Факельный процесс сжигания топлива

Лекция 3

Тема 4. Устройство для сжигания топлива

Топливная система котла

Факельный процесс сжигания топлива

3.Тяга и тягодутьевые устройства

Топливная система котла

Топливная система предназначена для подготовки топлива и его бес­перебойной подачи к форсункам кот­ла. В систему входят топливные емкости, насосы, фильтры, подогреватели, трубопроводы с арматурой и контрольно-измерительными при­борами.

Топливные системы современных судов могут иметь арматуру, управ­ляемую дистанционно.

Топливо, предназначенное для сжигания в котлах, хранится в топ­ливных танках (бункерах), разме­щенных в междудонном, пространст­ве или в цистернах. Некоторые топ­ливные танки имеют немного увели­ченную высоту; они называются диптанками. Топливо, находящееся в ем­костях основного запаса, должно иметь вязкость, при которой возмож­на его перекачка в расходные цис­терны, поэтому их оборудуют змее­виками обогрева, а приемные трубо­проводы — паровыми спутниками. Паровой спутник представляет собой паропровод, проложенный совместно с топливным трубопроводом.

На судне обычно устанавливают расходные цистерны, вместимость которых соответствует 12—24-часо­вому расходу топлива на котлы. В этом случае они являются одновре­менно и отстойными. Все емкости должны быть оборудованы устройст­вами для замера в них уровня топ­лива: мерительными трубами, по­плавковыми или иными устройст­вами в зависимости от назначения и расположения их на судне, а также иметь воздушные трубы, выведенные на открытые палубы. Воздушные трубы предназначены для сообщения танка или цистерны с атмосферой. По ним удаляются выделяющиеся из топлива газы. Верхние концы труб, выходящие на открытую палубу, име­ют предохранительные колпаки с ог­незащитной проволочной сеткой.

Для определения количества топ­лива, находящегося в емкостях, их оборудуют мерительными трубами, которые выходят на открытые палу­бы и закрываются пробками на резьбе. Выходящие в машинное поме­щение мерительные трубы оборудуют самозакрывающимися приспособле­ниями. Емкости, расположенные в пределах машинного помещения, мо­гут иметь также сигнализацию об их заполнении или опорожнении.

Топливные насосы используют раз­личных типов, но наибольшее рас­пространение получили винтовые или шестеренные электроприводные насосы. Приемные и напорные фильт­ры системы применяют обычно сет­чатые спаренные, благодаря чему можно поочередно очищать их без вывода системы из действия. За­сорившийся фильтр отключают и пос­ле очистки фильтрующего элемен­та вновь вводят в действие или ос­тавляют в резерве. Загрязненность фильтра определяют по перепаду давлений на манометрах, установ­ленных до и после него. Предель­ный перепад давлений указывается в инструкциях. На напорных сет­чатых фильтрах перепад давлений обычно не должен превышать 0,1 МПа. Уменьшение перепада свиде­тельствует о прорыве фильтрующей сетки.

Подогреватель топлива обычно представляет собой теплообменный аппарат с петлевыми трубами, по ко­торым движется топливо (рис. 3.1). Корпус 9 подогревателя в верхней части фланцем соединен с трубной доской 1 и крышкой 3. В трубной доске закреплены трубы 10, имеющие форму петель. Перегородка 5 в крыш­ке и патрубки — входной 2 и выход­ной 4 — образуют ряд полостей, благодаря чему обеспечивается по­следовательный проход топлива по всем петлям. Греющий пар посту­пает через патрубок 11 и благодаря наличию диафрагм 8 делает в кор-пусе подогревателя несколько ходов. Отвод конденсата осуществляется через клапан 7. Подогреватель петле­вого типа является достаточно на­дежным теплообменным аппаратом, так как закрепление труб только в одной трубной доске дает им воз­можность свободно расширяться при нагревании. Подогреватель дЛя контроля уровня оборудован водо- указательным стеклом 6.

В топливной системе котельной ус­тановки, работающей на мазуте (рис. 3.2), предусматриваются расходные мазутные цистерны 1 и цистерна 2 дизельного топлива. Дизельное топ­ливо, не требующее первоначаль­ного подогрева, используется при растопке котла. Топливо из танка 9 через клапанную коробку 10 за­бирается одним из топливоперека- чивающих насосов 11 и подается в расходную цистерну 1. Один из

Рис. 3.1 Подогреватель топлива

топливно-форсуночных насосов 7 за бирает через фильтр 8 топливо из расходной цистерны и нагнетает его через подогреватель 5 и фильтр 4 к форсунке котла. В схеме предусмот рен сброс топлива через предохра ' нительный клапан 6 из нагнетатель ной магистрали насоса 7 в его при емную магистраль при перекрытии нагнетательной ветви трубопровода а также сброс через регулирующий клапан 3 излишков топлива в случае уменьшения нагрузки котла. I

