilibrium plasma for ignition of pulverized coal fuel and stabilization of combustion of water-coal fuel in the boiler furnace;
- уменьшение износа электродов за счет использования электроискрового разряда на электродах специальной формы вместо электродугового разряда.- reduction of electrode wear due to the use of an electric spark discharge on electrodes of a special shape instead of an electric arc discharge.
Указанные эффекты достигаются тем что, согласно изобретению, пылеугольное топливо от мельницы поступает первоначально в блок приготовления пылеугольной аэросмеси (ПУА) и системой транспортировки пылеугольной аэросмеси подается в электроискровую газоразрядную камеру. Поступающее в электроискровую камеру ПУА воспламеняется при электроискровом разряде. Режим горения поддерживается за счет образования низкотемпературной плазмы в электроискровом промежутке. Использование низкотемпературной плазмы обеспечивает малую эрозию электродов за счет низкой температуры окружающего газа, дугообразной формы электродов, увеличенного объема разряда за счет формирования многих разрядных каналов и относительно низкого энерговклада в единицу объема путем генерации атомов, радикалов и колебательно-возбужденных молекул азота. При воспламенении топлива цепные реакции в данном случае начинаются и продолжаются благодаря наработанным в разряде атомам и радикалам, а реакции обрыва цепей тормозятся из-за присутствия колебательно-возбужденных молекул азота. Продукты горения, образующиеся в электроискровой камере поступают в форкамеру и, далее, в топочное пространство, обеспечивая требуемую температуру в топке котлоагрегата для воспламенения и стабилизации горения водугольного топлива и отходов.These effects are achieved by the fact that, according to the invention, the pulverized coal fuel from the mill initially enters the pulverized coal air mixture preparation unit (PUA) and is fed into the electric spark gas discharge chamber by the pulverized coal air mixture transportation system. PUA entering the electrospark chamber is ignited by an electric spark discharge. The combustion regime is maintained by the formation of a low-temperature plasma in the electric spark gap. The use of low-temperature plasma ensures low electrode erosion due to the low temperature of the surrounding gas, the arcuate shape of the electrodes, the increased discharge volume due to the formation of many discharge channels, and the relatively low energy input per unit volume due to the generation of atoms, radicals, and vibrationally excited nitrogen molecules. When the fuel is ignited, chain reactions in this case begin and continue due to the atoms and radicals produced in the discharge, and chain termination reactions are inhibited due to the presence of vibrationally excited nitrogen molecules. Combustion products formed in the electric spark chamber enter the prechamber and, further, into the furnace space, providing the required temperature in the boiler furnace for ignition and stabilization of combustion of water-coal fuel and waste.
При переходе на рабочий режим основная часть пылеугольного топлива (до 80…90% по весу) идет на приготовление водоугольного топлива и последующего сжигания в топке котла (после достижения температуры 850…900°С). Оставшаяся доля топлива (от 10 до 20%) продолжает поступать в электроискровую камеру, обеспечивая необходимую подсветку факела горения водоугольного топлива и поступающих отходов, стабилизируя процесс горения.When switching to the operating mode, the main part of the pulverized coal fuel (up to 80 ... 90% by weight) is used for the preparation of water-coal fuel and subsequent combustion in the boiler furnace (after reaching a temperature of 850 ... 900 ° C). The remaining fraction of the fuel (from 10 to 20%) continues to flow into the electrospark chamber, providing the necessary illumination of the combustion flame for water-coal fuel and incoming waste, stabilizing the combustion process.
Блок-схема предлагаемого способа воспламенения и стабилизации горения водоугольного топлива в установках для утилизации высоковлажных отходов, представлена на рисунке (фиг. 1).A block diagram of the proposed method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste is shown in the figure (Fig. 1).
Реализуется следующая последовательность выполнения операций:The following sequence of operations is implemented:
При запуске пылеугольное топливо от мельницы (1) поступает на блок распределения и регулирования потоков пылеугольного топлива (2), направляющий поток пылеугольного топлива в блок приготовления пылеугольной аэросмеси (3) и транспортирования посредством блока транспортировки пылеугольной аэросмеси (4) с использованием сжатого воздуха компрессора (11), в газоразрядную электроискровую камеру (5) подключенную к высоковольтному блоку питания (6).When starting, the pulverized coal fuel from the mill (1) enters the pulverized coal flow distribution and control unit (2), directing the flow of pulverized coal fuel to the pulverized coal aero mixture preparation unit (3) and transportation by means of the pulverized coal aero mixture transportation unit (4) using compressor compressed air ( 11), into a gas-discharge electric spark chamber (5) connected to a high-voltage power supply unit (6).
