1.Цель работы

Изучить, пользуясь методическими указаниями, атласом и моделями, классификацию, конструкции, показатели, работы, преимущества и недостатки, область применения топливосжигающих устройств (ТСУ).

В тетради сделать эскизы и описать ТСУ, указанные пре­подавателем.

2.Общая характеристика тсу

Сжигание топлива в пламенных печах, производят с помощью топливосжигающих устройств.

По способу смешения с воздухом все топливосжигающие уст­ройства делятся на четыре группы:

а) без предварительного смешения топлива с воздухом;

б) с частичным (улучшенным) смешением;

в) с неполным предварительным смешением.

г) с полным предварительным смешением;

К топливосжигающим устройствам без предварительного смеше­ния относятся горелки типа "труба в трубе" и форсунки. Принципи­альное устройство их см. на рисунках 1 и 2. Коэффициент расхода воз­духа для горелок этого типа 1,15 и для форсунок 1,2.

Горелки без предварительного смешения и форсунки высокого давления следует применять при отоплении крупных печей (мартенов­ских, прокатных) при установке их с торца печи, чтобы избежать физического недожога топлива. Используют горелки без предвари­тельного смешения также в радиационных трубах с целью получения растянутого факела.

К топливосжигающим устройствам частичного смешения относят­ся (горелки типа "труба в трубе" и турбулентные горелки (рисунки 3 и 4). Коэффициент расхода воздуха для таких горелок задают 1,1. Приме­нять их следует в печах средних размеров (печи с выдвижным подом) или крупных печах (методические, проходные) при установке по боковым сторонам печи иди на своде.

К топливосжигающим устройствам с полным предварительным смешением относятся горелки инжекционные и радиационные (рисунки 5 - 9). Коэффициент расхода воздуха α = 1,05. Применяют на печах с малым объемом рабочего пространства (колпаковых, секционных). Из-за малой длины факела они получили название "беспламенные" в отличие от других вышеперечисленных групп, которые называют "пламенные" или"дутьевые".

3.Форсунки

Форсункой называется устройство для распыления жидкого топлива, смешение его с воздухом и организация его додачи в топку (рабочее пространство печи).

Основные требования, предъявляемые к форсункам:

1. тонкое и равномерное распыление топлива;

2. хорошее смешение топлива и воздуха;

1. легкое регулирование расхода топлива с получением задан­ного соотношения топлива и воздуха;

3. устойчивый факел заданной формы и длины;

4. надежность и удобство эксплуатации форсунок, отсутствие подтеков, удобство ремонта, осмотра и чистки.

Все форсунки по способу распыления топлива делятся на три группы: механические, высокого давления и низкого давления.

Форсунки каждой из групп классифицируются по ряду конструк­тивных признаков. В таблице 1 представлена классификация форсунок о указанием длины факела и угла его раскрытия.

3.1. Механические форсунки

Механическими форсунками называются форсунки, в которых топ­ливо, проходя через небольшие отверстия под давлением, приобре­тает скорость и подвергается дроблению без участия постороннего распылителя. Необходимый для, горения воздух подается вне форсунки дутьевым вентилятором или поступает под влиянием разряжения в топ­ке. Давление топлива 0,8-5 МПа. Скорость истечения мазута 40м/с.

Таблица 1 - Классификация форсунок

Тип форсунок	Длина факела, м	Угол раскрытия факела, град.
Механические:
брандспойтные	3 – 10	5 - 12
вихревые	2 – 6	50 - 80
центробежные	1 – 3	70 - 120
Высокого давления:
прямоструйные	2,5 – 8	15 - 35
внутреннего и двойного распыления	2 – 6	20 - 45
щелевые	1,5 – 4	60 - 90
турбулентные	1 – 2,5	80 - 90
Низкого давления:
прямоструйные	1,5 – 4	20 - 30
внутреннего и двойного распыления	0,8 – 2,5	25 - 40
встречных потоков и вихревые	0,7 – 2	40 - 75
турбулентные	0,5 - 1	60 - 90
ротационные	0,5 – 3	30 - 170

Механические форсунки по движению частиц топлива делятся на:

а) брандспойтные - с прямоструйным осевым движением частиц топлива, подаваемого через одно или несколько отверстий [атлас, рисунок 1.2];

б) центробежные - с тангенциальным подводом топлива в камеру, благодаря чему возникают центробежные силы распыления [атлас, рисунок 1.4];

в) вихревые - с завихряющимися винтовыми или тангенциальными каналами, [атлас , рисунок 1.3]; ,

г) с разбросом и распылением топлива вращающимися устройствами форсунки [атлас, рисунки 1.5, 1.6].

