Silové elektrické zapojenie plazmatronu s ionizačnou jednotkou

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka systému silového zapojenia plazmatrónu s ionizačnou jednotkou, najmä pre transformáciu, usmemenie, reguláciu a vyhladenie elektrického prúdu pre štart a prevádzku plazmatrónu, ochrany proti nebezpečnému dotyku, chladeniu komponent silového napájacieho systému a ich riadenie v usporiadaní pre prevádzku v ťažkých priemyselných podmienkach energoblokov.V súčasnosti sú využívané generátory nízkoteplotnej plazmy, tzv. plazmatróny, ktorých pracovným médiom ku tvorbe plazmy je intemý plyn, napríklad argón, dusík a pod. Používanie týchto intemých plynov vo väčšom množstve je však finančne náročné. To potom bráni efektívne aplikovať plazmatróny na spaľovacie zariadenia vo väčšom rozsahu. Preto boli a sú vyvíjané konštrukcie plazmatrónov, u ktorých by ako pracovné médium bol používaný vzduch a zároveň prídavné palivo, napríklad vo forme uholného prášku. U takto navrhnutých konštrukcií plazmatrónu je však nutné často pretesňovat ich dielce, dochádza u nich k havarijným stavom, spôsobených preniknutím chladiacej vody do priestoru medzi elektródy a následne k úplnému znehodnoteniu zariadenia. Súčasne až doteraz nebolo k tejto plazmovej technológii prispôsobené technické uskutočnenie a usporiadanie elektrického príslušenstva, najmä s ohľadom na požadované parametre spoľahlivosti funkcie zariadenia, bezpečnosti práce, ľahkosti prevádzkovej obsluhy a údržby a k účelnému monitorovaniu, vyhodnocovaniu a k autorizovanému riadeniu procesu plazmovej technológie.Uvedené nedostatky u známych plazmových technológii, najmä z hľadiska elektrického zapojenia a elektrického príslušenstva, odstraňuje silové elektrické zapojenia plazmatrónu s ionizačnou jednotkou podľa technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že v kaskádnom usporiadaní sa stáva z napájacieho uzla pre odber elektrickej energie o voliteľnej hladine elektrického napätia pre prevádzku aspoň jedného plazmatrónu a k nemu pripojeného výkonového a oddeľovacieho transformátoru s primámym vinutím prispôsobenému hladine elektrického napätia napájacieho uzla, ktorého potom sekundámemu vinutiu, s parametrami pre požadovanú výkonovú hladinu úžitkového typu plazmatrónu sú priradené prídavné elektrické prvky,najmä kompaktný vypínač pre zapínanie, vypínanie a istenie systému silovej časti elektrického napájania plazmatrónu, na ktorého výstup je ďalej pripojený výkonový usmerňovač, v ktorého výstupnej katódovej vetve sú do série usporiadané štartovací rezistor a vyhladzovacia tlmivka s prepojením na katódu plazmatrónu, pričom k štartovaciemu rczistoru je paralelne pripojený prekleňovací tyristor a k svorkám elektród plazmatrónu je pripojená zapaľovacia ionizačná jednotka pre štartovanie plazmatrónu.Systém silového elektrického zapojenia plazmatrónu spĺňa dve základné požiadavky na prevádzku plazmatrónu a to požiadaviek na štart plazmatrónu, kedy má byť schopný ionizovat prostredie medzi elektródami plazmatrónu a vytvoriť prvotný vodivý plazmový stlpec a druhá požiadavka, kedy sa musí zaisťovať dodávka potrebnej elektrickej energie do plazmatrónu a jeho elektrického oblúku predané pracovné body v celom regulačnom rozsahu výkonu plazmatrónu, pričom uvedených účinkov a krokov možno podľa technického riešenia ľahko dosiahnut zapojením systému V riadiacom systéme pre automatickú prevádzku s vlastným riadiacim algoritrnom, ktorý je schopný úplne samostatne monitorovať, vyhodnocovať a riadiť celý proces plazmovej technológie, vrátane ochrán, ktoré sú schopne zasiahnuť pri ľubovoľnom deji, ktorý by mohol ohrozit plazmovú technológiu a pod. Ďalší účinok elektrického príslušenstva spoločne s novou konštrukciou plazmatrónu spočíva vo výrazne zlepšenej stabilite plazmového oblúku v celom regulačnom rozsahu.Výhodné sa