Лекция 12. 1. Горелки для сжигания жидкого топлива

1. Горелки для сжигания жидкого топлива.

2. Горелки для сжигания газообразного топлива.

3. Горелки для малогабаритных котлоагрегатов.

1. Горелки для сжигания жидкого топлива.

Горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой фазе. Из-за этого скорость сгорания жидкого топлива будет определяться скоростью его испарения с поверхности.

Важнейшим и первым условием при сжигании жидкого топлива является увеличение его поверхности путём распыления на мельчайшие частицы, что производится с помощью форсунок.

1.1 Мазутные горелки

Для распыления мазута применяют центробежные форсунки, которые вместе с завихревающими устройствами – регистрами, служащими для подачи воздуха, образуют мазутную горелку. В зависимости от метода распыления различают форсунки паровые (используется кинетическая энергия струи пара), механические (используется кинетическая энергия мазута, за счёт давления топливного насоса), паромеханические.

1.2 Механические форсунки

а — прямоструйная; б — центробежная; в — с вращающейся чашей

Рис.10.5. Схемы механических форсунок

Пройдя штангу под давлением 2,5-3,5 МПА мазут поступает в распылитель, в котором расположен распылитель – завихритель, имеющий несколько тангенциальных отверстий, закручивающих поток мазута. Через эти отверстия мазут поступает в центральную камеру, а оттуда с большой скоростью и сильным завихрением выбрасывается в топочную камеру, где распыляется на мелкие капли.

1.3 Паромеханические (комбинированные) форсунки

Мало отличаются от механических (рис.10.5).

Рис.10.6. Схемы паромеханических форсунок

Имеется два канала: один – мазутный, другой – паровой. При большой нагрузке котла топливо переходит механический завихритель и насадку. При малой нагрузке используется пар, который поступает в паровой канал, проходит систему отверстий в корпусе форсунки и паровой завихритель и далее, встречаясь с мазутом, распыляет его. При низкой нагрузке механический распылитель не обеспечивает получения капель должного размера.

1.4 Паровые форсунки

В паровых форсунках высокий эффект распыления достигается в результате большой скорости истечения струи (до 1000м/с), увлекающий с собой мазут (рис.12.3)

Рис.10.7. Схемы паровых форсунок

1.5 Сравнительная оценка форсунок. Воздушные регистры

.

Недостатки механических форсунок:

1. Требуется более тонкая очистка мазута;

2. Относительно малый диапазон изменения производительности (60-100%) по сравнению (20-100%) для паровых.

Преимущества механических форсунок:

1. Лучшее распыливание топлива;

2. Меньший примерно в 10 раз расход энергии;

3. Меньший шум;

4. Компактны;

5. Не вызывает увеличения водяных паров в продуктах сгорания;

6. Более короткий факел с большим углом распыления.

Вывод: механические форсунки применяют для котлов средней и большой мощности. Паровые – растопочные и котлов малой мощности.

Воздушные регистры.

Для эффективного сжигания жидкого топлива, кроме тонкого его распыливания, необходимо тщательное его перемешивание с воздухом. Это достигается нагнетанием воздуха дутьевыми вентиляторами в топку через воздушные регистры (воздухонаправляющие устройства), обеспечивающие его интенсивное завихрение и подачу со скоростью 25-30 м/с в наиболее узком сечении амбразуры. По числу воздушных потоков регистры различают одно - и двухтопочные, а по характеру этих потоков - с закручиванием и незакручиванием потока (прямоструйные).

В регистрах с закручиванием потока воздуха крутка воздушного потока осуществляется в лопаточном или улиточном аппарате.

2. Горелки для сжигания газообразного топлива.

По способу подвода воздуха газовые горелки делятся на две группы: инжекционные – подача воздуха в них осуществляется за счёт использования инжектирующего эффекта потока газа; горелки с принудительной подачей воздуха дутьевыми вентиляторами. Во втором случае котельные агрегаты снабжаются регулированием подачи воздуха в соответствии с расходом газа и автоматической блокировкой, прекращающей подачу газа при недопустимом уменьшении расхода воздуха.

Характерной особенностью сжигания природного газа является образование горючей смеси их различных количеств газа и воздуха: на 1м³ газа расходуется ~20 м³ воздуха, так что сечение для прохода газа мало по сравнению с сечением для воздуха. Поэтому газ подаётся тонкими струями со скоростью 100м/с и более в мощный поток воздуха, имеющего скорость 20-40 м/с.

В топке, работающей на газообразном топливе, можно получить любую степень светимости факела. Основным фактором, влияющим на светимость факела, являются условия смесеобразования (ещё один принцип классификации газовых горелок) воздуха и газа.

а) Горелки с предварительным полным смешением газа и воздуха в горелке (кинетический принцип горения) (рис.10.8)

.

Рис.10.8 Кинетический принцип горения

Характеризуются тем, что образуется короткий несветящийся факел, отсутствие сажи.

б) Горелки с раздельной подачей в топку газа и воздуха (внешнее смешение) – диффузионный принцип горения (рис.10.9)

.

Рис.10.9 Диффузионный принцип горения

Характеризуется ухудшением условия перемешивания вследствие замедления процессов смешения и горения, что приводит к образованию сажи и повышению светимости факела.

в) В настоящее время наиболее широко применяются горелки с частичным внутренним смешением в пределах горелки (рис.10.10).

Рис.10.10 Диффузионно-кинетический принцип горения

В топке завершается процесс смесеобразования. Такие горелки обеспечивают необходимую светимость факела и повышают устойчивость горения.

Для характеристики свойств газовоздушной смеси ввели понятие – нормальная скорость распространения пламени (скорость движения пламени относительно невоспламеняемой смеси [м/с])и количество смеси, воспламенённой в единицу времени.

Если скорость истечения смеси из горелки << скорости распространения пламени, то возможен отрыв пламени от выходной насадки горелки, а если наоборот, то возможно втягивание смеси в горелку до места смешения, т.н. проскок пламени.

Для предупреждения отрыва пламени от горелки предусматриваются дополнительные мероприятия по повышению температурного уровня в зоне горелки:

а) установка керамических туннелей между горелкой и топкой (рис. 1.36[5]);

б) организация аэродинамики топки, обеспечивающей подсос раскалённых газов к корню факела.