Паровые и пневматические форсунки

В паровых и пневматических форсунках дробление топлива осуществляется за счет кинетической энергии пара или воздуха. Основными показателями работы являются качество дробления и расход распыливающего агента на распыливание 1 кг топлива. Взаимодействие потоков топлива и распыливающего агента в форсунках этого типа осуществляется как внутри форсунки, так и за ней. Эффективность работы форсунок зависит от поверхности соприкосновения взаимодействующих потоков. Чем больше поверхность соприкосновения, тем эффективней работа форсунок (выше качество дробления, ниже удельный расход распыливающего агента).

В паровых форсунках ОСТ 108.836.04-80 (рис. 6.11) топливо подается по нормали к паровой струе через кольцевой зазор, образованный соплом и диффузором. Пар поступает по центральному отверстию, имеющему форму сопла Лаваля. Дальнейшее движение топливно-паровой смеси происходит в расширяющемся канале диффузора.

Рис. 6.11. Головка паровой форсунки по ОСТ 108.836.04-80:

1 – сопло; 2 – распыливающая головка; 3 - насадка

Таблица 6.15

Механические форсунки типа Ф

_____________

Примечание. Форсунки предназначены для сжигания дизельного и печного топлива в автоматизированных котлах Е-0,4/9Ж и Е-1/9Ж.

Форсунки состоят из центрального топливного ствола с двумя параллельными трубками, по которым топливо поступает в распылители, двух электродов зажигания, заключенных в фарфоровые трубки, электрода «земля» и присоединительной плиты. Расстояние между изолированными поверхностями электродов и другими деталями форсунок не менее 13 мм. Изоляция электродов выдерживает испытательное напряжение 10000 В в течение 5 с.

Предусмотрено шесть типоразмеров форсунок с пропускной способностью 60-1800 кг/ч (с максимальной пропускной способностью по типоразмерам 125, 240, 850, 1225, 1650, 1800 кг/ч); давление пара 0,4-2,5 МПа, давление мазута 0,05 МПа. Параметры форсунок указаны в таблице 6.16 [8].

Опыт эксплуатации этих форсунок показал, что удовлетворительное качество распыливания достигается при давлении пара не ниже 1,2 -1,3 МПа. Удельный расход пара на распыливание составляет 0,3 кг/кг. Для уменьшения длины факела устанавливают многосопловой насадок. За счет сопротивления насадка давление топлива должно быть увеличено до 0,4 - 0,5 МПа. В соответствии со стандартом форсунки выпускаются с длиной ствола 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000 мм.

Отрицательными моментами при использовании в качестве распыливающего агента пара являются увеличение потерь тепла с уходящими газами и усиление действия серно-кислотной коррозии. Поэтому часто в качестве распыливающего агента используют сжатый воздух; при этом воздух не только распыливает топливо, но и участвует в первичной подготовке топливовоздушной смеси. В значительной степени расход воздуха зависит от его давления. Поэтому различают форсунки низконапорные (при давлении воздуха 0,002-0,008 МПа), средненапорные (0,02-0,1 МПа) и высоконапорные (0,2-0,8 МПа). Технические характеристики форсунок с распылом воздухом низкого давления приведены в таблице 6.17 [8].

Паровые форсунки могут быть использованы в качестве высоконапорных пневматических. При работе форсунок на сжатом воздухе удельный расход воздуха на распыливание топлива составляет 0,8 кг/кг.

Таблица 6.16

Пропускная способность паровых форсунок завода по типоразмерам в зависимости от давления пара по ОСТ 108.836.04-80

Таблица 6.17

Форсунки с распыливанием воздухом низкого давления

Паромеханические и пневмомеханические форсунки

Устранение основного недостатка механических форсунок - малого диапазона регулирования производительности – достигается применением комбинированного паропневмомеханического распыли-

вания мазута.

В паромеханических и пневмомеханических форсунках за топливным завихрителем, с внешней стороны форсунки, устанавливается паровой или воздушный завихритель. На нагрузках 100-70 % пар (воздух) не подается в форсунку, и она работает как простая механическая. На нагрузках ниже 70 % для вторичного дробления капель (пленки) топлива в паровой или воздушный завихритель подается распыливающий агент с постоянным давлением, не зависящим от нагрузки.