javí podľa technického riešenia usporiadanie zapaľovacej ionizačnej jednotky pre štartovanie plazmatrónu, ktorá jednoducho pozostáva z bloku napájania,spinacej jednotky, vysokonapäťového budiaceho transformátora, spínacieho iskrišťa, výstupného transformátora a výstupného filtra ku galvanickému oddelenia od silovej časti elektrického napájania plazmatrónu. Žiadna časť tohto elektrického zariadenia a systému silového elektrického zapojenia plazmatrónu neobsahuje prvky chladené vodou (s výnimkou samotného plazmatrónu), viaceré zariadenia sú s prirodzeným okolitým vzduchom. Spôsob zapojenia jednotlivých komponentov silového napájacieho systému plazmatrónu je unikátne V jeho radení jeho jednotlivých komponentov za sebou. Celý systém silového napájania je vyvinutý pre prevádzku V ťažkých priemyselných podmienkach energoblokov, s náležitým krytím z hľadiska požiadaviek na bezpečnost práce.Silové elektrické zapojenie plazmatrónu s ionizačnou jednotkou možno s výhodami rôzne modifikovať a aplikovat pre viacnásobné použitie plazmatrónu na jednom kotli a jeho horákoch. V základe každý z plazmatrónov môže byť separátne pripojený na individuálny a úplný systém silového elektrického zapojenia. Každý výkonový a oddeľovací transfonnátor môže však obsahovať dve výstupné sekundáme vinutia, kedy potom každé z nich je na výstupe samostatne opatrené prídavnými elektríckými prvkami silového elektrického zapojenia pre každý jemu z priradených plazmatrónov. Toto riešenie je ekonomicky priaznivejšie a zároveň nijak neobmedzuje riadenie každého plazmatrónu zvlášť. Tiež aspoň jeden výkonový a oddeľovací transformátor môže byť na výstupe svojho sekundárneho vinutia opatrený pripínačom pre voliteľné separátne napájanie väčšieho počtu plazmatrónov cez prídavné elektrické prvky silového elektrického zapojenia a pod.Prehľad obrázkov na výkresochĎalšie výhody a účinky technického riešenia sú ďalej uvedené z nasledujúceho popisu a z pripojených obrázkov,kde značí obr. l blokovú schému silového elektrického zapojenia plazmatrónu, obr. 2 blokovú schému zapaľovacej ionizačnej jednotky pre štartovanie plazmatrónu, obr. 3 riešenie silového elektrického napájania plazmatrónu pri ich viacnásobnom použití na jednom kotli a jeho horákoch, kedy každý plazmatrón má pre svoju prevádzku vlastnú kompletnú napájaciu vetvu, vyvedenú z individuálneho výkonového a oddeľovacieho transformátora, obr. 4 riešenie silového elektrického napájania plazmatrónu pri ich viacnásobnom použití na jednom kotli a jeho horákoch, kedy každý výkonový a oddeľovací transformátor má dve výstupné sekundárne vinutia pre napojené separátne napájacie vetvy pre plazmatróny.Príklad uskutočnenia technického riešeniaPre správnu schopnost funkcie plazmovej technológie je potrebné, aby každý plazmatrón 1 mal svoj príslušný systém silového elektrického zapojenia, poťažmo systém elektrického napájania. Systém silového elektrického zapojenia plazmatrónu 1 musi splniť dve základné požiadavky na prevádzku plazmatrónu 1 a to po prvé zaistiť štart plazmatrónu 1, teda byť schopný ionizovat prostredie medzi elektródami plazmatrónu 1 a vytvoriť prvotný vodivý plazmový stlpec a po druhé zaistiť dodávku potrebnej elektrickej energie do plazmatrónu 1 a jeho elektrického oblúku pre dané pracovné body V celom regulačnom rozsahu výkonu plazmatrónu l.Systém silového elektrického zapojenia pre samostatné napájanie plazmatrónu 1 pozostáva z prvej podstatnej časti,ktorou je napájací uzol 2. Jedná sa o pripojovacie miesto, z ktorého je odoberané potrebné množstvo elektrickej energie pre prevádzku aspoň jedného plazmatrónu 1. Z tohto prípojného miesta je odobcraná elektrická energia o priemyselnej frekvencii 50 Hz a voliteľnej hladine napätia. Charakteristika napájacieho uzla 2 je daná, resp. limitovaná možnosťami stávajúceho energetického zariadenia prevádzok (elektráreň, tepláreň), v ktorých má byť plazmová technológia užívaná. Preto je výhodné použit prípojné miesto napájacieho uzla 2 pre ľubovoľnú napäťovú hladinu. Pre takto danú hladinu napätia musi však byt uspôsobená primárna strana výkonového a oddeľovacieho transformátora 3.Uvedený výkonový a oddeľovací transformátor 3, tvoriaci dôležitú časť, slúži k prevodu elektrickej energie z jednej napäťovej hladiny prípojného miesta napájacieho uzla 2 na druhú napäťovú hladinu. Táto druhá napäťová hladina sekundámej strany je presne definovaná pre danú výkonovú hladinu úžitkového typu plazmatrónov 1. Primáma strana výkonových napájacích a oddeľovacích transformátorov 3 je variabílná podľa napäťovej hladiny použitého napájacieho uzla 2. K sekundámej strane výkonového a oddeľovacieho transformátora 3 sú priradené prídavné elektrické prvky, ako kompaktný vypínač 4, určený pre zapínanie, vypínanie a istenie systému silovej časti elektrického napájania plazmatrónov l. Na výstup tohto kompaktného vypinača 4 je pripojený usmerňovač 5 pre usmemenie striedavého trojfázového napätia sekundámej strany výkonového a oddeľovacieho transfomiátora 3, ktorý je vytvorený v uskutočnení trojfázového poloriadeného mostíka skladajúceho sa z troch výkonových tyristorov 6 a troch výkonových diód 7. Riadiace a regulačné vlasmosti tohto výkonového usmerňovača 5 sú špeciálne uspôsobené pre napájanie plazmatrónu 1 s presne danou voltampérovou charakteristikou, riadenou špecifickým bližšie neopisovaným spôsobom. Ďalej je výkonový usmerñovač 5 vybavený systémom neznázomených ochrári, napäťových a prúdových, ktoré zaisťujú bezpečný chod a prevádzku celého systému silového elektrického napájania plazmatrónu 1.Pre spoľahlivý a bezpečný štart plazmatrónu 1, pri zapaľovaní jeho elektrického oblúku je využívaný štartovaci rezistor 8, ktorý je použitý len v dobe štartovacej procedúry. Samotný štartovací rezistor 8 je vytvorený na báze liatinového odpomíka s prirodzeným chladením okolitým vzduchom a je odolný proti krátkodobýrn skratovým prúdom. Po samotnom štarte je tento štartovaci rezistor 8 vyradený z činností a ďalej potom už nespôsobuje zvýšenie prídavných elektrických strát na silovej napájacej katódovej vetve 9 pre plazmatron 1. To je efektívne docielené tým, že v napájacej katódovej vetve 9 je k štartovaciemu rezistoru 8 paralelne pripojený prekleñovací tyristor 10, ktorý poukončení režimu štartu plazmatronu l sa riadené otvorí a zostane potom takmer bezodporovo otvorený po celú dobu výkonového chodu plazmatrónu 1. Prekleňovací tyristor 10 je konštruovaný s núteným chladeným vzduchom.Pre správny chod plazmatrónu 1 slúži ďalej vyhladzovacia tlmivka 11 k nevyhnumému vyhladeniu rovnakosmemého prúdu pre plazmatrón 1 a tým teda i k zaisteniu jeho spoľahlívého chodu. Vyhladzovacia tlmivka 11 je navrhnutá tak, aby túto činnosť zaistíla v celom pracovnom a regulačnom rozsahu výkonu plazmatronu 1. Tento elektrický prvok je zapojený po celú dobu činnosti plazmatrónu 1. Vyhladzovacia tlmivka 11 je uskutočnená s prirodzeným chladeným vzduchom a nevyžaduje pre svoju prevádzku žiadne ďalšie média a ani zvláštnu údržbu.Paralelne k svorkám plazmatronu 1 je podľa technického riešenia pripojená zapaľovacia ionizačná jednotka 12 pre štartovanie plazmatrónu 1, ktorá podľa obr. 2 pozostáva z bloku napájania 13, spínacej jednotky 14, vysokonapäť vého budiaceho transformátora 15, spínacieho iskrišťa 16,výstupného transformátora 17 a výstupného tiltra 18 ku galvanickému oddeleniu od silovej častí elektrického napájania plazmatronu 1.Zapaľovacia ionizačná jednotka 12 je vysokonapäťový a vysokofrekvenčný zdroj, ktorý slúži pre prvotnú ionizáciu plazmatvomého vzduchu pre plazmatrón 1. Základnou úlohou tejto zapaľovacej íonizačnej jednotky 12 je vytvorit elektrické napätie definovanej hodnoty a frekvencie potrebného k