Мазутные форсунки

По способу распыливания мазутные форсунки делятся на три основные группы: механические; паромеханические; паровые.

Число и тип форсунок выбираются в зависимости от мощности котла. Форсунки должны обеспечивать высокое качество распыливания и надлежащее смешение жидкого топлива с воздухом. Выполнение этих условий позволяет вести процесс горения с минимальными топочными потерями тепла. Форсунки должны допускать регулирование расхода топлива в диапазоне 40 – 110% с сохранением экономических показателей работы топки и быть надежными в эксплуатации.

Механические форсунки применяются в основном для котлоагрегатов повышенной мощности, где требуется большая единичная производительность. В этом случае особенно важны преимущества механических форсунок – экономичность вследствие отсутствия постороннего распылителя (пара или воздуха), бесшумная работа форсунок, компактность и отсутствие трубопровода для распылителя, небольшое давление воздуха перед форсункой.

Рисунок 2.8 – Принципиальная схема центробежной механической форсунки

Механические форсунки обеспечивают экономичное и надежное сжигание мазутов марок М-40 – М-100. При повышенной вязкости мазута затрудняется фильтрация топлива, что приводит к забиванию форсунки.

Мазут вводится в вихревую камеру несколькими тангенциальными каналами, при этом создается интенсивно вращающийся вихрь. В центре потока создается пониженное давление, заполненное газовым вихрем, в результате чего истечение жидкого топлива из сопла происходит через кольцевое сечение толщиной r₀-r_В, где r₀ – радиус сопла, а r_В – радиус внутреннего газового вихря. На выходе из форсунки пленка жидкого топлива в зависимости от соотношения тангенциальной и аксиальной составляющих скорости раскрывается под определенным углом и затем под действием набегающего потока воздуха дробится на отдельные капли, которые движутся по параболе.

Верхний предел давления топлива перед форсункой выбирается с учетом затрат электроэнергии на привод насосов и износа распыливающих элементов форсунки. Работа топок с механическими форсунками регулируется изменением числа работающих форсунок.

Механические форсунки чувствительны к уменьшению давления мазута. При снижении давления ухудшается процесс распыливания, что приводит к значительному повышению потерь тепла с химическим недожогом, дымлению, коксованию форсунок.

Рисунок 2.9 – Малая мазутная форсунка механического распыливания:

1 – колодка; 2 – топливный штуцер; 3 – фланец; 4 – распределительный диск; 5 – завихривающий диск; 6 – сопло; 7 – гайка; 8 – скоба; 9 – зажимной винт.

Паро-механические форсунки имеют более широкий диапазон регулирования за счет использования при сниженной нагрузке энергии пара для тонкого распыла мазута. Такая форсунка (рисунок 2.10) представляет собой соединение обычной механической форсунки с дополнительным кольцевым каналом подвода пара. Вместо центробежной вихревой камеры в форсунке применен аксиальный завихривающий аппарат с конусом-рассекателем. Поток пара со скоростью, близкой к критической, внедряется в распыляемую мазутную струю и за счет своей энергии тонко дробит капли мазута. Расход пара на распыл составляет не более 10% расхода мазута. Такая форсунка имеет диапазон качественного регулирования нагрузки 20 – 100%.

Паровые форсунки используются на электростанциях, сжигающих твердое топливо, только как растопочные. В длительной работе они ни экономичны из-за большого расхода пара на распыл (40 – 60% расхода мазута). Пар давление 0,4 – 0,6 МПа эжектирует мазут и тонко дробит его. Мазут может иметь низкое давление. Форсунки этого типа просты по конструкции, обеспечивают высокое качество распыла мазута даже при невысоком его подогреве (до 80 ^оС). Обычно растопочные форсунки могут обеспечить около 30 % производительности парового котла.

Рисунок 2.10 – Мазутная паромеханическая форсунка ТКЗ-4:

а – схема; б – продольный разрез; 1 – подача мазута; 2 – подача пара; 3 – корпус наконечника; 4 – завихритель; 5 – рассекатель.

Регулирование производительности форсунки. Подачу топлива при сжигании мазута можно регулировать двумя способами: изменением давления мазута перед всеми работающими форсунками (качественный метод) и выключение отдельных форсунок (количественный метод).

Изменение расхода топлива первым способом требует заметного снижения начального давления. Так, для снижения производительности на 40 % давление мазута необходимо снизить в 2,8 раза. Между тем для механических форсунок глубокое снижение давления недопустимо, так как уменьшение интенсивности вихревого движения ведет к росту выходной толщины пленки, уменьшению скорости на выходе из сопла и увеличению размера капель. Повышение начального давления мазута связано с усложнением и удорожанием оборудования для транспорта и регулирования расхода, повышением эксплуатационных затрат. Поэтому при использовании механических форсунок применяют качественно-количественный способ регулирования нагрузки.

При значительном снижении нагрузки отключают отдельные горелки или группы горелок, когда их количество велико. При этом давление перед оставшимися в работе горелками возрастает, что позволяет снова некоторое время снижать нагрузку изменением давления мазута.

На мощных паровых котлах чаще применяют паромеханические форсунки, обеспечивающие качественное регулирование во всем диапазоне нагрузок.

Рисунок 2.11 – Мазутная форсунка парового распыливания:

а – малая форсунка; б – средняя форсунка; 1 – колодка; 2 – топливный штуцер; 3 – зажимной винт; 4 – паровой штуцер; 5 – топливная труба; 6 – паровая труба; 7 – сопло; 8 – диффузор; 9 – насадка.