книги из ГПНТБ / Кулагин Л.В. Форсунки для распыливания тяжелых топлив

Л. В. КУЛАГИН, м . Я. МОРОШКИН

ФОРСУНКИ ДЛЯ РАСПЫЛИВАНИЯ

ТЯЖЕЛЫХ топлив

'КОНТРОЛЬНЫЙ

ЭКЗЕМПЛЯР

Москва

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1973

К 90 УДК 621.43.038.8-634.001

Кулагин Л. В., Морошкин М. Я. Форсунки для распыливания тяжелых топлив.М., «Машиностроение», 1973,

200с.

Вкниге рассмотрены процессы распыливания тяжелых жидких топлив. Даны гидравлические и дисперсионные характеристики форсунок различных типов, а также результаты исследования зависимостей этих характери­ стик от конструкций, основных размеров и режимов работы форсунок. Приведены эксплуатационные требо­ вания к форсункам, даны рекомендации для их реали­ зации и методика расчета центробежных распылителей.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых проектированием, изготовлением и эямілуатацпеіЦпаровых котлов и газотурбинных уста-

Гос. нвдйзн'.'чйвбя. 10, ил. 96, список лит. 26 назв.

ФОРСУНКИ ДЛЯ РАСПЫЛИВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ

Редактор издательства Л. И. Степанова Технический редактор А. И . Захарова Корректор Е. В. Сабынич

Переплет художника В. Б, Торгашова

Сдано в набор 8/1 1973 г. Подписано к печати 17/ѴІІ 1973 г. Т-08269 Формат 84XI087»г Бумага № 3 Усл. печ. л . 10,5 Уч.-изд. л. 11,0 Тираж 4100 экз. Зак. № 151 Цена 69 коп.

Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3

Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 193144, Ленинград, ул. Моисеенко, 10

© Издательство «Машиностроение», 1973 г.

ОСОБЕННОСТИ РАСПЫЛИВАНИЯ

вязких топлив

Свойства тяжелых топлив, влияющие на распиливание

Современные тяжелые топлива представляют собой, как правило, смеси остаточных продуктов как прямой пере­ гонки нефти, так и крекинг-процесса. Они являются средне- и высокомолекулярными циклическими соедине­ ниями и ароматическими углеводородами, соединениями карбоновой кислоты, смол и асфальтенов. Тяжелые мотор­ ные и топочные мазуты имеют довольно высокие вязкость и плотность, содержат много асфальто-смолистых веществ, значительное количество серы и ванадия, механических примесей и воды. В отличие от мазутов с малой вязкостью мазуты с большой вязкостью имеют большую молекуляр­ ную массу. Эти топлива состоят в основном из высококипящих фракций (при температуре до 350° С выкипает всего около 8—12%), а потому они имеют более высокую температуру начала кипения. Из-за повышенного содер­ жания в мазутах высококипящих фракций увеличивается количество сажи в продуктах сгорания, которая, осаж­ даясь на футеровке и поверхностях нагрева котлов и пе­ чей, снижает к . п . д. установок.

Плотность и вязкость являются важнейшими характе­ ристиками качества мазутов, определяющими возможность и условия их применения. При высоких значениях плот­ ности и вязкости топлива уменьшается скорость осажде­ ния механических примесей. Плотность мазутов обычно находится в пределах 900—1060 кг/м3 и не оказывает сильного влияния на работу распылителей. Вязкость мазутов изменяется в очень широких пределах и от ее значения существенно зависит эффективность работы фор­ сунок.

На качество распыливания оказывает влияние поверх­ ностное натяжение топлив, которое для мазутов всех

марок, в том числе и тяжелых, изменяется в узких пре­ делах (27—30 МН/м). Опытные данные показывают, что поверхностное натяжение линейно снижается с повыше­ нием температуры и уменьшением плотности топлива. С увеличением содержания смолистых веществ и нафте­ новых кислот поверхностное натяжение топлива не­ сколько возрастает.

