3.Устройства для сжигания жидкого топлива (форсунки)

Для осуществления широко применяемого в печах фа­кельного метода сжигания жидкого топлива применяют спе­циальные устройства, называемые форсунками.

К форсункам предъявляют следующие требования:

1) хорошее распиливание и перемешивание топлива с воздухом;

2) обеспечение устойчивого горения незатухающего фа­кела нужной длины;

3) надежность в эксплуатации, простота и прочность конструкции, незасоряемость, удобство чистки.

Все форсунки разделяют на две группы: низкого и вы­сокого давления (табл.1.3).

Таблица 1.3

Сравнительная характеристика форсунок низкого и высокого давления

Различие между форсунками низкого и высокого давле­ния состоит в том, что в форсунках низкого давления рас­пылителем служит вентиляторный воздух со сравнительно невысоким давлением, в то время как в форсунках высокого давления распылителем служит компрессорный воздух или пар высокого давления. При этом в форсунках низкого дав­ления весь воздух, необходимый для горения, поступает через форсунку. В форсунках высокого давления расход компрессорного воздуха составляет 7—12 % всего количе­ства воздуха, необходимого для горения. Остальной воздух, называемый вторичным, через форсунку не проходит, а поступает к форсунке по специальным керамическим кана­лам.

Если распылителем является пар, то весь необходимый для горения воздух подают в виде вторичного. Это обстоя­тельство в значительной мере и определяет область приме­нения различных форсунок. Поскольку вторичный воздух может подогреваться до весьма высоких температур (1373— 1473 К), форсунки высокого давления применяют на таких печах, где для достижения высоких температур в рабочем пространстве (например, мартеновских печей) необходимо воздух подогревать до высокой температуры.

Форсунки низкого давления, в которых применяют воз­дух, подогретый до 573 К, используют на нагревательных печах различного типа. Преимущество форсунок низкого давления — несколько более полное сгорание мазута, что достигается благодаря участию большой массы воздуха в распыливании. В форсунках высокого давления подача ос­новной массы воздуха, помимо форсунки, приводит к сни­жению качества смешения и является причиной несколько повышенного расхода воздуха.

Форсунки низкого давления

Конструкции форсунок низкого давления весьма много­образны. Типовой форсункой является широко распростра­ненная форсунка конструкции Стальпроекта, показанная на рис. 12. Давление мазута перед форсункой составляет 49,0—98,0 кПа; распылителем служит вентиляторный воз­дух, который может быть подогрет до 573 К, но не выше, так как в результате нагрева мазутной трубки может про­изойти разложение мазута и сопло засорится.

Обычно в форсунках низкого давления весьма невелики возможные пределы регулирования расхода мазута. Это объясняется тем, что с уменьшением расхода мазута умень­шается расход воздуха, в результате чего уменьшается ско­рость выхода воздуха и ухудшается его распыливающее действие. В форсунке конструкции Стальпроекта можно изменять расход мазута до 40—50 % максимальной ее производительности без заметного ухудшения распыливания. Это обеспечивается возможностью перемещения мазутного сопла при помощи специального рычага, в результате чего изменяется сечение для выхода распылителя и скорость его остается на требуемом уровне. Форсунка дает длинный (примерно 2—2,5 м) узкий факел, причем для полноты сго­рания необходимо поддерживать коэффициент избытка воз­духа, равный 1,2.

1— мазутная трубка; 2 — винты для центровки мазутной трубки; 3 — игла для регулирования подачи мазута; 4 — сливная пробка

Рисунок 12 - Форсунка низкого давления конструкции Стальпроекта

В настоящее время многие форсунки типизированы, что позволяет не рассчитывать их, а выбирать в зависимости от производительности.

Форсунки высокого давления

Типичной для круглых струйных форсунок высокого давления одноступенчатого распыливания с внешним обра­зованием смеси, применяемой на малых и средних печах, является форсунка конструкции В. Г. Шухова (рис. 13). Проходное ее сечение для мазута постоянно. Скорость исте­чения распылителя не превышает скорости звука (330 м/с). Факел форсунки узкий и длинный. Для форсунки малых размеров длина факела составляет 2,5—4 м; для больших форсунок она достигает 6—7 м. Форсунка пригодна для работы в длинных топочных камерах. Для малых камерных печей форсунка конструкции Шухова непригодна, так как пламя ударяет в противоположную стену камеры, разру­шает кладку и образует коксовые наросты несгоревшего мазута. Часть топлива выносится из печи несгоревшим. Расход пара, необходимого для распыливания 1 кг подо­гретого мазута, составляет 0,4—0,6 кг, а расход сжатого воздуха изменяется в пределах 0,6—0,8 м³/кг.

Рисунок 13 - Форсунка высокого давления конструкции В. Г. Шухова

Форсунки изготовляют десяти размеров (номеров), рас­считанных на производительность 3—400 кг/ч.

Для отопления крупных печей, например мартеновских, применяют форсунки высокого давления особой конструк­ции, создающие достаточно жесткий, светящийся факел, например форсунку конструкции Днепропетровского металлургического института (ДМетИ), показанную на рис. 14. В этой форсунке мазут поступает по центральной трубке, а распылитель до соприкосновения с топливом расширяется до давления, близкого к атмосферному. Применение сопла Лаваля с диффузором позволяет достигать очень высокой скорости истечения (750 м/с и более), что обеспечивает хо­рошее распыливание мазута.

Рисунок 14 - Форсунка высокого давления конструкции ДМетИ

Производительность форсунки изменяется в пределах 250—2500 кг/ч при изменении расхода пара или компрес­сорного воздуха (распылителей) соответственно 25—1250 и 180—1900 кг/ч.

В нагревательных печах иногда при применении форсу­нок высокого давления вторичный воздух для горения так­же поступает по специальным керамическим каналам. Од­нако довольно часто применяют форсунку высокого давления вместе с форсуночной коробкой, через которую подается воздух, необходимый для горения. На рис. 15 представ­лена форсунка высокого давления с двойным распыливанием конструкции Стальпроекта, установленная в форсуноч­ной коробке.

Форсуночные коробки применяют при температуре воз­духа до 673 К. Выходное сечение по воздуху рассчитывают на действительную скорость в пределах 20—25 м/с.

Рисунок 15 - Установка форсунки в форсуночной коробке