Паровые котлы ТЭС

Мазутные форсунки

На газомазутных паровых котлах горелки выполняют комбинированными, поскольку объемные расходы воздуха через горелки при

F A

Б)

Рис.. 8.2. Принципиальная схема и основные характеристики центробежной механической форсунки. а — принципиальная схема форсунки; б — зависимость коэффициента живого сечення (1), коэффициента расхода (ц) и угла рас­крытия струн (<р) от геометрической характеристики форсунки (Л).

Сжигании газа и мазута практически одинако­вы. Тип горелок выбирают в зависимости от тепловой мощности котла и расположения го­релок на стенах топки, исходя из обеспечения наилучшего заполнения топки факелом. Для тонкого распыления мазута в целях его эффек­тивного сжигания (см. § 4.2) применяют фор­сунки. Форсунка вместе с каналом подачи го­рячего воздуха и устройством для его завих - ривания (регистром) образуют мазутную го­релку. В зависимости от метода распыления мазута различают механические, паромехани - ческие и паровые форсунки [17].

Механические форсунки являются наиболее распространенным видом форсунок. Распыл мазута в этом случае обеспечивается подачей его под избыточным давлением (2,5—4,5 МПа) в вихревую камеру форсунки и выходом за­крученной массы мазута через узкое отвер­стие— сопло (рис. 8.2,а). Мазут вводится в вихревую камеру несколькими тангенциаль­ными каналами, при этом создается интенсив­но вращающийся вихрь с потенциальным рас­пределением скоростей

Wtr—WoR, (8.1)

Где Wt — тангенциальная скорость на расстоя­нии г от оси выходного сечения сопла; w0 — скорость на входе в тангенциальный канал; R — расстояние между осью форсунки и осью тангенциального канала.

В центре вращающегося потока создается пониженное давление, заполненное газовым вихрем, в результате чего истечение жидкого топлива из сопла происходит через кольцевое сечение толщиной г0—Гц, где го — радиус соп­ла, а гъ — радиус внутреннего газового вихря. На выходе из форсунки пленка жидкого топ­лива в зависимости от соотношения тангенци­альной и аксиальной составляющих скорости раскрывается под определенным углом ср и затем под действием набегающего потока воз­духа дробится на отдельные капли, которые движутся по параболе.

Теория центробежной форсунки была разработана Г. Н. Абрамовичем. Важными характеристиками фор­сунки являются: безразмерный геометрический пара­метр

А=Яг0/г2вх, (8.2)

Определяемый конструктивными характеристиками фор­сунки (см. рис. 8.2); коэффициент живого сечения сопла

|=1 -(гв/го)2, (8.3)

Коэффициент расхода р, связывающий полное давление топлива на входе в центробежную камеру с энергией покидающего ее потока; угол раскрытия струи ф (рис. 8.2,6).

Производительность механической центробежной форсунки Ви, кг/с, прежде всего завноит от площади выходного сопла f0, м, и давления поступающего топ­лива рц, МПа:

(8.4)

ВК = 6(ifo УржРм-

Здесь дополнительно Ь — числовой коэффициент; рм — плотность жидкого топлива, кг/м3.

Производительность мощных центробежных форсу­нок составляет 0,83—4,5 кг/с (3—16 т/ч) при диаметре выходного сопла d<>=4-=-10 мм. Диапазон качественного регулирования производительности снижением началь­ного давления мазута находится в пределах 60—100%.

Паромеханические форсунки имеют более широкий диапазон регулирования за счет ис­пользования при сниженной нагрузке энергии пара для тонкого распыла мазута. Такая фор­сунка (рис. 8.3) представляет собой соедине­ние обычной механической форсунки с допол­нительным кольцевым каналом подвода пара (рп=0,2-^-0,4 МПа). Вместо центробежной вихревой камеры в форсунке на рис. 8.3 при­менен аксиальный завихривающий аппарат с конусом-рассекателем. Поток пара со ско­ростью, близкой к критической, внедряется в распыляемую мазутную струю и за счет своей энергии тонко дробит капли мазута. Расход пара на распыл составляет не более 10% расхода мазута. Такая форсунка имеет диапазон качественного регулирования нагруз­ки 20—100%.