Система электродов электроискровой газоразрядной выполнена многофазной, по числу фаз питающей электрической сети, а электроискровой разряд осуществляется на нескольких группах электродов, причем каждая группа которых состоит из фазного и нулевого электродов, подключенным к разным фазам переменного электрического тока частотой 20 кГц. Электроды выполнены дугообразной формы (Фиг. 2) с переменным по ходу дуги расстоянием между фазным и нулевым электродами обеспечивающим возникновение нескольких разрядов из различных точек электрода, сводя износ электродов к минимуму.The electrode system of the electric spark gas discharge is made multiphase, according to the number of phases of the supply electrical network, and the electric spark discharge is carried out on several groups of electrodes, each group of which consists of phase and zero electrodes connected to different phases of an alternating electric current with a frequency of 20 kHz. The electrodes are arc-shaped (Fig. 2) with a variable distance between the phase and zero electrodes along the arc, which ensures the occurrence of several discharges from different points of the electrode, minimizing wear on the electrodes.
Минимальный промежуток между фазным и нулевым электродом составляет 4 мм при напряжении питания источника высокого напряжения на холостом ходу 12 кВ. Расчетная приведенная напряженность электрического поля в искровом промежутке на электродах дугообразной формы составляет величину 25-100 Тд. При указанных конфигурации электродов, их геометрических размерах и указанных значениях напряженности электрического поля, формируется электроискровой разряд, создающий множество плазменных каналов генерирующих низкотемпературную неравновесную плазму, обеспечивающий воспламенение пылеугольной аэросмеси при температуре окружающего воздуха. В эксперименте воспламенение пылеугольной аэросмеси происходило без предварительной термохимической подготовки топлива при температуре пылеугольной аэросмеси 2-10°С. Возможный вариант объяснения полученного эффекта: высокоэнергетичные электроны, образующиеся при электроискровом разряде, при указанных значениях напряженности электрического поля и заданной геометрии электродов, сталкиваясь с молекулами топлива и кислорода, образуют химически активные радикалы, которые приводят к возникновению и развитию цепных реакций горения. Низкотемпературная неравновесная плазма имеет увеличенный объем разряда за счет формирования многих разрядных каналов и относительно низкий энерговклад в единицу объема, обеспечивая надежное воспламенение пылеугольной аэросмеси при небольших затратах энергии по сравнению с дуговым разрядом. Указанный диапазон значений приведенного электрического поля, обеспечивает наработки не только атомов и радикалов, но и колебательно-возбужденных молекул азота, обеспечивающих торможение реакции обрыва цепных реакций горенияThe minimum gap between the phase and neutral electrodes is 4 mm at an idle supply voltage of the high voltage source of 12 kV. The calculated reduced electric field strength in the spark gap on arc-shaped electrodes is 25-100 Td. With the specified configuration of the electrodes, their geometric dimensions and the specified values of the electric field strength, an electric spark discharge is formed, which creates a plurality of plasma channels generating a low-temperature non-equilibrium plasma, which ensures the ignition of the pulverized-coal aero mixture at ambient temperature. In the experiment, the ignition of the pulverized-coal mixture occurred without preliminary thermochemical preparation of the fuel at a temperature of the pulverized-coal mixture of 2-10°C. A possible explanation of the effect obtained is as follows: high-energy electrons generated during an electric spark discharge, at the specified values of the electric field strength and a given geometry of the electrodes, colliding with fuel and oxygen molecules, form chemically active radicals that lead to the occurrence and development of combustion chain reactions. Low-temperature non-equilibrium plasma has an increased discharge volume due to the formation of many discharge channels and a relatively low energy input per unit volume, providing reliable ignition of a pulverized-coal aero mixture at low energy costs compared to an arc discharge. The specified range of values of the reduced electric field ensures the production of not only atoms and radicals, but also vibrationally excited nitrogen molecules, which ensure the inhibition of the termination reaction of combustion chain reactions.
