Форсунки и топки для жидкого топлива

Мелкий распыл, хорошее перемеши­вание с окислителем и надежная стаби­лизация горения — вот три условия, обеспечивающие быстрое и экономичное сжигание жидкого топлива.

Для распиливания жидкого топлива и жидких отходов производства приме­няют механические, пневматические и ротационные форсунки. В механи­ческих жидкость под высоким избы­точным давлением (от 1 МПа в топках до многих десятков мегапаскалей в дизе­лях) продавливается сквозь небольшие отверстия, иногда предварительно интен­сивно закручиваясь в центробежном за-вихрителе, вытекает из отверстий с боль­шой скоростью и распадается на мелкие капли. В форсунке, наиболее распростра­ненной в топках (рис. 27, а ), мазут че­рез цилиндрические сверления в шайбе 3 поступает в кольцевую выточку в этой же шайбе, из нее в фигурные вырезы в диске 2, по ним движется к оси форсун­ки, одновременно закручиваясь, и выхо­дит через одно центральное отверстие в шайбе 1.

а б

в

Рис. 27. Виды форсунок: а — механическая; б — пневматическая; в — ротационная; М –мазут, В - воздух.

Перед механической форсункой топ­ливо должно быть очищено от механиче­ских примесей, иначе отверстия форсун­ки будут забиты. В условиях, когда труд­но обеспечить надежную очистку, применяют пневматические форсун­ки, в которых топливо (обычно мазут) распиливается струей воздуха (реже — пара). Первую совершенную форсунку такого типа создал в 1877 г. выдающий­ся инженер В. Г. Шухов (в то время он был студентом 3-го курса). Она применя­ется до сих пор, хотя впоследствии были созданы более совершенные конструк­ции, основанные на этом же принципе. Одна из них представлена на рис. 20, б. Воздух или пар высокого давления (обычно 0,4—0,8 МПа), вытекая из со­пла со сверхзвуковой скоростью, подхва­тывает и интенсивно распыливает струй­ки предварительно подогретого до 100— 140 °С мазута, подаваемого примерно под таким же, как и распыливающий агент, давлением, и выбрасывает образу­ющийся туман в топку. Расход распыливающего агента составляет 0,5—1 кг на 1 кг мазута.

Форсунку устанавливают в горелке, через которую подается закрученный в завихрителе воздух. Конструкции горе­лок отличаются большим разнообразием. Основным элементом ротацион­ной форсунки (рис. 27, в) является тщательно отполированный изнутри рас­пыливающий стакан 2 диаметром 150— 200мм, вращающийся на полом валу 3 с частотой 5000—7000 об/мин. Топливо (подогретый мазут) по трубке 1, про­ходящей внутри вала, подается на внутреннюю поверхность стакана, распреде­ляется по ней тонким слоем и разбрызги­вается, стекая с края стакана под действием центробежной силы. Попадая в поток воздуха, проходящего через ло­паточный завихритель, пленка топлива распадается на мельчайшие капли, вы­носится в топочный объем и там вос­пламеняется. Вал со стаканом вращает­ся в подшипниках от электродвигателя. Иногда на этом же валу располагают и вентилятор для нагнетания воздуха.

Ротационные форсунки сложнее в эк­сплуатации, чем механические и пневма­тические, но обладают по сравнению с ними большим преимуществом: хоро­шо распыливают топливо в широком ди­апазоне изменения нагрузки — от 100 до 10 %. Кроме того, они не требуют тон­кой очистки жидкого топлива от при­месей (так как не имеют отверстий ма­лых сечений) и работают при низком его давлении.

Жидкое топливо сжигают в камер­ных топках, конструкции которых прак­тически не отличаются от топок для га­за. Мазут труднее сжигать, чем высо­кокалорийный газ, поэтому теплонапряжение топочного объема q_v для мазут­ных топок принимают обычно не более 300 кВт/м³, выбирают α_в = 1,1 ÷1,35, при этом q_хим =1÷3 %. Лучшие показа­тели горения мазута достигаются в топ­ках крупных паровых котлов, худшие — в небольших печах.

Топки, работающие на мазуте, чрез­вычайно чувствительны к попаданию в него воды. Она не перемешивается с мазутом, и если достаточно большая ее порция попадает в форсунку, то факел погаснет, что может вызвать взрыв в топке, когда через форсунку снова пой­дет мазут. В то же время жидкие отходы нефтепереработки, содержащие даже 50 % воды, имеют еще достаточно боль­шую теплоту сгорания. Для их утилиза­ции (сжигания) водомазутную смесь предварительно превращают в тонкую суспензию, которая сжигается, как лю­бое жидкое топливо.

Сжигание других жидких материалов и горючих жидких отходов различных производств (серы, смолы и т. д.) орга­низуют примерно так же, как и мазута, но обычно с меньшим теплонапряжением объема q_v.

В топочной технике широко применя­ют комбинированные горелки, позволяю­щие попеременно или одновременно сжи­гать различные топлива. Например, для котлов, работающих на газе, обязатель­но предусматривают запас резервного топлива — чаще всего мазута, а в их топках устанавливают газомазутные го­релки, представляющие собой газовые горелки со встроенными мазутными фор­сунками.