Требования к топливным системам котлов регламентированы Прави­лами Регистра , основными из которых являются следующие:

система должна оборудоваться не менее чем двумя комплектами топливных насосов и фильтров на приемной и нагнетательной магистралях, а также двумя комплектам подогревателей топлива. Каждый комплект должен быть рассчитан на полную паропроизводительност обслуживаемых котлов; насосы, обслуживающие топливную систему, не должны иснользоваться для других целей. Эти насосы, помимо местного поста упраления, должны иметь средства для остановки их из легкодоступных мест вне помещения, в котором они расположены;

на трубопроводе, подающем топливо к форсункам каждого котла должен быть установлен быстрозапорный клапан;

подогревать топливо в танках и цистернах можно только при помощи, паровых или водяных змеевиков, при этом давление пара допускается не выше 0,7 МПа. Максимальная температура подогрева в цистернах должна быть не менее чем на 10 ниже температуры вспышки паров топлива; расходные и отстойные цистерны должны иметь клапаны самозапорного типа для спуска отстоя. Сточные трубы оборудуются смотровые стеклами или воронками с поддоном; топливные трубопроводы должны располагаться в стороне от трубопроводов других систем, в хорошо видимых и доступных местах, не проходить над двигателями, паропроводами, котлами, выпускными коллекторами и дымоходами.

Факельный процесс сжигания топлива

На процесс горения топлива в топ­ке котла влияют реагирующие ве­щества самого топлива и элементы оборудования его топочной камеры. Сжигание жидкого топлива в топке протекает в виде факельного про­цесса, для осуществления которого служит топочное устройство, в со­став которого входят два основных узла: форсунка и воздухонаправляющее устройство (ВНУ). В ряде слу­чаев большое влияние на факель­ный процесс сжигания топлива ока­зывает компоновка самой топки (топочной камеры). Экономичность работы котла в значительной степени определяется правильностью орга­низации факельного процесса в топ­ке. Для его нормального протека­ния необходимо обеспечить непре­рывную подачу подготовленного топ­лива; поддержание оптимальных давления и температуры топлива в зависимости от режима работы кот­ла; правильную установку форсунки; хорошее техническое состояние фор­сунки; хорошее распыливание топ­лива форсункой; подачу необходи­мого количества воздуха; поддержа­ние оптимального соотношения меж­ду количеством сжигаемого в топ­ке топлива и количеством подава­емого воздуха (соотношение «топ­ливо — воздух»); поддержание ус­тойчивости фронта пламени путем поддержания высокой температуры; постоянный отвод из котла про­дуктов сгорания топлива.

Сжигание жидкого топлива в топ­ке котла можно рассматривать как ряд последовательно протекающих процессов: распиливание, подогрев, испарение, термическое разложение, окисление, воспламенение, горение. Первоначальное зажигание топлива производится от постороннего ис­точника. Непосредственно горение начинается, когда температура лег­ковоспламеняющихся фракций топ­лива достигнет температуры воспла­менения. Факельный процесс проте­кает в такой последовательности:

Рис.3.3 Аэродинамическая структура факела

распыленное топливо из форсунки 1 (рис. 3.3) поступает в воздуш­ную среду топки, где происходят интенсивный нагрев, испарение и ча­стичная газификация топлива под влиянием горящего факела, частично фурмы 4 и рециркуляции горящих частиц с последующим термическим разложением топлива на простей­шие горючие газы, вступающие в реакции с кислородом воздуха. На­греванию способствует также диф­фузор 2, который защищает на­чальную зону (корень факела) от потока воздуха. Фронт горения ус­танавливается в том месте факела, где горючая смесь продуктов гази­фикации топлива с воздухом имеет достаточно высокую для воспламе­нения температуру. Факельный про­цесс интенсифицируется благодаря хорошему распыливанию топлива (поверхность его соприкосновения с воздухом и газами при этом воз­растает во много раз), а также пере­мешивающимся газовоздушным по­токам, возникающим из-за закру­ченного потока воздуха, поступаю­щего через лопаточный аппарат 3 ВНУ. На рис. 3.3 также обозначе­ны границы зоны обратных токов 5, зоны основного горения 6 и кир­пичная кладка 7.

Факельный процесс характери­зуется ограниченным временем на­хождения частиц топлива в топке, а значит, и минимальным количеством топлива в топочном объеме. Время пребывания частиц топлива в топке обычно не превышает 1 с, отсюда можно заключить, что факельный процесс чувствителен ко всяким ви­дам нарушения режима горения.

