Комбинированная паромеханическая форсунка

В настоящее время на котлах стали широко применять более совершен­ные комбинированные паромеханические форсунки, основными преимуществами которых являются значительно большая глубина регулирования подачи при сравнительно невысоких давлениях, создаваемых топлливно-форсуночными насосами (0,6-3 МПа), при хорошем качестве распыливания топлива.

На нагрузках, близких к полным, паромеханическая форсунка работает, как чисто механическая центро­бежная. На сниженных нагрузках, при которых для обеспечения хоро­шего распыливания автоматически включается подача пара давлением примерно 0,15—0,2 МПа, форсунка работает, как паромеханическая. Рас­ход распыливающего пара у паромеханической форсунки составляет при­мерно 0,05—0,15 кг/кг топлива, что для котлов существенного значения не имеет, учитывая кратковременную работу паромеханической форсунки на сниженных нагрузках. Кроме того, при периодических продувках распы­лителей паром уменьшаются их за­сорение и коксуемость.

У вспомогательных котлов, кото­рые могут длительное время рабо­тать на сниженных нагрузках, без­возвратную потерю пара, затрачи­ваемого на распыливание топлива, можно отнести к недостатку паро­механической форсунки.

В паромеханической форсунке с комбинированной распыливающей головкой (рис.3.11а )

Рис.3.11 Паромеханическая форсунка с комбинированной распыливающей головкой

топливо от топливно-форсуночного насоса по коль­цевому каналу ствола 7 поступает в головку форсунки 6 и затем по свер­лениям 5в распределитель 4. Из рас­пределителя, как и в обычной центро­бежной форсунке, топливо по танген­циальным каналам в распыливающей шайбе 2 поступает в вихревую ка­меру 3 и, раскрутившись в ней, на­правляется в топку. Рассмотрим конструкцию еще одной разновид­ности паромеханической форсунки.

При снижении расхода топлива, ког­да вследствие уменьшения давления распыливание ухудшается, по цент­ральной трубе 8 подается пар, кото­рый попадает в тангенциальные ка­навки дополнительной шайбы 1. Вы­ходящее из шайбы 2 механически распыленное топливо дополнительно подхватывается закрученным быстродвижущимся потоком пара в шай­бе 1 и вместе с ним по кольцевому среднему каналу между шайбами 1 и 2 поступает в топку. Помимо рас­смотренного варианта, существует ряд других конструктивных исполне­ний распыливающих головок паромеханических форсунок при сохра­нении общего принципа их работы.

Встречаются паромеханические форсунки без распыливающих шайб.

Рис.4.4 Паромеханические форсунки «Бабкок» с комбинированной распыливающей головкой без распыливающей шайбы.

Например, у форсунки «Бабкок» (рис. 3.12) вместо распыливающей шайбы имеется сопло с ци­линдрическими отверстиями. Сопло прижимается с помощью гайки , на­вертываемой на ствол . Топливо через каналы поступает в сопловые отверстия , куда по каналамтакже подается пар. Распыливание топлива осуществляется при использовании энергии совместного удара струи топ лива и пара, движущихся с большой скоростью. Существуют и другие виды форсунок, например-ультразвуковая и с изменяющимся размером вихревой камеры.

4.5 Ультразвуковая форсунка	4.6 Форсунка с изменяющимся размером вихревой камеры.

Некоторое распространение получили (преимущественно на судах построенных в ГДР) механические вращающиеся (ротационные) форсунки, составляющие конструктивно одно целое с топочным устройством.

Форсунки такого типа надежны в эксплуатации, имеют большую глубину регулирования, в них отсутствуют засоряющиеся каналы и отверстия. Ротационные форсунки обеспечивают надежное регулирование подачи в диапазоне нагрузок от 5 до 100% при хорошем качестве распыливания топлива, поступающего с низким давлением (0,05—0,15 МПа)

Недостатками ротационной форсунки являются сложность конструкции, повышенный шум в работе, также необходимость поддержания с помощью дымососов разрежения в топке на всех нагрузках котла, если на котле установлено несколько ротационных форсунок. Последнее обусловлено тем, что при осмотре и очистке или ремонте одной из форсунок без выключения остающихся работаюгцих при ее извлечении образуется достаточно большая амбразура, которую закрывают съемным стальным щитом. При работе дымососа им создается разрежение в топке поэтому щит, защищающий амбразуру от факела форсунки, будет прижат. При этом исключается выброс пламени из топки от работающих форсунок.

