Характеристика и описание мазутных форсунок

Качество распыливания зависит не только от конструктивных характеристик самих форсунок, но и от вязкости, плотности и поверхностного натяжения топлива. Последние три параметра зависят от температуры жидкого топлива: ее повышение улучшает распыливание.

В энергетических котлах сжигаются в основном мазуты М40 и М100. Минимальная температура мазута, поступающего в форсунку для распыливания, определяется предельным значением кинематической вязкости топлива 16 х 10 ⁶ м²/с (16 мм²/с) или 2,5 ВУ. Для мазута М40 минимальная температура составляет 120 °С, для мазута М100 - 133 °С.

На энергетических паровых котлах применяются следующие типы форсунок:
- механические одноступенчатые;
-механические двухступенчатые;
- механические с обратным сливом;
- паромеханические.

Ранее достаточно широко применялись также паровые форсунки, особенно в качестве растопочных на пылеугольных котлах. Основные параметры и требования к показателям качества форсунок регламентируются ГОСТ 23689.

Выбор форсунки того или иного типа определяется условием ее работы и требованиями к топочному процессу конкретного котла.

Наибольшее распространение в настоящее время получили паромеханические форсунки, которые обеспечивают достаточно тонкий распыл. При снижении производительности до 25 % номинальной резкого увеличения размеров капель не наблюдается, а с увеличением давления пара они уменьшаются во всем диапазоне изменения нагрузки. Угол раскрытия топливного потока α_ф при снижении нагрузки изменяется мало.

Расход пара на распыливание составляет 2 % массы мазута при номинальной производительности. Давление пара при этом 0,3…0,4 МПа.

Ресурс работы нормализованных форсунок составляет 8000 ч при изготовлении распылителей из вольфрамокобальтовой или железохромистых композиций; 4000 ч - из железохромистых композиций и 1500…2000 ч - из стали 30 х 13 с закалкой 45…50 HRC.

В механических центробежных одноступенчатых форсунках энергия для дробления струи топлива обеспечивается потенциальной энергией топлива (давлением его перед форсунками), а угол распыливания - степенью закрутки топлива в камере завихривания форсунки. Дисперсность (тонина) распыливания тем выше, чем больше давление топлива перед форсункой. Расход топлива через форсунку определяется квадратичной зависимостью от давления.

Указанные особенности рабочего процесса приводят к тому, что при допустимом максимальном размере капель для обеспечения выгорания топлива в условиях топочных камер энергетических котлов нижний предел давления при регулировании расхода топлива должен быть не ниже 1…1,5 МПа (меньшее значение для более легких топлив).

Это означает, что механические центробежные одноступенчатые форсунки несмотря на их простоту и минимальные затраты энергии на распыливание топлива при принятом в отечественной энергетике номинальном давлении топлива 3,5 МПа могут применяться в условиях, когда не требуется коэффициент рабочего регулирования более 1,7…2.

Механические двухступенчатые форсунки являются блоком двух последовательно расположенных одноступенчатых форсунок. Закономерности распыливания у них типичные для одноступенчатых механических форсунок, но каждая из них рассчитывается только на часть номинального расхода при номинальном давлении топлива.

Благодаря этому можно получить коэффициент регулирования форсунки около 3, включая на частичных малых нагрузках котла только одну ступень, а на больших нагрузках обе ступени. К числу известных недостатков таких форсунок относится некоторое усложнение подачи топлива к форсункам, а также различный угол распыливания на больших и малых нагрузках.

Механические форсунки с обратным сливом являются вариантом одноступенчатой механической форсунки и отличаются от нее режимом работы камеры завихривания. На всех нагрузках в пределах регулирования подача топлива осуществляется под постоянным (номинальным) давлением. Благодаря этому скорость истечения топлива через дозирующие каналы и в камере завихривания форсунки сохраняется практически постоянной, а следовательно, дисперсность распыливания также изменяется мало.

Необходимый расход топлива в топку обеспечивается сливом части топлива через сливное отверстие в камере завихривания. Регулирование расхода осуществляется дросселированием сливного тракта. Коэффициент рабочего регулирования принципиально может быть достигнут больше указанного, однако при этом необходимо обеспечить малое гидравлическое сопротивление сливного тракта за счет увеличения диаметра труб и сокращения расстояния до места слива топлива в емкость. Кроме усложнения схемы мазутопроводов другим недостатком форсунок с обратным сливом является изменение угла распыливания в зависимости от нагрузки.

Паромеханические форсунки представляют собой комбинацию одноступенчатой механической форсунки с паровой ступенью (по существу то же одноступенчатой паровой форсункой), струи которых взаимодействуют на выходе из форсунки. За счет кинетической энергии паровой струи осуществляется дополнительное дробление крупных капель топлива. Как правило, расход пара составляет 2...5 % номинального расхода топлива.

Такое небольшое количество пара практически не оказывает существенного влияния на дисперсность распыливания на режимах с расходом топлива 100.70 %. Однако при дальнейшем снижении расхода топлива (особенно ниже 50 %) влияние паровой ступени на дисперсность распыливания прогрессивно возрастает.

Хорошо отработанные конструкции паромеханических форсунок могут обеспечить коэффициент рабочего регулирования до 10. Благодаря этому паромеханические форсунки в настоящее время нашли наиболее широкое применение на газомазутных котлах, несмотря на некоторые экономические потери за счет потерь пара.

На рис. 2.4.27 показаны форсунки, получившие распространение на энергетических котлах.

Рис. 2.4.27. Схемы форсунок энергетических котлов: а - механическая нормализованная; б - механическая с обратным сливом; в - двухступенчатая ВТИ-БЭРН; г - паромеханическая нормализованная

Нормализованные механические и паромеханические форсунки изготовляют с распы- ливающими элементами из износостойкой стали или методом порошковой металлургии из вольфрамовых, карбидтитановых или железохромистых композиций (рис. 2.4.28).

Рис. 2.4.28. Распыливающие элементы нормализованной форсунки, изготовленные различными методами: а - из износостойкой стали; б - порошковой металлургией

Двухступенчатая форсунка ВТИ по существу состоит из двух соосно расположенных форсунок. Каждая ступень имеет самостоятельные подводы топлива и распыливающие элементы, состоящие из камер завихривания, тангенциальных каналов и сопл. При малых нагрузках топливо подается через центральную ступень, при полной - через обе ступени.

Нормализованные паромеханические форсунки выбираются в соответствии с требуемой производительностью, давлением топлива перед форсункой и давлением распыливающего пара. Давление пара на продувку составляет 0,5...0,6 МПа, его температура 200…250 °С.

Список литературы: 1. Методические указания по проектированию топочных устройств энергетических котлов / Под ред. Э.Х. Вербовецкого и Н.Г. Жмерика, СПб., 1996. 270 с.

2. Ахмедов Р.Б. Дутьевые газогорел очные устройства. М.: Недра, 1977. 272 с.
3. Иванов Ю.И. Газогорелочные устройства. М.: Недра, 1970. 375 с.

4. Ахмедов Р.Б. Основы регулирования топочных процессов. М.: Энергия, 1967. 250 с.
5. Спейшер В.А. Сжигание газа на электростанциях и в промышленности. М.: Энергия, 1967. 250 с.

6. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1987. 312 с.
7. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. Л.: Недра, 1987. 336 с.

8. Внуков А.К. Надежность и экономичность котлов для газа и мазута. Л.: Энергия, 1966. 368 с.
9. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котов. Л.: Недра, 1989. 304 с.