vytvoreniu iskrového výboja vo vzduchovej medzere medzi bližšie neznázomenou katódou a anódou plazmatrónu 1 a to o takom výkone a tvare, aby tento iskrový výboj zaistí ínicializáciou vlastného pracovného stĺpca plazmatu oblúku k horeniu medzi uvedenými elektródami plazmatrónu už ďalej len za prítomnosti silového napájacieho rovnakosmerného napätia zo systému silového elektrického napájania plazmatrónu 1 opísaného.Ionizačná jednotka 12 má naznačené čiastkové elektrické časti umiestnené v jednej samostatnej rozvádzačovej skrini a je uskutočnená vysokým krytím proti prenikaniu vody a cudzích telies, čím je možné ju bežne umiestniť v ťažkých priemyselných prevádzkach priestor energoblokov.Vstupná časť íonizačnej jednotky 12 tvorená blokom napájania 13 slúži ku galvanickému oddeleniu íonizačnej jednotky 12 od napájacej siete a zároveň zaisťuje dodávku elektrickej energie pre ďalšie jednotlivé obvody íonizačnej jednotky 12.Spínacia jednotka 14 je určená pre formovanie priebehu budiaceho prúdu primámej strany vysokonapäťového budiaceho transformátora 15. Pomocou tejto spínacej jednotky 14 sa nastavujú požadované vlasmosti iskrového výboja a to jeho celková doba a počet výbojov.Vysokonapäťový budiaci transformátor 15 slúži k vytvoreniu potrebného vnútomého vysokého napätia zdroja pre budenie vysokonapäťového oscilátora spínacieho iskrišťa 16 a ku galvanickému oddeleniu tohto vysokého napätia od napájacej siete.Spinacie iskrište 16 slúži k nastaveniu a formovaniu tvaru iskrového výboja a to celkovej energie iskry a ďalej parametre napätia iskrového výboja. Obsahuje základné elektrické časti vysokonapäťového oscilátora, ako vysokonapäťový kondenzátor, primáme vinutie vysokonapäťového výstupného transformátora a uvedené spínacie iskrište 16.Výstupný transformátor 17 slúži k prevodu vysokonapâťového prúdového signálu, vyvolaného oscilačným obvodom spinacieho iskrišťa 16 na výstupné napätie potrebné pre inicializáciu iskrového výboja vo vzduchovej medzere plazmatrónu 1 medzi jeho elektródami.Výstupný filter 18 slúži k oddeleniu výstupu ionizačnej jednotky 12 od silového pracovného napätia pre plazmatrón l zo systému silového elektrického napájania plazmatrónu 1.Praktické aplikácie silového elektrického napájania plazmatrónov pri ich viacnásobnom použití na jednom kotli a jeho horákoch sú nasledujúcePrvé z riešení silového elektrického napájania plazmatrónov l, pri ktorých viacnásobnom použití na jednom kotli 20 resp. u jednej spaľovacej komory a ich horákoch 21(obr. 3), je založené na tom, že každý plazmatrón 1 je separátne pripojený na úplne autonómny individuálny systém silového elektrického napájania, obsahujúceho všetky elektrické prvky opísané.Druhé riešenie silového elektrického napájania plazmatrónov 1 pri ich viacnásobnom použití na jednom kotli 20 a ich horákoch 21 (obr. 4), je založené na tom, že každý výkonový a oddeľovací transformátor 3 má dve výstupné sekundárne vinutia 30, 31, z nich sú ďalej vyvedené pokračujúce napájacie vetvy opatrené elektrickými prvkami pre plazmatróny 1, ako sú podľa obr. l znázomené a V súvislosti s ním opísané.Tretí a posledný, avšak neznázomený variant silového elektrického napájania plazmatrónov l spočíva V tom, že jeden výkonový a oddeľovací transformátor 3 a k nemu ďalej pripojený systém silového napájania je využitý pre n-plazmatrónov 1, u ktorých sa nevyžaduje súčasný chod. Napájanie každého plazmatrónu 1 z tohto jedného systému silového elektrického napájania je potom realizované pomocou prepínačov, napríklad prepinačmi typu vypínačov 4.Silové elektrické napájanie plazmatrónov a priradená ionizačná jednotka je univerzálne príslušenstvo, najmä pre zariadenie k aktivácii uhoľnej primámej zmesi a v spojení s plazmovými horákmi ja použiteľné v energetike a teplárenstve pre spustenie a stabilizáciu uhoľných energoblokov,teda pre každý práškový kotol a kedy je inak významné použiť plazmatróny ako dostatočný zdroj tepla pri likvidácii nebezpečných látok pri termickom zneškodňovaní odpadov a nebezpečných látok, pri výrobe vykurovacích plynov,splyňovaní látok a u všetkých iných technologických aplikácií, spojených s nutnosľou dosiahnutia vysokých teplôt.l. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (1) 5 ionizačnou jednotkou (12), v y z n a č uj ú c e s a t ý m , že V kaskádovom usporiadaní pozostáva z napájacieho uzla (2) pre odber elektrickej energie o voliteľnej hladine elektrického napätia pre prevádzku minimálne jedného plazmatrónu (l) a k nemu pripojeného výkonového a oddeľovacieho transformátora (3) s primámym vinutim prispôsobeným vstupnej hladine elektrického napätia, k jeho potom sekundámemu vinutiu, s parametrami pre požadovanú výkonovú hladinu úžitkového typu plazmatrónu (l),sú priradené prídavné elektrické prvky, najmä kompaktný vypínač (4) pre zapínanie, vypínaníe a istenie silovej častielektrického napájania plazmatrónu (1), na ktorého výstup je ďalej pripojený výkonový usmerňovač (5), v jeho výstupnej katódovej vetve (9) sú do série usporiadané štartovací rezistor (8) a vyhladzovacia tlmivka (l 1) s prepojením na katódu plazmatrónu (1), pričom k štartovacíemu rezistoru (S) je paralelne pripojený prekleňovací tyristor (10) a ku svorkám elektród plazmatrónu (l) je pripojená zapaľovacia íonizačná jednotka (12) pre štartovanie plazmatrónu (1).2. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (l) podľa nárokuhvyznačuj úce sa tým,žeparalelne k svorkám plazmatrónu (l) pripojená zapaľovacia ionizačná jednotka (12) pre štartovanie plazmatrónu (1), pozostáva z bloku napájania (13), spínacej jednotky (14), vysokonapäťového budiaceho trzmsformátora (15), spínacieho iskrišťa (16), výstupného transformátora (l 7) a výstupného filtra(18) ku galvanickému oddeleniu od silovej častí elektrického napájania plazmatrónu (l ).3. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (l) podľa nàrokuLvyznačujúce sa tým,ževýkonový usmerňovač (5) je usporiadaný v uskutočnení trojfázového poloriadeného mostika, skladajúceho sa z troch výkonových tyristorov (6) a troch výkonových diód (7).4. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (l) podľa nároku l, pri viacnásobnom použití plazmatrónov (l) na jednom kotli (20) a jeho horákoch (21), v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že každý plazmatrón (l)je separátne pripojený na individuálny a úplný systém silového elektrického zapojenia.5. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (l) podľa nároku l, pri viacnásobnom použití plazmatrónov (l) na jednom kotli (20) a jeho horákoch (21), v y z n a č u j ú c e s a tý m , že každý výkonový a oddeľovací transformátor (3) má dve výstupné sekundáme vinutia (30,31), z nich každé je na výstupe samostatne vybavené prídavnými elektrickýrni prvkami (4, 5, 9, 8, lO, ll, 12) silového elektrického zapojenia pre každý jemu z priradených plazmatrónov (l).6. Silové elektrické zapojenie plazmatrónu (l) podľa nároku l, pri viacnásobnom použití plazmatrónov (l) na jednom kotli (20) a jeho horákoch (21), v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že minimálne jeden výkonový a oddeľovací transformátor (3) je na výstupe svojho sekundárneho vinutia vybavený prepínačom pre voliteľné separátne napájanie väčšieho počtu plazmatrónov (l) cez prídavné elektrické prvky (4, 5, 9, 8, lO, ll, 12) silového elektrického zapojenia.

MPK / Značky

MPK: H05H 7/00

Značky: silové, plazmatronu, elektrické, zapojenie, ionizačnou, jednotkou

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-u4489-silove-elektricke-zapojenie-plazmatronu-s-ionizacnou-jednotkou.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Silové elektrické zapojenie plazmatronu s ionizačnou jednotkou</a>

Podobne patenty