При достижении температуры в топке котла 800-850°С система переходит из пускового в рабочий режим. Блок распределения и регулирования потоков пылеугольного топлива (2) переключается на рабочий режим - 10…20% пылеугольного топлива (ПУТ) подается в газоразрядную электроискровую камеру для поджига и стабилизации горения инициализирующего топлива, а 80…90% ПУТ поступает в блок приготовления водоугольного топлива (7), где в качестве водного компонента ВУТ используется жидкая часть отходов, поступающая из узла подачи жидких отходов (14). Дальнейшая транспортировка осуществляется с использованием блока транспортировки водоугольного топлива (8), на водоугольную горелку (9), премыкающую к предтопку (10) вихревой адиабатической топки (12), формирующей, с использованием воздуха поступающего от компрессора (11), пылеугольный факел.When the temperature in the boiler furnace reaches 800-850°C, the system switches from starting to operating mode. The block for distributing and regulating the flows of pulverized coal (2) switches to the operating mode - 10 ... 7), where the liquid part of the waste coming from the liquid waste supply unit (14) is used as the water component of the CWF. Further transportation is carried out using the coal-water fuel transportation unit (8), to the coal-water burner (9), which adjoins the pre-furnace (10) of the vortex adiabatic furnace (12), which forms a pulverized coal torch using air supplied from the compressor (11).
Стабилизация горения факела осуществляется за счет высокой температуры в вихревой адиабатической топке и дополнительной подсветки продуктами горения, поступающими из газоразрядной электроискровой камеры (5).Stabilization of flame combustion is carried out due to the high temperature in the vortex adiabatic furnace and additional illumination of the combustion products coming from the gas-discharge electric spark chamber (5).
Разделение пылеугольного топлива на два потока позволяет получить водоугольное топливо для сжигания высоковлажных отходов и пылеугольное топливо для воспламенения и стабилизацию горения водоугольного топлива в топке котлоагрегата. Исключается использование для розжига и подсветки качественного (жидкого) топлива либо дугового электрического разряда, что обеспечивает снижение затрат на розжиг и стабилизацию горения топлива. Замена электродугового электрического разряда на электроискровой разряд обеспечивает снижение расхода электроэнергии и износа электродов. Воспламенение и горение пылеугольного топлива осуществляется путем генерации при электроискровом разряде низкотемпературной неравновесной плазмы, сопровождающейся выработки свободных радикалов, и обеспечивающих воспламенение пылеугольного топлива без предварительной термохимической подготовки топлива. Горение пылеугольной аэросмеси в электроискровой газоразрядной камере на экспериментальном стенде показано на фиг. 3- 4.The separation of pulverized coal fuel into two streams makes it possible to obtain water-coal fuel for burning high-moisture waste and pulverized coal fuel for ignition and stabilization of combustion of water-coal fuel in the boiler furnace. The use of high-quality (liquid) fuel or arc electric discharge for ignition and illumination is excluded, which reduces the cost of ignition and stabilization of fuel combustion. Replacing an electric arc electric discharge with an electric spark discharge provides a reduction in power consumption and electrode wear. Ignition and combustion of pulverized coal fuel is carried out by generating a low-temperature non-equilibrium plasma during an electric spark discharge, accompanied by the production of free radicals, and providing ignition of pulverized coal fuel without preliminary thermochemical fuel preparation. The combustion of a pulverized coal mixture in an electric spark gas-discharge chamber on an experimental stand is shown in Fig. 3-4.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент 2718563 Российская Федерация,) МПК F23G 5/02 (2006.01);1. Patent 2718563 Russian Federation,) IPC F23G 5/02 (2006.01);
Способ термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов, находящихся в различных агрегатных состояниях / Делягин В.Н.; заявитель и патентообладатель Сибирский федеральный центр агробиотехнологий РАН, заявл. 28.09.19; опубл. 08.04.20, Бюл. №10.The method of thermal disinfection and disposal of infected organ-containing wastes in various aggregate states / Delyagin V.N.; applicant and patentee Siberian Federal Center for Agricultural Biotechnology RAS, Appl. 09/28/19; publ. 04/08/20, Bull. No. 10.