Кроме указанных, находят применение многосопловые паромеханические форсунки,

Создающие плоский факел и применяемые для плоских прямоточных горелок (рис. 8.4).

Паровые форсунки используются на элек­тростанциях, сжигающих твердое топливо, только как растопочные. В длительной работе они неэкономичны из-за большого расхода па­ра на распыл (40—60% расхода мазута). Пар давлением 0,4—0,6 МПа эжектирует мазут и тонко дробит его. Мазут может иметь низкое давление. Форсунки этого типа просты по кон­струкции, обеспечивают высокое качество рас­пыла мазута даже при невысоком его подо­греве (до 80°С). Обычно растопочные форсун­ки могут обеспечить около 30% производи­тельности парового котла.

Под действием центрооежного эффекта ма­зут выходит из сопла механической форсунки в виде тонкого полого конуса. Толщина перво­начальной пленки 6пл=0,56|л/о и составляет 0,5—2 мм. В результате растяжения пленка затем дробится на капли. Диаметр наиболее крупных из них равен толщине пленки.

Капли, имеющие скорость 60—80 м/с, под­вергаются дальнейшему дроблению под дейст­вием динамического давления набегающей на каплю окружающей газовой среды, воздуха или пара. Этот процесс называют вторичным дроблением.

Средний диаметр капель для механических форсу­нок составляет около 6Ср=300 мкм и зависит следую­щем образом от определяющих факторов: 5ср со

<*■»//£■» Как видно, повышение давления слабо влияет

На средний размер капель. В большей мере происходит угрубленне распыла при увеличении диаметра сопла форсунки d0-

В паромеханических форсунках 6ср = 50-н100 мкм и зависит от энергии поступающего пара и эффективно­сти его использования для распыла мазута.

Наиболее крупные капли при работе мощных ме­ханических форсунок достигают 1,5—2 мм. Необходи­мое для их испарения и сгорания время составляет около 2 с. Отсюда объем топочной камеры для пол­ного сгорания топлива должен иметь тепловые напря­жения не выше 200—250 кВт/м3 (см. рис. 7.2). При этом надо учесть, что крупные капли движутся в вос­ходящем потоке медленнее, чем окружающие газы, и поэтому их время пребывания в топке несколько уве­личивается. В случае использования паромеханических форсунок тепловые напряжения могут быть увеличены.

Регулирование производительности форсун­ки. Подачу топлива при сжигании мазута можно регулировать двумя способами: изме­нением давления мазута перед всеми работа­ющими форсунками (качественный метод) и выключением отдельных форсунок (количест­венный метод).

Из формулы (8.4) следует, что изменение расхода топлива первым способом требует заметного снижения начального давления, по­скольку Вмоо Так, для снижения произ­водительности на 40% (от 100 до 60% номи­нальной нагрузки) давление мазута необходи­мо снизить в 2,8 раза. Между тем для механи­ческих форсунок глубокое снижение давления недопустимо, так как уменьшение интенсивно­сти вихревого движения ведет к росту выход­ной толщины пленки, уменьшению скорости на выходе из сопла и увеличению размера капель. Повышение начального давления ма­зута связано с усложнением и удорожанием оборудования для транспорта и регулирования расхода, повышением эксплуатационных за­трат. Поэтому при использовании механиче­ских форсунок применяют качественно-коли­чественный способ регулирования нагрузки.

При значительном снижении нагрузки от­ключают отдельные горелки или группы горе­
лок,* когда их количество велико. При этом давление мазута перед оставшимися в работе горелками возрастает, что позволяет снова не­которое время снижать нагрузку изменением давления мазута.

На мощных паровых котлах чаще приме­няют паромеханические форсунки, обеспечи­вающие качественное регулирование во всем рабочем диапазоне нагрузок. Улучшение рас­пыла мазута можно достигнуть снижением вязкости его за счет более высокого предва­рительного подогрева мазута (см. § 2.4).