Горелочные устройства для сжигания жидкого топлива

Горелочные устройства состоят из форсунок и воздухонаправляющих устройств. Форсунки служат для распыливания жидкого топлива и по способу распыливания разделяются на паровые, механические и паромеханические.

Паровые форсунки используют пар давлением 0,4 – 2,5 МПа в количестве 0,5 – 0,7 кг /кг топлива.

Рис. 21. Паровая форсунка типа ФП:

3 – корпус; 4 – внутренняя труба; 5 – сопло; 6 – диффузор; 7 - насадок

Паровая форсунка типа ФП состоит из корпуса 3 (ствола) и внутренней трубы 4, между которыми расположен кольцевой канал (рис. 21).

Пар движется по внутренней трубе 4, заканчивающейся сужающе–расширяющимся соплом 5, в котором струя пара приобретает скорость до 1000 м/с. Мазут движется по кольцевому каналу и выходит из него через кольцевую щель. Здесь мазут подхватывается струей паром, и через диффузор 6 вносится в топку и распыливается. Для уменьшения длины факела применяется насадок с отверстиями, который гасит энергию струи.

Топливо подается к форсункам насосом с давлением 0,4 - 0,5 МПа. Расход топлива составляет от 100 до 1800 кг/ч.

Механические форсунки. По способу завихрения и распыливания форсунки подразделяются на центробежные и ротационные.

В центробежных форсунках топливо распыливается под действием центробежных сил, создаваемых высоким давлением топлива в потоке закрученной струи (рис. 22).

Рис. 22 Центробежная форсунка:

1 – корпус; 2 – ствол; 3 – наконечник; 4 – распределительный диск; 5 – завихривающий диск; 6 – сопло.

Форсунка состоит из корпуса 1, центральной трубы 2 (ствола) и наконечника 3 с распыливающей головкой. В головке установлены: распределительный диск 4, где поток разделяется на отдельные струйки; завихривающий диск 5 с центральной камерой, в которой происходит завихрение струи тангенциальными прорезями; сопло 6 с диаметром отверстия от 2 до 8 мм в зависимости от производительности форсунки. Топливо подается в форсунку с давлением 1- 4 МПа. Расход топлива составляет 100 - 2500 кг/ч и более.

При нагрузке котла менее 80 % качество распыливания ухудшается. Поэтому для расширения пределов регулирования применяются паромеханические форсунки (рис. 23). В них мазут движется по центральному каналу, а пар – по наружному. В насадке установлен паровой завихритель, пройдя через который пар смешивается с мазутом. Диапазон регулирования расширяется со 100 - 80 до 20 %.

Рис. 23. Схема паромеханической форсунки (фрагмент):

2 – ствол форсунки; 3 – наконечник; 4 и 5– распределительный и завихривающий диски; 6 – сопло; 7 – канал для мазута; 8 – канал для пара; 9 – паровой завихритель; 10 – насадок.

Ствол ротационной форсунки 3 (он является полым валом) вращается электродвигателем через клиноременный привод 7 (рис.24).

Рис. 24. Ротационная газомазутная горелка:

1 – форсунка; 2 – распыливающий стакан, 3 – полый вал; 4 – вентилятор первичного воздуха; 5 – шибер на воздуховоде вторичного воздуха; 6 – клиноременный привод форсунки; 7 – привод топливного насоса; 8 – гляделка; 9 – кольцевой газовый коллектор; питатель.

Топливо выходит из ствола и попадает на конический распыливающий стакан 2, который вращается вместе со стволом. Со стакана в топку стекает вращающийся полый топливный конус с тонкими стенками. Под действием центробежных сил конус дробится на капли.

Первичный воздух подается вентилятором, который вращается со стволом форсунки. Воздух проходит в топку через кольцевую щель между стаканом 2 и неподвижным насадком. Вторичный воздух поступает к устью горелки по воздухонаправляющему коробу, в котором установлен регулирующий шибер.

Частота вращения форсунок составляет 3000 – 5000 об/мин. Форсунки выпускаются на расход жидкого топлива от 30 до 4000 кг/ч. Давление мазута перед горелкой составляет 0,2 МПа. Диапазон регулирования расхода топлива находится в пределах от 100 до 20%. Угол раскрытия факела достигает 70⁰.