2. Делягин В.Н., Мурко В.И., Иванов Н.М., Ревякин Е.Л. Использование водоугольного топлива в энергообеспечении АПК. М.: ФГБНУ «Росинформагротех»,2013. - 92 с.2. Delyagin V.N., Murko V.I., Ivanov N.M., Revyakin E.L. The use of coal-water fuel in the energy supply of the agro-industrial complex. M.: FGBNU "Rosinformagrotech", 2013. - 92 p.
3. Акишев Ю.С. Низкотемпературная плазма при атмосферном давлении и ее возможности для приложений. Изв. вузов. Химия и хим. 60-технология. 2019. Т. 62. Вып. 8. С. 26 For citation: Akishev Yu.S. Nonthermal plasma at atmospheric pressure and its opportunities for applications. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. 60-Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 8. P. 26.3. Akishev Yu.S. Low-temperature plasma at atmospheric pressure and its potential for applications. Izv. universities. Chemistry and chem. 60 technology. 2019. V. 62. Issue. 8. P. 26 For citation: Akishev Yu.S. Nonthermal plasma at atmospheric pressure and its opportunities for applications. Izv. Vyssh. Studybn. Zaved. 60-Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 8. P. 26.
4. М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, В.С. Перегудов и др. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 304 с. Низкотемпературная плазма. Т. 16, с. 102-178, см. Приложение №1.4. M.F. Zhukov, E.I. Karpenko, V.S. Peregudov and others - Novosibirsk: Science. Siberian Publishing Company RAS, 1995. - 304 p. Low temperature plasma. T. 16, p. 102-178, see Appendix No. 1.
5. Non-equilibrium air plasmas at atmospheric pressureio Edio by K.H. Becker, U. Kogelschatz, K.H. Schoenbach, R.J. Barker. Institute of Physics Publishing. 2005. 682 p.5. Non-equilibrium air plasmas at atmospheric pressureio Edio by K.H. Becker, U. Kogelschatz, K.H. Schoenbach, R.J. barker. Institute of Physics Publishing. 2005. 682 p.
6. Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control. Ed. by B.M. Renetrante, S.E. Schultheis. Berlin Heidellerg: Springer-Verlag. 1993. NATO ASI Series. Ser. G: Ecolog. Sci. V. 34. Parts A and B.6. Non-Thermal Plasma Techniques for Pollution Control. Ed. by B.M. Renetrante, S.E. Schultheis. Berlin Heidellerg: Springer-Verlag. 1993. NATO ASI Series. Ser. G: Ecolog. sci. V. 34. Parts A and B.
7. Fridman A., Kennedy L.A. Plasma Physics and Engineering. New York, London: Taylor & Francis. 2004. 853 p.7. Friedman A., Kennedy L.A. Plasma Physics and Engineering. New York, London: Taylor & Francis. 2004. 853 p.
8. Andrzej G., Dors M., Grosch H., Holub M., Pawelec A., Brandenburg R., Barankova H., Bardos L., Jogi I., Laan M., Mizeraczyk J., Stamate E. Plasma-Based Depollution of Exhausts: Principles, State of the Art and Future Prospects. Open Access Books. Published: 23 August 2011 by InTech in Monitoring, Control and Effects of Air Pollution. DOI: 10.5772/20351.8. Andrzej G., Dors M., Grosch H., Holub M., Pawelec A., Brandenburg R., Barankova H., Bardos L., Jogi I., Laan M., Mizeraczyk J., Stamate E. Plasma -Based Depollution of Exhausts: Principles, State of the Art and Future Prospects. Open Access Books. Published: 23 August 2011 by InTech in Monitoring, Control and Effects of Air Pollution. DOI: 10.5772/20351.