Механическое распыливание топлива в ротационных форсунках осу­ществляется под действием центро­бежной силы, создаваемой распылителем, вращающимся с большой частотой вращения (примерно 5000 об/ мин), а регулирование — путем из­менения открытия клапана, подводя­щего топливо к форсунке.

Существует несколько типов ротационных форсунок, принципиально отличающихся лишь видом привода (паровой, воздушный, электрический) и способом подвода воздуха.

Ротационная форсунка

1.3 Ротационная форсунка с приводом от электродвигателя показана на рис. 4.5

Рис.4.7 Ротационная форсунка с приводом от электродвигателя

Стакан 10 вместе с полы­м валом 8приводится во вращение от электродвигателя 4 через ремен­ную передачу 5. Топливо через шту­цер 6подается в неподвижную трубу , расположенную внутри полого вала 8, и из нее попадает на внутрен­нюю поверхность вращающегося стакана. Под действием центробеж­ных сил топливо прижимается к внут­ренним стенкам стакана; благодаря их небольшой конусности пленка топ­лива движется к выходной кромке. Вместе с полым валом вращается насаженное на него колесо вентиля­тора 3, который через патрубок 9 забирает воздух и нагнетает в коль­цевую щель 11 под давлением при­мерно 5 кПа.

Основной поток воздуха (прибли­зительно 90%) для горения топлива поступает в топку из межобшивочных каналов каркаса от котельного вен­тилятора. Каналы 1 оборудованы регулирующими шиберами 2.

Имеются конструкции ротацион­ных форсунок, в которых весь воздух поступает только от котельного вен­тилятора. Внешний вид вспомога­тельного котла, оборудованного топочным устройством с ротационной форсункой, показан на рис. 4.6.

Рис.4.8 Вспомогательный котёл, оборудованный топочным устройством с ротационной форсункой: 1-паровой коллектор; 2-газоход; 3-ротационная форсунка; 4-водяной коллектор.

Воздухонаправляющие устройства служат для подачи необходимого ко­личества воздуха в топку котла. От работы ВНУ зависят качество распыливания топлива, его смесеобразова­ние, процесс горения и в конечном счете общая экономичность котла. ВНУ бывают с раздельным подво­дом первичного и вторичного воз­духа (в основном у ротационных форсунок) и с совместным подводом воздуха, а также с неподвижными и с профильными поворотными ло­патками. Последние встречаются лишь у отдельных конструкций глав­ных котлов. Наибольшее распростра­нение получили ВНУ с неподвиж­ными лопатками и с совместным под­водом воздуха.

Топочное устройство отечествен­ных вспомогательных котлов типов КВВА-2,5/5 и КВС-30 показано на рис. 4.7

Рис 4.9 Топочное устройство котлов

Топочное устройство котлов КВВА 2.5/5 и КВС 30

ВНУ смонтировано в воз­душном коробе котла, в который по­дается воздух от котельного вентиля­тора. ВНУ состоит из двух неподвиж­ных конусообразных колец 5 и 7, между которыми установлены лопатки 18, расположенные под определен­ным углом, для закручивания вы­ходящего воздушного потока. Для регулирования подачи воздуха установлен кольцевой шибер 6, переме­щение которого осуществляется в го­ризонтальном направлении при по­мощи тяг 12,подключенных к ис­полнительному механизму системы автоматики. В местах выхода тяг на­ружу установлены манжетные уплот­нения 10. Основная часть воздуха из короба поступает в топку через каналы между лопатками 18, а не­которая часть — через четыре трубы 1 турболизатора, что способствует лучшему смесеобразованию.

Трубы 1 смонтированы в пазах фурмы 3, выложенной из фигурного кирпича. Пазы и зазоры между фигурными кирпичами заполнены шамотной обмазкой 4. Для установки форсунки строго по оси ВНУ пред­усмотрена форсуночная труба 8 с диффузором 2. На наружный конец форсуночной трубы навинчен башмак 13 с штуцером для подвода топлива и пара, зафиксированный стопорным винтом. Паромеханическая форсунка 17 вставляется в трубу 8и прижимается своим корпусом к каналам в башмаке при помощи стопора струбцинного типа, который состоит из откидной скобы 14 и сто­порного винта 15 с ручкой 16. Топочное устройство снабжено смотровыми устройствами, в одном из которых установлен фотоэлемент 11, служащий для контроля за горением форсунки. В случае срыва факела, фотоэлемент дает сигнал на срабатывание электромагнитного клапана, установленного на топливной магистрали, перекрывающего подачу топлива к форсунке. В смотровой трубе 9 имеются отверстия для прохода воздуха из короба котла, охлаждающего стекла фотоэлемента. Часто в форсуночных трубах делают захлопки 2 (рис. 4.10).

