Типы форсунок и принцип их работы

Форсунка состоит из корпуса и подводящего ствола, на котором закреплена распыливающая головка.

В зависимости от метода распыливания форсунки разделяют:

· на механические;

· на паровые;

· на ротационные;

· на воздушные;

· на форсунки с плоской щелью.

Механические форсунки основаны на использовании для распыливания кинетической энергии самой струи мазута, подаваемого к форсункам (рис. 2.14).

Топливо проходит по стволу и через отверстия в распределительном диске поступает в периферийную часть прорезей завихрения, по ним – в его центральную камеру и далее, в закрученном виде, через отверстие распыливающей шайбы выдается в топку в виде мазутного тумана, где сгорает во взвешенном состоянии.

б

	Мазут

Рис. 2.14. Механическая форсунка: а – конструкция; б – принципиальная схема: 1 – корпус;
2 – подводящий ствол; 3 – завихряющийся диск; 4 – распределительный диск; 5 – распыливающая шайба с отверстием

Механические форсунки являются наиболее экономичными горелочными устройствами, не требующими дополнительного подвода пара или воздуха для распыливания. Недостатком механических форсунок является засорение их выходного отверстия нефтяным коксом, а также ограниченная возможность регулирования производительности. Для устранения засорения форсунок требуется тщательная очистка и фильтрация топлива, что значительно усложняет и удорожает установку.

Паровые форсунки (рис. 2.15) состоят из двух концентрических труб, ввернутых в общий корпус. Пар поступает по одной из концентрических труб, а далее во внутреннюю трубу и выходит из нее через сопло, благодаря чему скорость истечения пара достигает очень высокой величины (до 1000 м/с и более). Топливо, пройдя кольцевой канал, тонкими струйками под небольшим углом попадает на паровую струю, разбивается на мельчайшие капельки и вводится в топку.

Преимуществами паровых форсунок являются надежность в работе; большой диапазон регулирования; обеспечение тонкого распыливания; исключение засорения форсунок.

К недостаткам относятся: большой расход пара на распыливание; большой шум при работе форсунки; потеря конденсата пара и понижение температуры в топке за счет расхода теплоты на нагревание мазута.

Для распыления мазута применяют перегретый или сухой насыщенный пар. Удельный расход пара составляет 0,3 – 0,5 кг на 1 кг мазута.

Ротационные форсунки (рис. 2.16) представляют собой воздушно-механические горелочные устройства, в которых распыливание происходит за счет центробежной силы, создаваемой быстро вращающимся ротором.

Рис. 2.16. Принципиальная схема ротационной форсунки: 1 – электродвигатель; 2 – вал;
3 – крыльчатка вентилятора; 4 – распыливающий стакан; 5 – воздушный конус; 6 – кожух

Топливо подается через топливное гнездо на коническую внутреннюю поверхность распыливающего стакана. Вал форсунки приводится во вращение через клиноременную передачу от электродвигателя. Под влиянием центробежной силы топливо растекается по внутренней поверхности стакана, а затем в виде тонкой пленки сбегает через его край. При помощи вентилятора, закрепленного на валу форсунки, в зазор между стаканом и воздушным конусом направляется поток воздуха (первичного воздуха), который распыливает пленку топлива, сбегающую от края стакана. Распыленное таким образом топливо поступает в топку в виде мельчайших капелек. Подаваемый вентилятором первичный воздух составляет около 10 – 20 % от всего подаваемого воздуха, необходимого для горения топлива. Остальная часть воздуха (вторичный воздух) поступает в топку через кольцевую щель.

Преимущества ротационных форсунок заключаются в возможности регулирования в широком диапазоне 20 – 100 %; в широком разносе распыляемого топлива, благодаря чему факел получается сравнительно коротким; в небольшом их сопротивлении и отсутствии необходимости тонкой фильтрации воздуха.

Недостатками являются большой шум при работе и сложность в изготовлении и эксплуатации.

Воздушные форсунки (рис. 2.17, а) представляют собой горелочные устройства, в которых распыливание топлива происходит за счет подаваемого сжатого воздуха.

а б

Рис. 2.17. Принципиальная схема: а – воздушной форсунки; б – форсунки с плоской щелью;
1 – мазутный ствол; 2 – завихритель; 3 – подпорное кольцо

Распыленное топливо вводится в топку с первичным воздухом, количество которого составляет около 50 – 70 % от всего подаваемого воздуха для горения топлива. Этот воздух поступает во внутренний канал горелки, а затем в завихритель, в котором сильно закручивается. На выходе из завихрителя воздух встречает мазут, идущий из мазутного ствола, и распыливает его. Вторичный воздух поступает в топку через наружный канал горелки и регистр, в котором он также закручивается. Регулируется горелка в диапазоне
20 – 100 % номинальной производительности.