Газомазутные горелки предназначены для сжигания газа и мазута, когда мазут является аварийным или резервным топливом. Примером газомазутной горелки является вышерассмотренная горелка РГМГ с ротационной форсункой (рис. 23). Газовой частью горелок служит кольцевой газовый коллектор с отверстиями. Горелки РГМГ с ротационными форсунками имеют тепловую мощность от 1 до 35 МВТ. Давление первичного воздуха составляет 4 – 9 кПа, давление газа – от 5 до 40 КПа. Горелки имеют расход газа от 100 до 4000 м³/ч. Большие значения давлений и расходов относятся к более мощным горелкам.

Газомазутные горелки типа ГМГ представляют собой комбинацию паромеханической форсунки со смесительной газовой горелкой с принудительной подачей воздуха (рис. 25). П аромеханическая форсунка располагается в центре горелки. Ближайший к ней центральный кольцевой канал горелки служит для движения первичного воздуха и его частичного предварительного смешения с газом. Газ поступает в первичный воздух из кольцевой газовой камеры через два ряда отверстий, расположенных в конце канала. Смесь закручивается лопатками и вводится в топку.

Вторичный воздух поступает в топку по отдельному каналу и также закручивается вторым лопаточным завихрителем. Доля вторичного воздуха составляет 80-90% от всего расхода. Давление воздуха находится в пределах от 0,8 до 3 кПа.

Горелки имеют теплопроизводительность от 1,5 до 16 Гкал/ч. В котлах применяются горелки типа ГМГ, ГМ, ГМП и ГМУ. В обозначение марки горелки входит цифра, указывающая на теплопроизводительность горелки в Гкал/ч. Например: ГМГ-4, ГМ-10, ГМП-16, ГМУ-15и др.

Рис.25. Газомазутная горелка типа ГМГ:

1 –патрубок подвода первичного воздуха; 2 – паромеханическая форсунка; 3 – центральный воздушный канал; 4 –подвод газа; 5– кольцевая газовая камера; 6 - периферийный канал вторичного воздуха; 7,8 - лопаточные завихрители; 9–патрубок подвода вторичного воздуха.

Автоматические блочные горелки широко применяются для сжигания жидкого и газообразного топлива. Они подразделяются на газовые, жидкотопливные и комбинированные. На рис. 26 представлена жидкотопливная горелка типа RMS фирмы Вейсхаупт (Германия),предназначенная для сжигания мазута (нефти) или легкого топлива как при разрежении, так и при наддуве в топке. Мощность горелок данного типа при сжигании мазута находится в диапазоне от 500 до 2500 кВт.

Основными узлами горелки являются:

- огневой блок горелки, состоящий из центробежной форсунки с электрозапальником;

- воздушный вентилятор с электродвигателем и регулирующей заслонкой; привод заслонки осуществляет сервопривод;

- блок подачи жидкого топлива, состоящий из топливного насоса, двух магнитных клапанов, регулятора расхода жидкого топлива, регулятора давления жидкого топлива и реле жидкого топлива и др.

Рис. 26. Жидкотопливная горелка фирмы Weishaupt

Программное обеспечение горелки позволяет производить автоматический розжиг горелки, включение горелки в работу и регулирование работы горелки в зависимости от нагрузки котла.

Программа пуска горелки включает в себя следующие операции:

- вентиляцию топки в течение заданного программой времени;

- плавную подачу топлива и воздуха, включение электрозапальника и контроль наличия пламени после воспламенения топлива. Наличие пламени контролирует фотодатчик;

При возникновении аварийных ситуаций, таких погасание факела, понижение давления воздуха, упуск воды и др.горелка автоматически отключается.. При автоматическом отключении горелки производится запоминание причины ее останова. На всех стадии работы горелки исключается вмешательство оператора в ее работу.

В России автоматические блочные горелки типа ГБЛ для сжигания газа низкого давления и горелки типа ЖБЛ для жидкого топлива выпускаются заводом «Старорусприбор» для котлов мощностью до 1 МВт. Автоматическую блочную щелевую (подовую) газовую горелку со встроенным вентилятором, предназначенную для чугунных котлов, выпускает петербургская фирма «Бениш».

На отечественных котлах могут устанавливаться и блочные горелки зарубежного типа (немецкие, финские, итальянские, белорусские и др.).