Рис.4.10 Топочное устройство с захлопкой и подвижным диффузором.

При выемке форсунки 3 (например, для чистки распыливающей шайбы) торец форсуночной трубы закроется захлопкой, благодаря чему предотвращается выброс горячего воздуха из короба. Следует помнить, что при выемке форсунки, прежде чем отвернуть струбцинный стопор, необходимо перекрыть подвод топлива и пара.

Диффузор 1 предназначенный для защиты корня факела от задувания и поддержания необходимой температуры при воспламенении топлива , может быть подвижным . Его перемещение осуществляется тягой 5, которая закрепляется стопором 4. Широкое применение у вспомогательных котлов получили автоматизированные топливно-форсуночные агрегаты, объе­диняющие в своем составе основные элементы топочного устройства, вен­тилятор, топливный насос и обору­дование, обеспечивающее безвахтен­ное обслуживание котла. Работают они в позиционном режиме «Включено-выключено».

В качестве примера рассмотрим аг­регат типа «Монарх», которым часто оборудуются вспомогательные котлы отечественных дизельных судов, по­строенных за рубежом (рис. 4.11).

Воздухонаправляющие устройства служат для подачи необходимого ко­личества воздуха в топку котла. От работы ВНУ зависят качество распыливания топлива, его смесеобразова­ние, процесс горения и в конечном счете общая экономичность котла. ВНУ бывают с раздельным подво­дом первичного и вторичного воз­духа (в основном у ротационных форсунок) и с совместным подводом воздуха, а также с неподвижными и с профильными поворотными ло­патками. Последние встречаются лишь у отдельных конструкций глав­ных котлов. Наибольшее распростра­нение получили ВНУ с неподвиж­ными лопатками и с совместным под­водом воздуха.

Топочное устройство отечествен­ных вспомогательных котлов типов КВВА-2,5/5 и КВС-30 показано на рис. 4.9. ВНУ смонтировано в воз­душном коробе котла, в который по­дается воздух от котельного вентиля­тора. ВНУ состоит из двух неподвиж­ных конусообразных колец 5 и 7, между которыми установлены лопатки 18, расположенные под определен­ным углом, для закручивания вы­ходящего воздушного потока. Для регулирования подачи воздуха установлен кольцевой шибер 6, переме­щение которого осуществляется в го­ризонтальном направлении при по­мощи тяг 12, подключенных к ис­полнительному механизму системы автоматики. В местах выхода тяг на­ружу установлены манжетные уплот­нения 10. Основная часть воздуха из короба поступает в топку через каналы между лопатками 18, а не­которая часть — через четыре трубы 1 турболизатора, что способствует лучшему смесеобразованию.

Трубы 1 смонтированы в пазах фурмы 3, выложенной из фигурного кирпича. Пазы и зазоры между фигурными кирпичами заполнены шамотной обмазкой 4. Для установки форсунки строго по оси ВНУ пред­усмотрена форсуночная труба 8 с диффузором 2. На наружный конец форсуночной трубы навинчен башмак 13 с штуцером для подвода топлива и пара, зафиксированный стопорным винтом. Паромеханическая форсунка 17 вставляется в трубу 8и прижимается своим корпусом к каналам в башмаке при помощи стопора струбцинного типа, который состоит из откидной скобы 14 и сто­порного винта 15 с ручкой 16. Топочное устройство снабжено смотровыми устройствами, в одном из которых установлен фотоэлемент 11, служащий для контроля за горением форсунки. В случае срыва факела, фотоэлемент дает сигнал на срабатывание электромагнитного клапана, установленного на топливной магистрали, перекрывающего подачу топлива к форсунке. В смотровой трубе 9 имеются отверстия для прохода воздуха из короба котла, охлаждающего стекла фотоэлемента. Часто в форсуночных трубах делают захлопки 2 (рис. 3.16). Пр выемке форсунки 3 (например, для чистки распыливающей шайбы) торец форсуночной трубы закроется захлопкой, благодаря чему предотвращается выброс горячего воздуха из короба. Следует помнить, что при выемке форсунки, прежде чем отвернуть струбцинный стопор, необходимо перекрыть подвод топлива и пара.