Воздушные форсунки применяются в некоторых типах комбинированных газомазутных горелок в тех случаях, когда основным топливом является газ, а резервным – мазут.

В топках, предназначенных для сжигания мазута, воздушные форсунки не распространены, т. к. мазут распыливается в них хуже, чем в форсунках других типов, в результате чего факел получается более длинным, а потери топлива – более высокими.

Форсунки с плоской щелью (рис. 2.17, б) представляют собой горелочные устройства, в которых мазут подводится снизу вверх, а пар перерезает выходящую струю мазута в перпендикулярном направлении. Это дает весьма короткий факел и обеспечивает применение их в котлах малой мощности с ограниченной глубиной топки. Расход пара на форсунку составляет 0,3 – 0,4 кг на 1 кг мазута.

Топки для сжигания газа

Топочные устройства для сжигания газа по своей конструкции аналогичны мазутным, поэтому в газовых топках с успехом можно сжигать мазут, и наоборот. Для сжигания газа применяются специальные горелочные устройства, которые называются газовыми горелками. Основным назначением горелок является образование газовоздушной смеси и создание хороших условий для ее воспламенения.

В зависимости от метода и формы создаваемого факела горелки подразделяются на:

· щелевые подовые;

· инжекционные прямоточные;

· закручивающие многоструйные;

· кольцевые.

Щелевые подовые газовые горелки (рис. 2.18) предназначены для сжигания газа в топках котлов малой мощности и низкого давления.

Рис. 2.18. Принципиальная схема щелевой подовой горелки: 1 – отверстия; 2 – колосниковая решетка; 3 – горелка подовая

Горелка состоит из стальной трубы, закрытой с одной стороны наглухо, с двумя рядами отверстий, расположенных по длине в два ряда в шахматном порядке под небольшим углом от вертикальной плоскости. Горелки располагаются непосредственно на полу или в колосниковой решетке. Воздух, необходимый для горения, подается в топку через колосниковую решетку дутьевым вентилятором.

Щелевые подовые горелки являются простыми по конструкции и имеют широкий диапазон регулирования.

Инжекционная прямоточная газовая горелка(рис. 2.19) состоит из двух основных частей: инжекционного устройства и стабилизатора горения. Воздух, необходимый для горения, инжектируется в топку за счет кинетической энергии струи горючего газа, который через сопло поступает в конфузор-смеситель, засасывая воздух из атмосферы. Далее газовоздушная смесь проходит в цилиндрическую камеру смешения, где она окончательно перемешивается, и через диффузор и стабилизатор выходит в топочную камеру.

Преимущество инжекционных горелок заключается в том, что при их установке не требуется дутьевой вентилятор. Однако они имеют существенный недостаток – создают большой шум при работе. Для уменьшения этого шума горелки оборудуются глушителем шума, который служит также для регулирования количества подаваемого воздуха.

Рис. 2.19. Принципиальная схема: инжекционной прямоточ- ной газовой горелки: 1 – пластин- чатый стабилизатор; 2 – смеситель; 3 – форсунка

Закручивающая многоструйная газовая горелка состоит из цилиндрического сварного корпуса (рис. 2.20). Внутри корпуса по окружности размещены газовые трубы, на которых насажены литые наконечники (головки) с завихряющимися лопатками. Газ из газовой камеры проходит по трубам и через ряд отверстий небольшого диаметра выводится в топку. Воздух от дутьевого вентилятора поступает в корпус горелки между газовыми трубами, откуда через отверстия в футеровке проходит в топку. Струи газа, выходя под углом к оси трубы и встречаясь с завихренным потоком воздуха, проходящим между лопаток, хорошо перемешиваются, вследствие чего газовоздушная смесь поступает в топку подготовленной, что позволяет получить факел небольшой длины.

Рис. 2.20. Принципиальная схема закручивающей многоструйной газовой горелки: 1 – футеровка; 2 – чугунная насадка; 3 – трубы подачи газа в горелки; 4 – центральная труба для розжига

Кольцевые газовые горелки предназначены для совместного сжигания газа и мазута в топках паровых котлов средней мощности (рис. 2.21).

Кольцевая горелка представляет собой чугунное кольцо, по которому подводится газ. Кольцо имеет ряд мелких отверстий, и через них газ выходит в амбразуру, смешиваясь с воздухом. Мазут подается к форсунке по трубе, которая расположена по центру горелочного устройства.

Кольцевые горелки очень удобны для одновременного сжигания газа и мазута. Их можно применять для сжигания газа различного давления при работе с дутьевым вентилятором и без него.

Все котельные агрегаты, работающие на газообразном или жидком топливе, должны снабжаться автоматически действующими взрывными клапанами. Эти клапаны устанавливаются в верхних точках газоходов котла, где возможно скопление газов.