3. Тяга и тягодутьевые устройства

Одним из условий устойчивого го­рения топлива в топке котла являются непрерывная подача в нее воздуха и удаление продуктов сгорания.

Для преодоления возникающих сопротивлений в воздушно-газовом тракте должна быть обеспечена дви­жущая сила. Она может быть создана естественной тягой, искусственным дутьем с помощью вентилятора или искусственной тягой, создаваемой дымососом.

Естественная тяга, часто называемая самотягой, зависит от плотностей окружающего воздуха, дымовых газов и высоты газохода. Полной высотой газохода Н_дт (рис. 3.4) считает ся расстояние от центра нижней форсунки до среза дымовой трубы. Оно составляет обычно 20—25 м.

Рис.3.4 Схема котла с естественной тягой.

Подсчитывается самотяга (Па) по формуле

Н_с = 0,981 Н_дг( ρ_в+ ρ_г). (3.1)

где Н_дг — высота газохода, м; ρ_в и ρ_г — плотности соответственно окружаю­щего воздуха и дымовых газов (кг/м³) при соответствующих тем­пературах.

У современных котлов самотяга не компенсирует всех сопротивлений воздушно-газового тракта и поэтому в дополнение к ней предусматривает­ся установка вентиляторов, а иногда и дымососов.

Основным элементом тягодутьевого устройства является вентиля­тор, получивший преимущественное распространение. На большинстве судов приводом к вентиляторам слу­жат электродвигатели переменного тока, которые могут быть односко- ростными или с несколькими ступе­нями скорости. На промежуточных нагрузках, котла, оборудованного односкоростным вентилятором, рас­ход воздуха обычно регулируется с помощью заслонок, устанавливае­мых на стороне всасывания. При многоскоростном вентиляторе за­слонки могут регулировать расход «оздуха в диапазонах между ступе­нями скорости. Дроссельные заслон­ки связаны, как правило, с гидравли­ческимили электрическим исполнительным механизмом системы авто­матического регулирования процесса горения.

Мощность двигателя вентилятора принимают исходя из условий требуе­мого напора и подачи воздуха при максимальной нагрузке котла.

Односкоростной центробежный ко­тельный вентилятор типа 90К-25 с подачей воздуха 2,5 м³/с при давле­нии 2 кПа показан на рис. 3.5. В кор­пусе 1 на валу 4, приводимом во вращение электродвигателем 5, за­креплено рабочее колесо 3. Воздух засасывается через приемный патру­бок 2 и нагнетается в направлении, указанном стрелкой.

Вытяжная тяга осуществляется с помощью дымососа, создающего раз­режение в дымоходе. Дымососы ис­пользуются редко. Они могут приме­няться на пассажирских судах для лучшего отвода газов от дымовой трубы с целью исключения задым­ления палуб, могут включаться при сажеобдувке, при применении на котле нескольких ротационных фор­сунок. В последнем случае, если одна из таких форсунок извлекается, то образуется большая амбразура, че­рез которую возможен выброс пла­мени от работающей форсунки. Необходимо создавать в топке раз­режение, что достигается установкой временного щита.

Дымососы могут быть выполнены в виде вытяжного вентилятора или пароструйного эжектора. Паро­струйный эжекторный дымосос (рис. 3.6) состоит из диффузора расположенного в дымовой трубе, и сопла 2, установленного по его оси.

Подводимый через патрубок 3 пар, выходя с большой скоростью, увле­кает за собой дымовые газы, созда­вая разрежение в газоходе и топке котла. Применяют пароструйные ды­мососы обычно кратковременно, так как это связано с большим невоз­вратным расходом пара. Вытяжные вентиляторы используют редко, учи­тывая, что они постоянно работают в тяжелых условиях в потоке горячих газов.

В утилизационных котлах сопро­тивление газохода преодолевается под воздействием избыточного дав­ления отработавших газов дизеля или газотурбинной установки.

Для измерения силы тяги исполь­зуются манометры, называемые тя­гомерами. Широко используется U- образный тягомер (рис. 3.7), у кото­рого один конец стеклянной трубки 1 соединен с рабочей средой, дру­гой — с атмосферой.

Рис. 3.6. Пароструйный дымосос	Рис. 3.7. U-образный тягомер

Трубка закреп­лена на планке 2 со шкалой и запол­нена подкрашенной для лучшей ви­димости водой.

Используют иногда нерегиетри- рующие или регистрирующие мем­бранные тягомеры, работающие на принципе перемещения мембраны и связанной с ней стрелки под дейст­вием измеряемой силы. Регистрирующие тягомеры производят одновременно запись показаний на ленту.

Контрольные вопросы:

1. Какие основные элементы входят в составтопливной 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?

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,