По способу регулирования:

а) с регулированием давления топлива - большинство форсунок;

б) с регулированием числа выходных отверстий [атлас, рисунок 1.7];

в) с обратным сливом, т.е. с обратным отводом части мазута.

Преимущества механических форсунок:

- экономичность распыления, т.к. посторонний распылитель не нужен; расход энергии на подачу под давлением топлива во много раз меньше расхода энергии на получение сжатого воздуха или пара для распыления;

- возможность подогрева до высокой температуры воздуха, под­водимого для горения;

- бесшумная работа форсунок;

- компактность установки форсунок (отсутствует трубопровод для распылителя);

Недостатки механических форсунок:

- грубое распыление и недостаточное смешивание с воздухом; необходимость работать со значительными избытками "воз­духа; возможность сжигания лишь в больших топочных каме­рах;

- частое засорение форсунок (малые отверстия для топлива);

- необходимость тонкой фильтрации и высокого подогрева (вязкость не более 4°. ВУ);

- недостаточная глубина регулирования, вследствие дросселирования топлива; регулирование другими методами (обрат­ный слив, перекрытие отверстий) - довольно сложно.

Ротационные форсунки [атлас, рисунки I.5 - 1.6] применяют там, где уста­новка трасс воздуха, пара, мазута неэкономична или невозможна.

Характеристики ротационных форсунов следующие: возможность работы при низком давлении топлива; топливо может поступать са­мотеком от бака, расположенного на высоте 2 м над осью форсунки; форсунки не засоряются, т.к. в них нет отверстий малых сечений.

У ротационных форсунок ниже требования к вязкости (можно подогревать мазут до 330 - 350 К): удобство и простота регулирования производительности; регулирование расхода топлива сводится к перекрытию регулировоч­ного вентиля на мазутопроводе; качество распыления даже улучшает­ся; регулирование расхода воздуха осуществляется заслонкой; уменьшение распыления мало сказывается на качестве распыления, т.к. распыление происходит под воздействием вращающейся чаши; тонкое распыление, широкий факел (для малых топочных объемов); больше пределы производительности от 5 кг/ч до 5000 кг/ч.

Механические форсунки широко применяются в судовых и ста­ционарных установках.

3.2. ФОРСУНКИ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Форсунками низкого давления или вентиляторными называются такие, в которых растлителем служит воздух с давлением (10 кПа), Форсунки низкого давления делятся: '

по движению воздуха и топлива;

а) прямоструйные [атлас, рисунки 2.2 - 2.5];

б) встречных потоков;

в) вихревые [атлас, рисунок 2.73];

г) турбулентные [атлас , рисунок 2.6];

по способу регулирования:

а) с переменными выходными скоростями воздуха и топ­лива и неизменными выходными сечениями (регули­рование давления [атлас ,рисунок 2.2];

б) с регулируемым у выхода сечением для воздуха

[атлас, рисунки 2.3 - 2.4];

в) двухступенчатые с нерегулируемым первичным потоком воздуха [атлас, рисунки 2.4 - 2.5);

г) с регулированием у выхода сечения для воздуха и мазута [атлас, рисунок 2.6];

д) сблокированного регулирования с изменением выход­ных сечений и постоянными выходными скоростями воздуха и топлива.

В распылении принимает участие весь или почта весь воздух, необходимый для горения, что значительно улучшает условия сме­сеобразования и получений короткого факела, но ограничивает про­изводительность форсунки и температуру подаваемого воздуха. it

В большинстве форсунок низкого давления форсунки Роквелла

[атлас, рисунок 2.2], ЦНИИТМаш, Шмидта [атлас, рисунок 2.7], ФК-VI [атлас, рисунок 2.5] и др. расход воздуха регулируют дросселированием заслонкой, что неизбежно приводит к уменьшению давления воздуха и ухудшает качество распыления. Поэтому диапазон регулирования небольшой. Такие форсунки хорошо работают только при максимальной или близкой к ней производительности.

Осуществляемое в форсунках Стальпроекта [атлас, рисунок 2.3] и др. конструкциях регулирование расхода воздуха перемещением мазутной трубки также не лишено недостатков. Эта задача решена при раздельном регулировании расхода воздуха и топлива путем изменения выходных сечений у форсунки ФК-VI [атлас, рисунок 2.6].

Преимущества форсунок низкого давления:

- через форсунки подают весь воздух, необходимый для горения, что облегчает смесеобразование и условия для сгорания топлива;

- факел более короткий, менее окислительный;

- стоимость распыления сравнительно низка.

Недостатки форсунок низкого давления:

- большие размеры воздухопроводов, что ограничивает производи­тельность форсунок; практически В = 100 - 150 кг/ч;

- подогрев воздуха ограничивается температурой 500 - 600 К, иначе мазут коксуется ;

- регулирование осуществляют дросселированием воздуха, что рез­ко ухудшает распыление топлива.

