Устройство для сжигания жидкого топлива (форсунки)

Для осуществления факельного метода сжигания жидкого топлива применяют специальные уст­ройства, называемые форсунками.

К форсункам предъявляют следующие требования:

1) хорошее распыливание и перемешивание топлива с возду­хом;

2) обеспечение устойчивого горения незатухающего факела нужной длины;

3) надежность в эксплуатации, простота и прочность конструк­ции, незасоряемость, удобство чистки.

Все форсунки делят на две большие группы: низкого и высокого давления (табл.8). Как следует из табл., различие между форсунками низкого и высокого давлений состоит в том, что в форсунках низкого давле­ния распылителем служит вентиляторный воздух со сравнительно невысоким давлением, в то время как в форсунках высокого давле­ния распылителем служит компрессорный воздух или пар высокого давления. Причем в форсунках низкого давления весь воздух, необходимый для горения, поступает через форсунку. В форсунках высокого давления расход компрессорного воздуха составляет 7-12% всего количества воздуха, необходимого для горения. Остальной воздух, называемый вторичным, через форсунку не проходит, а поступает к ней по специальным каналам или через форсуночную коробку

Если же распылителем является пар, то весь необходимый для горения воздух подают в виде вторичного. Это в значительной мере и определяет область применения различных форсунок. Поскольку вторичный воздух может подогреваться до весьма высоких темпе­ратуру (~1100-1200° С), форсунки высокого давления применяют на таких печах, где для достижения высоких температур в рабочем пространстве (например, мартеновских печах) необходимо воздух подогревать до высокой температуры.

Форсунки низкого давления, в которых применяют воздух, подогретый до 300 ^оС, используют на нагревательных печах

различного рода. Преимущество форсунок низкого давления состоит в том, что мазут в них сгорает полнее, что достигается благодаря участию большой массы воздуха в распыливании. В форсунках высокого давления подача основной массы воздуха, помимо фор­сунки, приводит к снижению качества смешения и является причи­ной несколько повышенного расхода воздуха.

 

Таблица 8 - Сравнительная характеристика форсунок низкого и

высокого давления

Характеристика	Форсунки
низкого давления	высокого давления
Распылитель	Вентиля­торный воздух	Компрессорный воздух; водяной пар
Давление распылителя, кН/м^2	2,94 - 8,82	Компрессорный воздух 588 - 784; пар 588 -1774
Доля распылителя (воздуха) от всего воздуха, расходуемого на горение, %		7 -12
Доля вторичного воздуха от всего воздуха, необходимого для горения, %		88 - 93
Предельная температура подогрева воздуха, °С		Подогрев вторичного воздуха не ограничен
Удельный расход распылителя на 1 кг мазута	—	0,6; 0,8
Скорость выхода распылителя из форсунки, м/с	50 - 80	Обычно до 330. В от­дельных случаях более 330
Степень распыливания (диаметр капли), мм	До 0,5	0,05

 

Наряду с форсунками, в которых применяют распыливающую среду, существуют так называемые механические форсунки. В них распыливание происходит в результате больших скоростей выхода мазута из наконечника форсунки. Механические форсунки на пе­чах не применяют, поэтому они не описаны.

Форсунки низкого давления весьма многообразны. Типичной конструкцией этого типа является широко распространенная фор­сунка Стальпроекта (рис. 11). Давление мазута перед форсункой составляет 49,0 - 98,0 кН/м²; распылителем служит вентиляторный воздух, который разрешается подогревать до 300° С, но ни в коем случае не выше, так как в результате нагрева мазутной трубки может произойти разложение протекающего по ней мазута, и мазутное сопло засорится.