В тяжелых топливах, как правило, находятся меха­ нические примеси, состоящие из частиц песка, глины, окиси железа, а иногда и минеральных солей. Особенно вредное влияние оказывают твердые частицы, которые приводят к истиранию внутренних поверхностей форсу­ нок и тем самым отрицательно влияют на качество распыливания. Тяжелые мазуты быстрее изнашивают фор­ сунки, чем легкие, так как из-за высокой вязкости и боль­ шой плотности эти топлива плохо отстаиваются от частиц песка и неуглеродных компонентов. При этом забива­ ются фильтры, что приводит к усложнению эксплуатации агрегатов.

Вода находится в топливе чаще всего в суспензиро­ ванном или эмульсированном состоянии. Содержание в мазутах воды не должно превышать 2%. Однако для мазутов при подогревании острым паром допускается увлажнение до 5%, а в отдельных случаях и выше.

При хранении и периодическом подогреве тяжелых топлив качество их изменяется. Это обусловлено нали­ чием нестабильных составляющих частей топлив. Ма­ зуты, имеющие повышенное содержание смолистых ве­ ществ, менее стабильны. Из-за окисления неуглеродных компонентов увеличивается вязкость топлив и содержа­ ние в них смолисто-асфальтовых веществ. При этом образуются смолистые осадки, в составе которых обычно находятся механические примеси, вода, масла и твердые парафины. Особенно нестабильны крекинг-осадки с содер­ жанием карбоидов более 1 %. При температуре стенок

менения: моторные, флотские, топочные, для мартенов­ ских печей; по содержанию серы — малосернистые, сер­ нистые и высокосернистые; по вязкости — маловязкие, средней вязкости, высоковязкие и сверхвязкие; по плот­ ности— легкие,, тяжелые и сверхтяжелые (табл. I) .

4

- Т а б л и ц а 1

5

моторное топливо, флотские мазуты Ф5 и Ф12, топочные мазуты 40, 100, 200 и топливо для мартеновских печей МП и МПС. В пределах указанных марок топочные мазуты

щенности котлоагрегатов и печей подогревателями. Для промышленных печей и котельных установок с расходом топлива на каждую форсунку 25 — 50 кг/ч рекоменду­ ется применять легкое топливо; для форсунок произво­ дительностью 50 — 100 кг/ч можно использовать топливо средней вязкости — типа мазута 40; для форсунок с рас­ ходом выше 100 кг/ч следует применять топливо с боль­ шой вязкостью •— типа 100. Таким образом, с увеличе­ нием производительности форсунок могут быть исполь­ зованы более тяжелые сорта топлив [8].

Конструктивные схемы форсунок и закономерности процесса распыливания

За период эксплуатации форсунок для тяжелых топ­ лив создано большое количество конструкций. Учитывая широкий диапазон установок, использующих тяжелые топлива {мощные котельные агрегаты, нагревательные печи, газотурбинные двигатели, отопительные системы и т. д. ), в ряде случаев форсунки для вязких топлив классифицируют по объектам их применения: для котель­ ных агрегатов, газотурбинных двигателей, металлурги­ ческих печей, отопительных установок и др.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации форсунок необходимо при распыливании и сжигании топлива получать факел: короткий, плоский, длинный, кольцевой, сплошной и т. д. Поэтому форсунки часто различают по форме факела.

Так как для работы топливосжигающей установки имеет большое значение производительность форсунок, то этот показатель нередко берется за основу при класси­ фикации форсунок,

6

Классификация форсунок по объектам применения, форме факела и производительности весьма условна. Так, например, во многих случаях форсунки одной и той же конструкции используют в камерах сгорания газотур­ бинных установок и топках котлоагрегатов, в технологи­ ческих печах и бытовых отопительных установках. Фор­ сунки разной производительности различаются только размерами проходных сечений.

