Устройство подготовки окислителя для сжигания топлива

005632 Область техники Предложенное изобретение касается теплоэнергетики и может быть использовано при сжигании топлива. Изобретение направлено на энергосбережение и на защиту окружающей среды. Предшествующий уровень техники Известно устройство, которое включает в себя электрод в виде стержня, соединенного с источником переменного тока и источником высоковольтного импульсного напряжения (Патент России 2058510, F24F 3/16, опубл. 20.04.96 г.). Такая конструкция подготовки окислителя позволяет увеличить электронную эмиссию и получить газовый разряд при электрическом напряжении в несколько десятков киловатт вместо сотен и тысяч. Недостатком этой конструкции является ее сложность и энергоемкость. Известно также устройство, которое включает в себя электроды в виде стержней, соединенных с источником электрического напряжения и расположенных в стенах исходного патрубка горелки (Авторское свидетельство СССР 1048245, F23D 13/44, опубл. 15.10.83 г.). Однако следует отметить, что при такой конструкции ионизация окислителя осуществляется в газовом разряде, что требует более высокого напряжения, причем в условиях запыленной среды газовый разряд нестойкий и может привести к осложнениям при эксплуатации. Раскрытие изобретения Наиболее близким к технической сути заявляемого изобретения является устройство, которое содержит электрод в виде решетки, которая установлена в трубопроводе окислителя и электрически изолирована от стен трубопровода окислителя (Патент Украины 24193 A, F23C 11/00 опубл. 07.07.98 г.). Однако использование этого устройства не дает возможности достичь желательной глубины ионизации воздуха (окислителя) и равномерного распеределения ионизированных частиц по сечению потока окислителя, а также максимальной интенсификации горения топлива. В основу изобретения поставлена задача разработки такого устройства подготовки окислителя для сжигания топлива, которое могло бы максимально интенсифицировать процесс горения топлива, снизить количество подаваемого воздуха и количество отходящих газов путем установки истекателей электрических зарядов на решетке электрода, обостренные концы которых направлены по ходу следования потока окислителя, что дает возможность снизить количество выбросов вредных веществ в окружающую среду и повысить коэффициент полезного действия тепловых агрегатов. Поставленная задача решается тем, что в устройстве подготовки окислителя для сжигания топлива,которое содержит электрод в виде решетки, установленной в трубопроводе окислителя и электрически изолированной от стен трубопровода окислителя, предусмотренны следующие отличия: решетка электрода оборудована истекателями электрических зарядов, установленными перпендикулярно полотну решетки; длина истекателей электрических зарядов составляет преимущественно 60-120 мм; истекатели электрических зарядов жестко закреплены тупыми концами в узлах пересечения продольных и поперечных токопроводников решетки; заостренные концы истекателей электрических зарядов направлены по ходу следования потока воздуха. На электрод в виде решетки с истекателями электрических зарядов подается постоянное электрическое напряжение величиной 20-25 кВ. Заряженная решетка создает в воздуховоде неоднородное электрическое поле, через которое проходит воздух от нагнетательного дутьевого вентилятора к горелкам топлива теплового агрегата. Вследствие прохождения воздуха через электрическое поле происходит его ионизация. При этом кислород, содержащийся в воздухе и используемый как окислитель при горении, активизируется. Активизированные заряженные частицы кислорода стекают с острия истекатей электрических зарядов, равномерно распределяются по всему сечению движущегося потока окислителя, захватываются им и уносятся к топливному устройству. Степень ионизации окислителя определяется величиной тока утечки (Iут) и зависит от высоты истекателей электрических зарядовIут = 3,5 мА Эти замеры показывают, что наиболее эффективно процесс ионизации проходит при длине истекателей электрических зарядов 60-120 мм. При длине истекателей электрических зарядов меньше 60 мм величина утечки тока уменьшается и степень ионизации окислителя оказывается недостаточной для интенсификации процесса окисление топлива.-1 005632 Увеличение длины истекателей электрических зарядов больше чем 120 мм нецелесообразно, так как при всех постоянных параметрах ведения процесса сжигания топлива и с учетом времени жизни заряженных частиц, величина утечки тока остается приблизительно постоянной. Активизированный кислород, содержащийся в воздухе и используемый как окислитель при горении, интенсифицирует реакции горения, содействует более полному выгоранию горючих составных топлива, уменьшает объем окислителя (воздух), необходимого для сжигания одинакового количества топлива по сравнению с обычными условиями, увеличивает температуру горения и сокращает длину факела,что приводит к интенсификации лучистой теплоотдачи. Это положительно сказывается на повышении коэффициента полезного действия тепловых агрегатов. Уменьшение же количества окислителя (воздух) приводит к уменьшению потерь тепла с уходящими газами. А в связи с тем, что уменьшается количество воздуха, подаваемого на горение, соответственно уменьшается и количество отводящихся в атмосферу дымовых газов и, как следствие, сокращается потеря тепла. Следовательно, при неизменном содержании(в процентном отношении) в уходящих газах вредных веществ, их валовый выброс в атмосферу сокращается. Кроме того, в промышленных печах, требующих направленного теплообмена от факела к тепловоспринимающей поверхности, в случае наложения электрического поля факел будет плотнее прижиматься к поверхности