Топочные устройства для газа и мазута

Газомазутные горелочные устройства должны обеспечивать оптимальные условия для правильного смешения топлива с воздухом, горения смеси и передачи теплоты от факела к тепловоспринимающим поверхностям нагрева. К ним предъявляются следующие основные требования:

- длина горящего факела не должна превышать значения, определяемого размерами топочной камеры;

- значения коэффициента избытка воздуха должны выбираться такими, чтобы обеспечивалась минимальная потеря теплоты от химической неполноты сгорания, и при этом содержание токсичных и коррозионно-активных соединений в топочных газах не превышало предельно-допустимых значений;

- температурные и скоростные поля в различных сечениях топки должны быть максимально выровнены с тем, чтобы не было локальных перегревов экранных поверхностей нагрева, вызываемых постоянным омыванием факелом отдельных экранных труб котла или чрезмерным приближением факела к экрану.

Газовые горелки различаются по способу смешения сжигаемого газа с воздухом. Существуют следующие основные группы горелочных устройств.

К первой группе относятся горелочные устройства, газ и воздух в которых предварительно не смешиваются и подаются в топку раздельными потоками. От условий последующего смешения газа с воздухом в самом факеле зависит длина диффузионного факела, а также его светимость при сжигании богатых углеводородами газов.

Ко второй группе относятся горелочные устройства, которые обеспечивают поступление в зону горения потока газовоздушной смеси, содержащей весь необходимый для горения воздух, но конструкция (длина) смесителя обеспечивает только предварительное грубое смешение газа с воздухом. Последующее более тонкое смешение происходит одновременно с горением, т.е. в самом факеле.

К третьей группе относятся горелки, в которых весь воздух предварительно хорошо смешивается с газом в специальных смесителях до поступления в топку, а горение турбулентной газовоздушной струи происходит в сравнительно коротком, слабосветящемся факеле.

Кроме этих трех основных методов сжигания газа, применяется ряд промежуточных методов (например, сжигание газа в подовых, плоскопламенных и других горелках), отличающихся друг от друга степенью завершенности смешения газа с воздухом.

По способу подачи воздуха в топку различают горелки с принудительной подачей воздуха и инжекционные.

В горелках первого типа воздух для горения подается дутьевым вентилятором; в инжекционных горелках воздух поступает в топку в результате эжектирования (подсасывания) газовой струей и под влиянием разрежения в топке.

В зависимости от давления газа различают горелки низкого до 0,5 кПа, среднего от 0,5 до 30 кПа и высокого давления > 30 кПа. В зависимости от способа распыливания мазута форсунки бывают:

- механические (за счет давления мазута);

- паровые (за счет давления паровой струи);

- паромеханические;

- воздушные высоконапорные или низконапорные;

- ротационные (центробежные).

Совершенство конструкции любой форсунки оценивается по тонкости и однородности распыливания, которые форсунка может обеспечивать. Важным качеством является возможный предел регулирования форсунки, т.е. ее минимальная производительность, при которой сохраняется высокое качество распыливания.

К достоинствам ротационных форсунок можно отнести бесшумность в работе, широкий диапазон регулирования, а также экономичность их эксплуатации, так как расход энергии на распыливание значительно ниже, чем при механическом, паровом или воздушном распыливании. Недостатком механических форсунок является резкое ухудшение качества распыливания при снижении давления мазута до 1,0-1,2 МПа, что не позволяет снижать производительность форсунки более, чем до 75-80 % от номинальной. Регулирование нагрузки котла с механическими форсунками производится поэтому отключением или включением различного количества горелок. Такой способ регулирования работы котла исключает возможность постоянного поддержания в топочной камере минимальных избытков воздуха, необходимых для предотвращения образования окислов, определяющих скорость коррозии холодных конвективных поверхностей нагрева.

Паровые форсунки проще механических по конструкции и в обслуживании. Пределы регулирования паровых форсунок значительно выше, что является большим их достоинством, особенно для котлов, работающих с переменным графиком нагрузки. Однако, наряду с этими достоинствами, паровые форсунки имеют недостаток, заключающийся в большом расходе пара на распыливание, достигающем 2-3 % всего пара, вырабатываемого котлом. Кроме того, расширение паровой струи в форсунке сопровождается сильным шумом [11].

В последнее время получили распространение так называемые паромеханические форсунки, которые работают при умеренном давлении мазута 1,6 - 2,0 МПа. Обеспечение широкого диапазона регулирования такого типа форсунок (10 - 100 %) достигается сравнительно незначительным дополнительным расходом пара на распыливание (до 0,05 кг/кг мазута).

Распыливание мазута может также производиться воздухом достаточно высокого давления. Однако такого типа форсунки не получили большого распространения, так как в этом случае необходимо иметь специальные воздушные компрессоры, наличие которых неоправданно усложняет и снижает надежность эксплуатации котельных. В установках малой мощности применяются форсунки с распыливанием мазута посредством воздуха низкого давления, которое могут обеспечивать обычные дутьевые вентиляторы.

В воздушных распылителях низкого давления эффективное распыливание достигается при пропуске через форсунки всего воздуха, необходимого для полного сгорания мазута. По существу, воздушная форсунка низкого давления представляет собой горелку, в которой воздушный регистр органически сочетается с распылителем.

В настоящее время широкое применение находят ротационные форсунки, в которых распыливание жидкого топлива осуществляется за счет сбрасывания пленки мазута с быстро вращающегося стакана, на который вытекает мазут, подаваемый под небольшим давлением.

Ротационные форсунки при низком давлении мазута (не выше 0,4 МПа) имеют широкий диапазон регулирования - от 10 до 100 % номинальной производительности.

Горелочные устройства выполняются, как правило, комбинированными, обеспечивающими сжигание как газа, так и мазута (раздельно или совместно) с применением форсунок различного типа.

Механические форсунки

В механических форсунках для распыливания мазута используется кинетическая энергия струи жидкого топлива, которое подается к форсункам специальным насосом под давлением от 10 до 35 ати.

Механические форсунки ОН-521 и ОН-547 (рис. 6.10) предназначены в основном для котлов малой и средней мощности; вязкость топлива для них не должна превышать 3-4° ВУ, а фильтрация топлива должна производиться через сетку 0,5х0,5 мм для форсунок с диаметром сопла менее 2,5 мм и через сетку 1х1 мм для форсунок с диаметром сопла более 2,5 мм.

Диапазон регулирования механических форсунок по производительности составляет 70 - 100 % при давлении топлива 2,0 МПа и 55-100 % при давлении топлива 3,5 МПа.

Выпускаются два типа механических форсунок: малые и средние. Изготавливаются форсунки длиной: 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1250, 1400, 1485, 1500, 1600, 1800, 2000, 2400, 2500, 3000 и 4000 мм. Форсунки поставляются в собранном виде.

Рис. 6.10. Механические форсунки ОН-521, ОН-547:

1 – ствол; 2 – накидная гайка; 3 – распределительная шайба; 4 – диск камеры завихрения; 5 – сопловой диск

Технические характеристики форсунок с механическим распыливанием приведены в таблицах 6.14, 6.15 [8].

Таблица 6.14

Технические характеристики мазутных форсунок механического распыливания ОН-521, ОН-547