Паровой или пневматический завихритель может быть выполнен с топливным завихрителем как в одной детали, так и отдельно. Преимуществом раздельного исполнения является замена топливного завихрителя как более быстро изнашивающегося без замены парового или пневматического.

Для паро- и пневмомеханических форсунок удельный расход распыливающего агента составляет 0,02-0,06 кг/кг. В форсунках с внутренним взаимодействием потоков увеличение давления и расхода одного потока уменьшает (из-за противодавления) расход другого.

При постоянном давлении распыливающего агента с увеличением давления топлива сокращается расход распыливающего агента; расход распыливающего агента прекратится, когда противодавление будет равно давлению распыливающего агента.

Для котлов малой мощности используются паромеханические форсунки для горелок ГМГ-М и ГМГБ (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Головка паромеханической форсунки горелки ГМГ-М:

1 – накидная гайка; 2 – шайба распределительная; 3 – завихритель топливный; 4 – завихритель паровой

В кольцевом пазу наконечника топливопровода установлена распределительная шайба 2, к ней примыкает топливный завихритель 3, а к нему - паровой завихритель 4. Плотность прилегающих поверхностей всех трех элементов (при высоком качестве обработки их) обеспечивается стяжной накидной гайкой 1 головки, закручиваемой на резьбу ствола форсунки. Топливные завихрители - трехканальные, пропускной способностью по мазуту 165 кг/ч (при давлении топлива 1,6 МПа), 220, 435 и 530 кг/ч (при давлениях топлива 2,0 МПа). Паровой завихритель - трехканальный, давление распыливающего пара 0,1-0,2 МПа. Диапазон регулирования форсунок по производительности 20-100 % .

Технические характеристики форсунок указаны в разделе «Газомазутные горелки».

Ротационные форсунки

К комбинированным форсункам могут быть отнесены и ротационные форсунки.

В ротационных форсунках (рис. 6.13) дробление и подача топлива в топку осуществляются вращающимися элементами. Наиболее распространенными являются ротационные форсунки с вращающимся стаканом. Наружный диаметр стакана обычно имеет размеры 70-90 мм. Внутренняя полость выполняется с расширением под углом 5-6° со срезом на конце к наружной образующей под углом 30°. Стакан прикрепляется к валу и вращается электродвигателем или турбиной с частотой вращения (4-5)·10³ об/мин. Топливо подается либо через полый вал, либо через топливопровод внутри вала к насадкам, оттуда в свою очередь - на стенку стакана. Преимуществами ротационных форсунок являются отсутствие сопел как дозирующих элементов, насосов высокого давления и фильтров тонкой очистки. Ими можно эффективно распыливать топливо с вязкостью до 15° ВУ. Необходимое давление топлива равно сопротивлению топливопровода. Ротационные форсунки целесообразней применять в маломощных установках, так как центробежные форсунки в них работают ненадежно (засорение сопел при малых его отверстиях).

Рис. 6.13. Ротационная форсунка газомазутной горелки РГМГ:

1 – электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – воздушник; 4 – маслораз-

брызгивающее кольцо; 5 – корпус масляной ванны; 6 – топливоподающая труба; 7 – полый вал; 8 – корпус; 9 – гайка-питатель; 10 – распыливающий стакан; 11 – завихритель первичного воздуха

Пленка топлива обрывается со стакана под углом 90° к оси форсунки. Для придания формы факелу, а также для дополнительного воздействия на пленку топлива к стакану необходим подвод части воздуха с некоторым избыточным давлением. Этот воздух называется первичным, он составляет 10 - 20 % общего количества воздуха, подаваемого на горение. Остальной воздух - вторичный – подается либо через кольцевой зазор за счет разрежения, либо от отдельного вентилятора. В форсунках малой мощности вентилятор располагают на одной оси с распылителем, в форсунках средней и большой мощности - отдельно. В качестве приводов вентиляторов используют электродвигатели, паровые, воздушные и гидравлические турбины.

При использовании воздушной турбины воздух на выходе из турбины направляется в горелку в качестве первичного воздуха. Воздух на горелку, разделенный на первичный и вторичный, поступает от отдельно стоящего вентилятора, вторичный воздух закручивается.