4.4.2. Котлы для сжигания жидкого топлива и горение в них

Котлы на жидком топливе конструктивно несколько отличаются от котлов, работающих на твердом топливе.

Для универсальных котлов, предназначенных для сжигания жидкого топлива, поставляют специальную горелку с автоматом безопасности, без которого работа котлов не допускается.

Комбинированные котлы для отопления дома могут использовать не один, а несколько видов топлива. За эту особенность их называют также универсальными. Их основное достоинство – возможность работы при перебоях с основным видом топлива.

В зависимости от комбинаций топлива различают несколько видов котлов, которые отличаются конструкцией и типом горелки.

Особенностью жидко-топливных отопительных котлов является использование мазута, дизельного топлива или керосина в качестве топлива. Основные химические элементы, входящие в состав любого жидкого топлива для котлов отопления, - это кислород, водород, углерод и сера. За счет наличия в составе мазута негорючих минеральных веществ и влаги при сгорании  жидкого топлива образуется зола.

Зольность мазутов преимущественно обусловлена содержанием кислородсодержащих соединений, содержащих катионы металлов. Некоторая доля золы образуется из взвешенных частиц (преимущественно силикаты и диоксид кремния). При переходе к более вязким мазутам содержание взвешенных частиц и коллоидных частиц повышается. Зола является крайне нежелательным компонентом продуктов сгорания мазутов, так как, забивает форсунки, ускоряет коррозию оборудования и требует периодической остановки и чистки оборудования котельных установок. Наиболее опасны соединения ванадия (в золе они представлены пятиоксидом ванадия V₂O₅), резко снижающие стойкость большинства сталей к высокотемпературной коррозии.

Основными свойствами котельного мазута как жидкого топлива, определяющими его применение в котельных установках, являются: содержание серы, вязкость, температура застывания, зольность, низшая теплота сгорания, плотность.

Мазут – это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000), нефтяных смол (с молекулярной массой 500-3000 и более), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными: вязкость 8-80 мм²/с (при 100 °C), плотность 0,89-1 г/см³ (при 20 °C), температура застывания 10-40 °С, содержание серы 0,5-3,5 %, золы до 0,3 %, низшая теплота сгорания 39,4-40,7 МДж/моль.

По количеству серы мазуты делятся на малосернистые, сернистые и высокосернистые с содержанием серы до 0,5 %, 2 % и 3,5% соответственно. Содержание серы в мазутах зависит от исходной нефти, но значительно выше, чем в ней, так как сера концентрируется преимущественно в тяжелых остаточных продуктах. При пере­работке высокосернистых нефтей содержание серы в ма­зутах может доходить до 4,3%. Сера содержится в ма­зутах в активной и пассивной форме. Активная сера вызывает коррозию трубопроводов, подогревателей в ре­зервуарах, теплообменников и хвостовых поверхностей нагрева при температурах металла их стенок ниже температуры точки росы.

 В мазутах с нефтеперерабатывающих заводов, как правило, лишь следы воды. Обводнение мазута бывает при перевозках и особенно при подогреве открытым паром. При подогреве мазута открытым паром содержание влаги в мазуте резко возрастает, что не только вызывает потери пара и конденсата, но и снижает качество самого мазута. В результате снижается коэффициент полезного действия КПД котлоагрегатов и надежность работы котельной. При подогреве в от­крытых резервуарах вода, содержащаяся в мазуте, вызывает вспенивание.

Котельный мазут бывает маловязкий и высоковязкий с большим содержа­нием смолистых веществ и парафина. Вязкость мазута является важным эксплуатационным фактором, определяющим способность транспортировки, слива, перекачки и сжигания его. С повышением температуры вязкость мазута уменьшается, поэтому все операции с мазутом производят с подогревом.

В зависимости от вязкости котельный мазут бывает нескольких марок, раз­личающихся температурой застывания, которая всегда выше 0 °С. Для наиболее вязких сортов мазута температура застывания – 25 °С и выше, поэтому необходим предварительный подогрев такого мазута: при перекачке до 60-70 °С, а при сжигании до 140 °С.

Температурой вспышки мазута называют такую температуру, при которой пары его образуют с окружающим воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней огня.

При разогреве мазутов в открытых (без давления) емкостях в целях пожарной безопасности температура подогрева должна быть примерно на 10 °С ниже температуры вспышки. В закрытых емкостях (змеевиках, трубах), находящихся под давлением, топливо можно подогревать мазут значительно выше температуры его вспышки.

В настоящее время на водотрубных котлах (ДЕ, ДКВР) и водогрейных агрегатах (КВ-ГМ) устанавливаются газо-мазутные горелки различных конструкций, удовлетворяющие требованиям экономичной и безопасной эксплуатации. Главным при этом является обеспечение примерно равного качества сжигания и длины факела на обоих видах топлива (природном газе и мазуте). Газо-мазутные горелки представляют собой комплекс из газовой горелки и мазутной форсунки и в зависимости от конструкции предназначены для раздельного или совместного сжигания газового и жидкого топлива. Для установки горелки во фронтовой стенке (обмуровке) котла выполняют амбразуру.

В децентрализованном теплоснабжении используют, как правило, дизельное топливо и легкие сорта мазута. Прежде всего, это обусловлено удобством их транспортировки и хранения, невысокой вязкостью, облегчающей задачу эффективного сжигания, а также низким содержанием серы и золы, что решает проблему загрязнения окружающей среды и сохранности оборудования.

Дизельные котлы – это котлы, работающие на дизельном топливе, при этом всегда есть возможность заменить дизельную горелку на газовую (благодаря этому данные котлы можно считать универсальными). Горелки к дизельным котлам подбираются исходя из мощности котла. Дизельные котлы - это оптимальное решение, когда газ еще не подведен, но планируется его подвод. В этом случае не потребуется покупать еще один котел и изменять систему отопления и горячего водоснабжения, а достаточно будет просто поменять горелку на газовую.

Рис. 43. Устройство котла для сжигания жидкого топлива.

Рис. 44. Устройство котлов для сжигания жидкого топлива.

Рис. 45. Устройство котлов для сжигания жидкого топлива.

Рис. 46. Устройство котла для сжигания жидкого топлива (два вида).

Рис. 47. Устройство котлов для сжигания жидкого топлива.