Диффузор 1 предназначенный для защиты корня факела от задувания и поддержания необходимой температуры при воспламенении топлива , может быть подвижным . Его перемещение осуществляется тягой 5, которая закрепляется стопором 4. Широкое применение у вспомогательных котлов получили автоматизированные топливно-форсуночные агрегаты, объе­диняющие в своем составе основные элементы топочного устройства, вен­тилятор, топливный насос и обору­дование, обеспечивающее безвахтен­ное обслуживание котла. Работают они в позиционном режиме «Включено-выключено».

В качестве примера рассмотрим аг­регат типа «Монарх», которым часто оборудуются вспомогательные котлы дизельных судов ( рис. 4.11).

Рис. 4.11 Устройство автоматизированного топливно-форсуночного агрегата типа «Монарх». 1-электродвигатель; 2-вентилятор; 3-фотоэлемент; 4-электроды зажигания; 5-двухсопловая форсунка; 6-электромагнитные топливные клапаны; 7-трансформатор зажигания; 8-топливный насос; 9-воздушная заслонка; 10-серводвигатель.

На рис. 4.12 показана схема агре­гата «Монарх», предназначенного для работы на высоковязком топли­ве.

Рис.4.12 Схема агре­гата типа «Монарх»

Управление агрегатом осуществ­ляется от электросистемы програм­много механизма, обеспечивающего последовательное выполнение опера­ций в зависимости от сигналов реле давлений, установленных на котле. Например, если давление в котле по­низится до заранее установленного значения, включится электродвига­тель 3 и вместе ним начнут рабо­тать закрепленные на его валу вен­тилятор 4 и топливный насос 15. Од­новременно включится также элект­рический топливоподогреватель 13. Первые 20—30 с (в зависимости от настройки системы) проводится вен­тилирование топки, а топливный на­сос в это время через имеющийся у него золотник будет забирать топ­ливо из расходной цистерны по тру­бопроводу 18 через фильтр 17 и про­качивать его частично на слив и час­тично через трубу 7, полость сопла 9, открытый электромагнитный кля пан 12 и трубу 16 во всасывающую магистраль.

По достижении температуры топлива около 95° С и окончании вен- тилирования топки включится трансформатор зажигания 6 и закроет клапан 12. Поскольку слив топлив от сопла 9 прекратится, топливо по воздействием своего давления отожмет поршенек запорного клапан сопла 9, направится к распылителю и воспламенится от дуги электродов 8. Фотоэлемент 5, восприняв свет от факела, отключит трансформатор Если зажигания не произойдет, на пример из-за попадания воды в топливо или по другим причинам, то по сигналу от фотоэлемента прекратится подача топлива, а программный механизм повторит цикл включения с предварительным вентилированием топки. При повторном срыве зажигания система остановится и включит сигнализацию. Если расход пара из котла большой и давление ниже настроечного значения, заданного программным механиз­мом,дополнительно включается сопло 10, для чего открывается электромагнитный клапан 11, а исполнитель­ным механизм (ИМ) 1 повернет заслонку 2 для увеличения подачи воздуха. Воспламенение топлива из сопла 10 происходит от факела работаю­щею сопла 9. При давлении в котле на 0,01 МПа ниже рабочего сопло 10 отключается, заслонка возвращается в исходное положение, а при достижении рабочего давления агрегат отключается. Для визуального контроля за пламенем на корпусе имеется смотровой глазок 14.

Кроме агрегата типа «Монарх», широко используются схожие с ним по компоновке и принципу действия агрегаты «Ойлон», «Унитерм», «Ви­кинг», «Сааке» и др.

Принципиальная схема топочного устройства, оборудованного агре­гатом «Сааке», показана на рис. 3.19. Широко применяются в систе­мах управления отечественных водо­грейных вспомогательных котлов аг­регаты типа АФ, именуемые автома­тизированными форсунками (напри­мер, АФ 65С 220).

В них использованы те же состав­ные элементы и сохранен общий принцип работы.

Контрольные вопросы

1. Какие основные элементы входят в сос­тав топливной системы парового котла?

2. Что представляет собой факельный процесс горения топлива и какие условия обеспечивают его устойчивость?

3. Какие возможны разновидности тяги?

4. Как тяга влияет на устойчивость горения топ­лива в топке котла?

5. Какие основные требования предъяв­ляются к форсункам котлов?

6. Какие существуют разновидности ко­тельных форсунок? Дайтеэксплуатационные характеристики форсунок различных типов.

7. Как устроен и работает топлнвно-форсуночный агрегат типа «Монарх»?