Обычно в форсунках низкого давления весьма невелики воз­можные пределы регулирования расхода мазута. Это объясняется тем, что с уменьшением расхода мазута уменьшается расход воз­духа, в результате чего снижается скорость выхода воздуха и ухудшается его распыливающее действие. В форсунке Стальпроекта можно изменять расход мазута до 40-50% максимальной ее про­изводительности без заметного ухудшения распыливания. Это обеспечивается возможностью перемещения мазутного сопла при помощи специального рычага, в результате чего изменяется сече­ние для выхода распылителя и скорость его остается на должном уровне.

Форсунка снабжена специальным циферблатом, на котором отсчитывается степень регулирования подачи распылителя. Следует обратить внимание на то, что в форсунке Стальпроекта трубы для подачи мазута и воздуха расположены на одной оси. Поэтому можно, не снимая форсунки, лишь повернув ее, осуществлять осмотр и чистку. Форсунка дает длинный (примерно

2 - 2,5 м) узкий факел, причем для полноты сгорания необходимо поддержи­вать коэффициент избытка воздуха, равным 1,2.

Рис. 11. Форсунка конструкции Стальпроекта

1- мазутная трубка; 2 - винты для центровки мазутной трубки;

3 - игла для регулирования подачи мазута; 4 - сливная пробка

Для отопления крупных металлургических печей, например мартеновских, применяют форсунки высокого давления особой конструкции, создающие достаточно жесткий, светящийся факел, например форсунку конструкции Днепропетровского металлур­гического института (ныне национальная металлургическая академия Украины) показанную на рис.12.

В этой форсунке мазут поступает по центральной трубке, а рас­пылитель до соприкосновения с топливом расширяется до давления,: близкого к атмосферному. Применение сопла Лаваля с диффузором Позволяет достигать очень высокой скорости истечения (750 м/с более), что обеспечивает хорошее распыливание мазута.

 

 

Рис. 12. Форсунка конструкции ДМети

 

Производительность форсунки изменяется в пределах 250-2500 кг/ч при изменении расхода пара или компрессорного воздуха (распылителей) соответственно 25-1250 и 180-1900 кг/ч.

Достоинства форсунки ДМИ заключаются в простоте конструк­ции, легкости подбора отверстий, рассчитанных на заданную про­изводительность, хороших динамических качествах факела и срав­нительно хорошем распылении. Форсунки в мартеновских печах устанавливаются по оси головки. Необходимый для горения вторичный воздух, подогретый в регенераторах, поступает к форсунке по специальным керамическим каналам.

В нагревательных печах иногда при применении форсунок высокого давления вторичный воздух для горения также

поступает по специальным керамическим каналам. Однако в подавляющем большинстве случаев применяют форсунку высокого давления вме­сте с форсуночной коробкой, через которую подается воздух, необ­ходимый для горения. На рис.13, а представлена форсунка высокого давления с двойным распылением конструкции Стальпроекта, а на рис.13.б установка форсунки и форсуночной коробки.

 

 

Рис.13 Форсунка высокого давления (ФВД) конструкции

Стальпроекта и уста­новка форсунки (1) и форсуночной коробки (2)

 

 

Литература

 

1. Парахин Н.Р., Шелудченко В.И., Кравцов В.В Сжигание и термическая переработка топлива. - Донецк, ДонГТУ, 1999, 266с.
2. Частухин В.И., Частухин В.В. Топливо и теория горения. - К, Выща школа, 1989, 224с.
3. Основа практической теории горения. Под редакцией Померанцева В.В. – Л.Энргоатомиздат, 1986, 312с
4. Хзмалян Д.М, Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. – М. Энергия, 1976, 483с.
5. Спейшер В.А., Горботенко А.Д. Повышение эффективности использования газа в энергетических установках.- М. Энергоиздат, 1982, 239с.
6. Кривандин В.А. и др. Металлургическая теплотехника, т.1, - М. Металлургия, 1986, 423с.
7. Арутюнов В.А., Меткалинный В.И., Старк С.Б. Металлургическая теплотехника, т.1, - М. Металлургия, 1974, 673с.
8. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. - М. Металлургия, 1977, 463с.