4.7. Сжигание мазута и печного топлива в топках

Жидкое топливо, сжигаемое в топках, предварительно распыляют с помощью форсунки, являющейся элементом горелки. Под горелкой в обычно понимается агрегат, включающий кроме форсунки воздухонаправляющий аппарат, запальное устройство и механизм управления.

Качественное сжигание жидкого топлива определяется размером частиц, на которые оно распыляется. Для этой цели используют форсунки, которые, кроме того, обеспечивают необходимый диапазон регулирования расхода топлива и устойчивое зажигание смеси.

В зависимости от способа распыления топлива форсунки подразделяются на четыре класса: механические, паровые, воздушные (пневматические) и комбинированные. На рис. 45 показаны принципиальные схемы форсунок, применяемых для сжигания мазута.

Форсунки с механическим распылением можно разделить на прямоструйные, центробежные и ротационные. В прямоструйных форсунках (рис. 45, а) дробление струи топлива на мельчайшие капли происходит при его продавливании под значительным давлением (12 МПа) через сопло малого диаметра.

Рис. 45. Принципиальные схемы мазутных форсунок:

1 - топливо; 2 - воздух; 3 – пар.

В центробежных форсунках (рис. 45, б, в) топливо распыляется под действием центробежных сил, возникающих при закручивании топливного потока. Вращательное движение топливу сообщается путем тангенциального подвода его к вихревой камере форсунки (рис. 45, б) или специальным завихрителем, устанавливаемым на выходе из форсунки (рис. 45, в).

В ротационных форсунках (рис. 45, г) топливо подается внутрь быстро вращающегося распыливающего стакана, где оно растекается под действием центробежных сил, образуя тонкую пленку. На выходной кромке стакана тонкая пленка подхватывается подводимым первичным воздухом.

Паровые и пневматические форсунки можно объединить в один класс - форсунки с распыливающей средой. В паровых форсунках (рис. 45, д) в качестве такой среды используют водяной пар с давлением 0,4-1,6 МПа. Мазут к форсунке подается под давлением 0,3-0,4 МПа. Чем больше скорость струи пара, тем более тонко распыляется топливо. У большинства форсунок достигается критическая скорость пара.

Паровые форсунки по конструкции проще механических, но из-за большого расхода пара (0,30-0,35 кг пара на 1 кг мазута) и сильного шума применяются в котлоагрегатах производительностью до 3,3 кг/с.

Пневматические форсунки, в которых распыливающей средой является воздух, можно разделить на форсунки высокого и низкого давлений. К первой группе относятся форсунки, в которых давление дутьевого воздуха составляет 0,2-1 МПа и выше, ко второй - форсунки, в которых давление воздуха равно 0,002-0,008 МПа.

В форсунках высокого давления воздух на распыление подается от компрессора в количестве 10-15 % общего его расхода. В форсунках низкого давления воздух подается вентилятором и количество его, поступающее на распыление, составляет 40-100 % от общего расхода.

Рис. 46. Устройство мазутной форсунки: 1, 2 - трубы для пара и мазута;

3 - корпус; 4 - подводящий ствол с распределительными дисками;

5 - насадка; 6 - сопло.

При сравнении достоинств пневматических форсунок высокого и низкого давлений предпочтение следует отдать последним. Во-первых, они обеспечивают более высокое качество распыления топлива вследствие большого удельного расхода воздуха; во-вторых, создаются более благоприятные условия для сжигания топлива в результате интенсификации процесса смесеобразования. Кроме того, при этом работают низконапорные топливные насосы и вентиляторы, что ведет к снижению расхода энергии на электропривод. К недостаткам пневматических форсунок низкого давления следует отнести значительные габариты, которые возрастают с увеличением их производительности.

Широкое распространение получили также паро- и пневмомеханические форсунки, которые относятся к классу комбинированных. При номинальном (расчетном) расходе топлива комбинированные форсунки работают как механические, т. е. с большим давлением топлива, а при малых расходах - с подачей распыливающего агента (пара или воздуха). В таких форсунках вращательное движение топлива создается путем тангенциального его подвода или с помощью завихрителей различных конструкций. Для обеспечения более тонкого распыления мазута уменьшают его вязкость, предварительно подогревая. В зависимости от марки мазута и типа форсунки температура его подогрева принимается различной. Например, для воздушных форсунок температуры подогрева мазутов марок 40, 100 и 200 соответственно равны 363 К, 380 К и 403 К; для механических форсунок эти температуры имеют значения 376 К, 388 К и 413 К, а для паровых – 348 К, 371 К и 388 К. Печное топливо не требует предварительного подогрева вследствие его малой вязкости даже при низкой температуре (до 263 К).