В форсунках высокого давления распылитель не дросселируется.

Особенности форсунок низкого давления двойного распыления:

- заливание форсунки за счет перемещения мазутного сопла;

- подвод первичного воздуха хотя и улучшает смесеобразование, но при остановке вентилятора получается заливание мазутом;

- отклонение факела ввиду ненадежной фиксации мазутной трубки;

- дают широкий и короткий факел, но прямоструйность не позволя­ет получать удовлетворительное смешение с воздухом на пути менее 1 м. При малых расходах (2 - 3 кг/ч) форсунки работают не­надежно.

Форсунки низкого давления применяются главным образом в нагревательных, термических печах, а также в котельных установках.

3.3. ФОРСУНКИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Форсунками высокого давления называются такие, в которых распыление топлива осуществляется компрессорным воздухом с дав­лением 0,3 - 0,7 МПа или паром с давлением 0,3 - 1,2 МПа. На распы­ление подают 3 - 10% компрессорного воздуха от необходимого для горения, остальной воздух (90 - 97 %) подают вентилятором к корню факела через завихряющие и регулирующие регистры.

Распылитель (пар или воздух) выходит через сопло или щель с большой скоростью и раздробляет топливо.

Форсунки высокого давления по роду распыляющей среды делят­ся на паровые и воздушные: по форме выходного топливного отверстия

а) плоские или щелевые [атлас, рисунок 3. 10];

б) круглые [атлас, рисунки 3.1 – 3.8];

по движению смеси топлива и распылителя:

а) прямоструйные - большинство форсунок [атлас, рисунки 3.1 – 3.10];

б) вихревые [атлас, рисунок 3.8];

в) турбулентно-вихревые [атлас, рисунок З11];

по способу распыления и образования смеси:

а) с внутренним распылением и смесеобразованием [атлас, рисунки 3.2-3.6];

б) с наружным распылением и смесеобразованием [атлас, рисунки 3.1, 3.8, 3.10];

по числу ступеней распыления:

а) одноступенчатые [атлас, рисунки 3.1-3.10];

б) двухступенчатые и многоступенчатые.

Преимущества форсунок высокого давления:

. - очень тонкое распыление топлива;

- возможность применения высокоподогретого воздуха для горения;

- направленность факела (очень важно для мартеновских печей и длинных методических печей);

- широкий диапазон регулирования производительности ;

- возможность автоматического регулирования тепловых режимов печей, поскольку при регулировании дросселируется только вентиляторный воздух, а нерегулируемый распылитель (сжатый воздух или пар) не дросселируется и качество распыления не ухудшается.

Недостатки форсунок высокого давления:

- большой расход энергии на распыление;

- недостаточное смесеобразование с основным воздухом, необхо­димым для горения;

- очень длинный и острый факел у большинства круглых форсунок;

- по сравнению с механическими форсунками форсунки высокого давления дают значительно лучшее распыление, но расход энергии значительно больше.

Особенности форсунок высокого давления для мартеновских печей.

Требования, предъявляемые к этим форсункам следующие:

- хоро­шее распыление топлива;

- жесткий факел с достаточный углом раскры­тия факела;

- простота и надежность в работе,

- пламя должно быть сильно светящимся.

Анализ работы мартеновских печей с форсунками различных типов дает основание сделать следующие выводы:

1) почти все форсунки высокого давления пригодны для работы в мартеновских печах различных размеров и крупных нагре­вательных печах;

2) форсунки ДМИ [атлас, рисунок 3.2] применимы для крупных пeчей;

3) форсунки Шухова [атлас, рисунок 3.1] - для чалых мартеновских печей, они уступают по качеству, распыления форсункам с внутренним распылением;

4) форсунки УПИ [атлас, рисунок 3.6] наиболее эффективны по распылению, по гибкости регулирования они уступают форсункам с двухступен­чатым независимым распылением и регулированием;

5) форсунки с двухступенчатым независимым распылением и регули­рованием дают регулируемый факел, однако они имеют повышенный расход распылителя.

У форсунок с центральным вводом топлива резче влияние длины выхлопной трубы на распыление, чем при периферийном.

Увеличение выхлопной трубы улучшает смешение топлива и рас­пылителя, но является и каплеосадителем. Увеличение диаметра выхлопной трубы приводит к ухудшению распыления, поэтому диаметр трубы выхлопа должен быть не более критического.

Областью применения форсунок высокого давления являются котельные установки и большие печи, нагревательные (методичес­кие) и плавильные (сталеплавильные), где требуется вытянутый факел. Применение короткопламенных форсунок Карабина [атлас, рисунок 3.9] по­зволит расширить область их внедрения на термические и камер­ные нагревательные печи.