нагрева. Электризованные частицы топлива будут приближаться к заземленной поверхности нагрева и создавать возле нее высокотемпературную зону, что дает некоторое приращение кинетической энергии факела. В результате, для выработки единицы тепла необходимо сжечь топлива меньше, чем его потребовалось бы в обычных условиях. Все это приводит к повышению коэффициента полезного действия тепловых агрегатов и в итоге к экономии топлива. Эффект будет более высокий, если решетка-электрод будет установлена непосредственно перед сжигателем топлива. Таким образом, анализ выявленных отличительных существенных признаков заявляемого устройства показал, что такие признаки или похожие с ними по проявлению таких же свойств, что и в заявляемой совокупности, в известных технических решениях не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии совокупности признаков заявляемого устройства критерию "существенные отличия" и достаточна для достижения технического результата, обеспечиваемого изобретением. Краткое описание чертежей Сущность изобретения поясняется подробным описанием примера его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж, где схематически представлено предлагаемое устройство. Лучший вариант осуществления изобретения На чертеже показано заявляемое устройство, установленное в воздуховоде. Устройство подготовки окислителя для сжигания топлива включает металлическую решетку - электрод 1, установленную внутри воздуховода 2, отделенную от стенок воздуховода 2 керамическими проходными изоляторами 3. В точках пересечения продольных 4 и поперечных 5 токопроводников электрического заряда установлены истекатели 6 электрических зарядов. Электрическое напряжение на электрод 1 подается от источника питания 7 через проходной керамический изолятор 3. Работает предлагаемое устройство следующим образом. Воздух, содержащий окислитель, подается по воздуховоду 2 в сжигатель топлива (на чертеже не показан). В воздуховоде 2 окислитель проходит через электрод, выполненный в виде металлической решетки 1, изготовленной из продольных 4 и поперечных 5 токопроводников электрических зарядов, жестко закрепленных в точках пересечения токопроводников истекателей электрических зарядов 6. На электрод 1 подается через проходной керамический изолятор 3 электрическое напряжение величиной 20-25 кВ. Решетка заряжается и создает в воздуховоде неоднородное электрическое поле, под влиянием которого проходящий через электрод окислитель активизируется до образования атомарного кислорода и становится более сильным окислителем, чем молекулярный. При этом мощность выпрямителя, используемого для получения необходимого напряжения,не превышает 20 Вт. Работа устройства подготовки окислителя для сжигания топлива проверялась на котельных, установках разных предприятий Украины: "Черкасский приборостроительный завод", ВАТ "Донецкий металлургический завод" и др. В табл. 1 приведены сравнительные данные, которые подтверждают эффективность электрофизического влияния заявляемого устройства и прототипа на горение топлива. где 708097 - производство тепла котлами БКЗ (Гкал/год);- 8000 - калорийность естественного газа, Ккал/м 3. Приведенные экспериментальные данные наглядно демонстрируют преимущество заявляемого изобретения в сравнении с прототипом: повышается коэффициент полезного действия теплового агрегата; экономится природный газ, электрическая энергия. В табл. 2 приведены данные испытаний и расчетов по снижению температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха за котлом при включенном устройстве ионизации воздуха по прототипу и по заявляемому изобретению. Результаты экспериментальных исследований (табл. 2) также показывают преимущество заявляемого устройства: снижается нагрузка на дымосос, дутьевой вентилятор, сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу, увеличивается выработка пара и др. Промышленная применимость Таким образом, по данным табл. 1 и 2 можно сделать вывод, что совокупность существенных признаков заявляемого устройства полностью способна решить поставленную задачу и, кроме того, заявленное устройство является простым в изготовлении, отличается стабильностью и надежностью в работе. Заявляемое устройство способно более интенсивно осуществлять процесс горения топлива за счет более глубокой ионизации окислителя, что дает возможность сократить затраты топлива в котельных установках ТЭС в среднем на 0,5-1,5%; в котельных установках ТЕЦ промышленных предприятий - на 2,5-3%; повысить коэффициент полезного действия тепловых агрегатов ТЭС на 0,5-1,0%, тепловых агрегатов ТЕЦ промышленных предприятий и промышленных котельных на 2,0-3,0%; снизить валовой выброс вредных веществ в атмосферу в среднем на 8-12%. Эти данные показывают, что заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить новый, более высокий положительный эффект. Предложенное устройство технически легко изготовить с помощью известного оснащения и использования известных технологий и доступных материалов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство подготовки окислителя для сжигания топлива, содержащее решетку-электрод, электрически изолированную от стен трубопровода окислителя, отличающееся тем, что решетка-электрод снабжена истекателями электрических зарядов, выполненными в виде отрезков проводников, тупой конец которых жестко закреплен в узловых пересечениях продольных и поперечных токопроводников решетки, а заостренные концы направлены по ходу следования потока окислителя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый истекатель электрических зарядов установлен перпендикулярно полотну решетки. 3. Устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что длина отрезков проводников составляет 60-120 мм.