Устройство розжига топки котла
Полезная модель относится к области энергомашиностроения и может быть использована при разработке запально-защитных устройств для автоматического розжига топки котлов тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе. В частности, предлагаемое техническое решение может быть включено в общую систему автоматического управления работой котлов, а также использоваться как самостоятельное бесконтактное устройство для розжига топки котла. Задачей полезной модели является разработка устройства для воспламенения топливной смеси на основе применения лазерного излучения, которое может быть использовано для розжига топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе. Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается тем, что в устройстве розжига топки котла, состоящем из лазерного источника излучения и оптической системы, содержащей световод и фокусирующий оптический элемент, согласно настоящей полезной модели, оптическая система снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, при этом первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, формирует фокальную точку в зоне розжига топки котла и имеет фокусное расстояние, определяемое по формуле F=L/2, где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла, а лазерный источник излучения выполнен в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, причем мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла. При этом фокусирующий оптический элемент может быть выполнен в виде или двояковыпуклой линзы, или двояковогнутой линзы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к области энергомашиностроения и может быть использована при разработке запально-защитных устройств для автоматического розжига топки котлов тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.
В частности, предлагаемое техническое решение может быть включено в общую систему автоматического управления работой котлов, а также использоваться как самостоятельное бесконтактное устройство для розжига топки котла.
Известны различные типы устройств, применяемых для розжига основной (растопочной) горелки котлов (см. Газовое оборудование, приборы и арматура: Спр. пособие / под ред. Н.И. Рябцева - 3-е изд., перераб-ое и доп-ое. - М.: Недра, 1985 г., с. 494-496 - прототип), содержащие высоковольтный электронный блок, искрообразователь и кнопку запуска искрообразователя.
Недостатком устройств этого типа, на наш взгляд, является сложная конструкция высоковольтного искрообразователя, требующая регулировки и настройки разрядного канала. С другой стороны, при высоком напряжении наблюдается обгорание электродов, увеличение канала разряда, что может нарушать регулярное искрообразование и приводить к сбоям розжига основной горелки.
Наиболее близким техническим решением является устройство для воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержащее лазер, оптический световод, фокусирующую линзу, блок синхронизации, связанный с усилителем мощности накачки лазера, при этом фокусирующая линза в верхней части через световод соединена с лазером (патент RU 
2436991, МПК F02P 23/04, 20.12.2011).
Недостатком известного устройства является невысокая светосила оптической системы, состоящей из оптического световода и одиночной фокусирующей линзы, которая обладает большими аберрациями, что не позволяет сконцентрировать энергию излучения лазера в малом объеме (фокальной точке) для достижения необходимой температуры воспламенения топливной смеси топки котла, и, тем самым, ограничивает функциональные возможности устройства.
Задачей полезной модели является разработка устройства для воспламенения топливной смеси на основе применения лазерного излучения, которое может быть использовано для розжига топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.
Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается тем, что в устройстве розжига топки котла, состоящем из лазерного источника излучения и оптической системы, содержащей световод и фокусирующий оптический элемент, согласно настоящей полезной модели, оптическая система снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, при этом первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, формирует фокальную точку в зоне розжига топки котла и имеет фокусное расстояние, определяемое по формуле
F=L/2,
где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла, а лазерный источник излучения выполнен в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, причем мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла.
При этом фокусирующий оптический элемент может быть выполнен в виде или двояковыпуклой линзы, или двояковогнутой линзы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема оптической системы предлагаемого устройства розжига топки котла с двояковыпуклой линзой, а на фиг. 2 - устройство розжига топки котла с двояковогнутой линзой.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - лазерный источник излучения (лазер),
2 - световод,
3 - фокусирующий оптический элемент,
4 - первое сферическое зеркало,
5 - второе сферическое зеркало,
6 - зона розжига топки котла.
Устройство розжига топки котла состоит из лазерного источника излучения (лазера) 1 и оптической системы, содержащей световод 2 и фокусирующий оптический элемент 3.
Предлагаемое устройство отличается тем, что его оптическая система снабжена первым 4 и вторым 5 сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси.
Первое сферическое зеркало 4 установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента 3.
Второе сферическое зеркало 5 является фокусирующим зеркалом, формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла и имеет фокусное расстояние, определяемое по формуле
F=L/2,
где L - расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала 5 до плоскости розжига топки котла.
Лазерный источник излучения 1 выполнен в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, причем мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны 6 розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла. Поскольку лазер 1 излучает пучок в инфракрасной области спектра, то оптические элементы устройства изготавливают из материала, прозрачного в этой области спектра. В качестве таких материалов служат германий, фтористый литий и другие типы материалов. При этом фокусирующий оптический элемент 3 может быть выполнен в виде или двояковыпуклой линзы, или двояковогнутой линзы. Следует также отметить, что в предлагаемом устройстве для розжига топки котла может быть реализована обратная связь в электронном канале наблюдения и слежения за наличием факела, и, в случае погашения факела, на блок питания лазера 1 должен поступить импульс запуска лазера.
Принцип действия устройства розжига топки котла заключается в следующем.
Узкий пучок излучения от лазера 1 непрерывного действия, излучающего в инфракрасной области спектра (например, лазер на CO2 с длиной волны излучения, равной 
=10,6 мкм.) поступает в фокусирующий оптический элемент 3, представляющий, например, двояковыпуклую линзу (расширитель пучка). Далее пучок с определенной апертурой поступает в систему сферических зеркал 4 и 5. Второе сферическое зеркало 5 формирует фокальную точку в зоне 6 розжига топки котла, т.е. пучок излучения с помощью второго сферического зеркала 5 фокусируется в плоскость растопочной горелки.
Фокусное расстояние зеркала 5 определяют по формуле:
F=L/2,
где L - расстояние от зеркала 5 до плоскости основной (растопочной) горелки топки котла.
При этом мощность излучения лазерного источника 1 выбирается такой, чтобы в фокальной точке зоны 6 розжига обеспечить температуру, равную температуре воспламенения (возгорания) газообразного топлива котла.
Таким образом, авторами впервые решена задача по разработке устройства для воспламенения топливной смеси на основе применения лазерного излучения в инфракрасной области спектра, которое может быть использовано для розжига топки котла тепловых электростанций, работающих на газообразном топливе.
1. Устройство розжига топки котла, состоящее из лазерного источника излучения и оптической системы, содержащей световод и фокусирующий оптический элемент, отличающееся тем, что оптическая система снабжена первым и вторым сферическими зеркалами, установленными вдоль оптической оси, при этом первое сферическое зеркало установлено за фокальной плоскостью фокусирующего оптического элемента, а второе сферическое зеркало является фокусирующим зеркалом, формирует фокальную точку в зоне розжига топки котла и имеет фокусное расстояние, определяемое по формуле
F=L/2,
где L- расстояние от главной плоскости второго сферического зеркала до плоскости розжига топки котла, а лазерный источник излучения выполнен в виде источника, излучающего в инфракрасной области спектра, причем мощность лазерного источника излучения в фокальной точке зоны розжига топки котла обеспечивает температуру, равную температуре воспламенения топлива топки котла.
2. Устройство розжига топки котла по п. 1, отличающееся тем, что фокусирующий оптический элемент выполнен в виде двояковыпуклой линзы.
3. Устройство розжига топки котла по п. 1, отличающееся тем, что фокусирующий оптический элемент выполнен в виде двояковогнутой линзы.
РИСУНКИ