9. Отчет о научно-исследовательской работе Плазменно-стимулированное горение сверхбедных топливно-воздушных смесей для увеличения эффективности энергетических устройств шифр: 2011-1.9-519-008-064.9. Report on the research work Plasma-stimulated combustion of ultra-lean fuel-air mixtures to increase the efficiency of power devices code: 2011-1.9-519-008-064.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119314A RU2769293C1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119314A RU2769293C1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769293C1 true RU2769293C1 (en) | 2022-03-30 |
Family
ID=81076229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021119314A RU2769293C1 (en) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769293C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2210700C2 (en) * | 2001-07-13 | 2003-08-20 | Институт теплофизики СО РАН | Method of plasma ignition of pulverized coal fuel |
| RU2468294C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Preparation method of disperse water-fuel mixture, and boiler plant with preparation and combustion systems of above mentioned mixture |
| RU2498159C1 (en) * | 2012-05-17 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Сибтехэнерго" - инженерная фирма по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации электро-энергооборудования предприятий и систем | Method to burn pulverised fuel |
| RU136131U1 (en) * | 2013-05-07 | 2013-12-27 | Закрытое акционерное общество "КОТЭС" | DYNAMIC BOILER BURNING DIAGRAM BY WATER-COAL FUEL |
| RU2505748C1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-01-27 | Константин Андреевич Федоров | Method for lighting-up and maintaining stable combustion in boiler units using coal-water fuel |
-
2021
- 2021-06-30 RU RU2021119314A patent/RU2769293C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2210700C2 (en) * | 2001-07-13 | 2003-08-20 | Институт теплофизики СО РАН | Method of plasma ignition of pulverized coal fuel |
| RU2468294C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-11-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Preparation method of disperse water-fuel mixture, and boiler plant with preparation and combustion systems of above mentioned mixture |
| RU2498159C1 (en) * | 2012-05-17 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Сибтехэнерго" - инженерная фирма по наладке, совершенствованию технологий и эксплуатации электро-энергооборудования предприятий и систем | Method to burn pulverised fuel |
| RU2505748C1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-01-27 | Константин Андреевич Федоров | Method for lighting-up and maintaining stable combustion in boiler units using coal-water fuel |
| RU136131U1 (en) * | 2013-05-07 | 2013-12-27 | Закрытое акционерное общество "КОТЭС" | DYNAMIC BOILER BURNING DIAGRAM BY WATER-COAL FUEL |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rosocha et al. | Plasma-enhanced combustion of propane using a silent discharge | |
| US9732299B2 (en) | Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux | |
| US20050208442A1 (en) | Fuel combustion device | |
| US20150259220A1 (en) | Liquid Vaporization Systems and Methods of Use | |
| RU2410603C1 (en) | Device of plasma ignition of dust-coal fuel | |
| CN101158321A (en) | A low-temperature plasma non-thermal ignition flame stabilization device | |
| Korolev et al. | Plasma-assisted combustion system based on nonsteady-state gas-discharge plasma torch | |
| RU2769293C1 (en) | Method for igniting and stabilizing the combustion of water-coal fuel in installations for the disposal of high-moisture waste using low-temperature non-equilibrium plasma and a device for its implementation | |
| Korolev et al. | Plasma-assisted combustion system for incineration of oil slimes | |
| Matveev et al. | Guest editorial classification of plasma systems for plasma-assisted combustion | |
| RU2210700C2 (en) | Method of plasma ignition of pulverized coal fuel | |
| Jose et al. | Review on performance of high energy ignition techniques | |
| Jahromi et al. | Numerical study of exhaust chemical composition in a methane DBD plasma actuator under different operating conditions | |
| Bechane et al. | Large Eddy Simulations of turbulent flame ignition by Nanosecond Repetitively Pulsed discharges | |
| RU2128408C1 (en) | Plant for no-oil starting of pulverized-fuel boiler and illumination of flame pattern | |
| RU2448300C2 (en) | Method for efficient combustion of fuel and device for its realisation | |
| RU2704178C1 (en) | Flare combustion device | |
| Shibkov et al. | Combined MW-DC discharge in a high speed propane-butane-air stream | |
| RU2726023C1 (en) | Method for flare combustion of fuel-air mixture and device for implementation of method | |
| RU2687544C1 (en) | Hydrocarbons in the ionized air stream combustion method | |
| RU2812313C2 (en) | Method of plasma ignition of hard-flammable fuel-air mixtures and burner device for its implementation when starting boiler | |
| RU187848U1 (en) | THREE PHASE AC PLASMA GENERATOR | |
| Isakaev et al. | Effect of the opening angle of the gas-discharge path on the power efficiency of a plasmatron | |
| RU2731139C1 (en) | Flare combustion method of fuel-air coal mixture and device for implementation of method | |
| RU2769172C1 (en) | Steam plasma burner device with in-cycle gasification of fuel |