Наиболее целесообразно подразделять форсунки для тяжелых топлив по способу распыливания. В форсунках при получении необходимой для горения дисперсности топливного факела используют энергии давления топ­ лива, паровой или воздушной струи, движущегося распы­ лителя, тепловую энергию, энергию ультразвуковых коле­ баний, электрического поля и т. д.

В форсунках, распыливающих топливо за счет потен­ циальной энергии, вся энергия непосредственно сообща­ ется топливной струе. Обычно такие форсунки называют механическими и значительно реже — форсунками дав­ ления или бескомпрессорными.

Механические форсунки по принципу подачи топлива могут быть подразделены на непрерывные и периодичес­ кие; по форме факела — на струйные, многоструйные и центробежные; по системе регулирования — с постоян­ ными и переменными дозирующими сечениями; по коли­ честву топливных контуров — на одноступенчатые и мно­ гоступенчатые.

Для распыливания тяжелых топлив, начиная с фор­ сунки Григорьева П. И. [8], применяются различные вари­ анты конструкций простых центробежных форсунок. Осо­ бенность их работы заключается в сообщении топливу перед соплом тангенциального направления движения. Это достигается винтовой нарезкой, установкой коничес­ кого или цилиндрического шнека, подачей топлива в вих­ ревую камеру по тангенциальным каналам и с помощью лопаточного завихрителя (рис. 1). Вследствие наличия тангенциальной составляющей скорости топливо из сопла центробежной форсунки вытекает в форме конусной пленки.

В установках, которые требуют широкого диапазона регулирования подачи топлива, применяют двухконтурные форсунки, имеющие две независимые системы подачи топлива. ВВ форсунке такой конструкции достигают десятикратного диапазона регулирования расхода топлива.

7

В ряде конструкций по второму контуру топливо отводится из форсунки в расходной бак. По такой схеме выполняют перепускные форсунки, отвод топлива в кото­ рых можно производить через отверстия в торцовой или цилиндрической стенке камеры закручивания, а также через кольцевую полость у сопла.

Форсунки с использованием для дробления топлива кинетической энергии распыливающего агента по срав-

ВидГ

в) г)

Рис. 1. Схемы центробежных форсунок:

а — с винтовым завихрителем; б — с коническим шнеком; в — с танген­ циальными каналами; г — с лопаточным завихрителем

нению с механическими форсунками могут работать на более вязком топливе. Для распыливания обычно при­ меняют пар или.воздух.

Конструкции паровых и пневматических форсунок делятся по форме выходного отверстия на щелевые и струй­

тые, двухступенчатые и многоступенчатые; по воздействию пара или воздуха — на односторонние с наружным и цен­ тральным подводом и двусторонние; по движению топлива и распыливающего агента — на прямоструйные и вих­ ревые; по направлению движения топлива и распылива­ ющего агента — на форсунки с движением распылива­ ющего агента и топлива в одну сторону, навстречу и под углом; по распределению массы топлива и пара или воздуха — на одноструйные и многоструйные; по системе

8

регулирования — на форсунки с постоянными и пере­ менными сечениями сопловых отверстий. Наиболее рас­ пространенные конструкции форсунок с использованием в качестве распиливающего агента пара и воздуха,

с внутренним распыливанием и наружным подводом распылителя; в — с много­ ступенчатым распыливанием; г — с двусторонним распыливанием; д — со встречей потоков под углом; е — вихревая

тивными для работы на тяжелых топливах являются ротационные форсунки. Их выполняют дисковыми и чашеч­ ными, открытыми и закрытыми, одноконтурными и мно­ гоконтурными, с принудительным и реактивным вра­ щением (рис. 3). Дисковые форсунки в основном исполь­ зуют в кольцевых камерах сгорания газотурбинных установок, где необходимо подавать топливо по кругу. Чашечные форсунки нашли применение в топках паровых котлов. В открытых форсунках топливо выходит из распылителя по всей окружности чаши или диска, а в за­ крытых форсунках топливо поступает в зону горения через систему небольших отверстий. Одноконтурные фор­

а в реактивных форсунках вращение распылителя про-

9