Топочные устройства. Горелки. Форсунки

Сжигание топлива осуществляется с помощью устройств, называемых го­релками. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в топку, смешения потоков до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела. Под стабилизацией понимается создание условий, обеспечивающих надежное го­рение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем со­здания такого аэродинамического режи­ма, при котором образующиеся при сго­рании раскаленные продукты непрерыв­но подмешиваются к свежей топливо- воздушной смеси, обеспечивая ее за­жигание.

4.1 Устойчивость работы газовых горелок

При работе грелок возможны два вида неустойчивости горения: проскок факела в горелку и отрыв факела от горелки.

Проскок факела – это перемещение фронта пламени из топки в горелку, при котором горение топлива начинается непосредственно в горелке. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.

Отрыв факела – это перемещение фронта пламени от выходного отверстия горелки в направлении движения газовоздушной смеси, сопровождающееся погасанием факела. Отрыв приводит к наполнению топки, газовоздушной смесью, при котором возможны хлопок или взрыв.

Проскок факела в горелку может произойти только в горелках с предварительным смешением в том случае, когда скорость выхода газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени. При диффузионном принципе сжигания проскок факела в горелку невозможен. Отрыв факела может произойти при любом принципе сжигания в том случае, когда скорость выхода газа или газовоздушной смеси больше скорости распространения пламени.

На скорость распространения пламени огромное влияние оказывает коэффициент избытка воздуха a, то есть количество воздуха в газовоздушной смеси. В смесях, в которых содержание воздуха незначительное и содержание газа превышает верхний предел его воспламенения, пламя вообще не распространяется u_п = 0.

С увеличением количества воздуха в смеси скорость распространения пламени увеличивается, достигая наибольшей величины при содержании воздуха около 90% его теоретического количества, необходимого для полного сгорания газа. Следовательно, u_п = u_пmax при a = 0,9. В этом случае велика вероятность возникновения проскока пламени внутрь горелки. Поэтому, если требуется увеличить нагрузку, сначала увеличивают подачу газа, а затем воздуха. В случае необходимости уменьшения нагрузки поступают наоборот – сначала уменьшают подачу воздуха, а затем газа. При пуске горелок воздуха не должен в них поступать и зажигание газа проводится в диффузионном режиме за счет воздуха, поступающего в топку, с последующим переходом к подаче воздуха на горелку.

4.2 Классификация газовых горелок

Газовая горелка – это устройство, обеспечивающее устойчивое горение газового топлива и возможность регулирования процесса горения. Горелки можно классифицировать по следующим принципам:

· по степени подготовки горючей смеси:

1. без предварительного смешения газа с окислителем;

2. с предварительным смешением газа с окислителем:

- полным;

- частичным.

· по способу подачи воздуха:

1. с принудительной подачей воздуха от вентилятора;

2. путем инжектирования воздуха газовой струей;

3. за счет разрежения в топке.

· по давлению газа перед горелками:

1. низкого – до 5 кПа;

2. среднего – до критического перепада давлений (разности давлений в горелке и топке), при котором скорость газа и расхода газа достигают максимальных (критических) значений;

3. высокого – при критическом и сверхкритическом перепаде давлений (скорость истечения и расход газа при этом максимальны и не растут даже при увеличении давления).

· по степени автоматизации управления горелками:

1. с ручным управлением;

2. полуавтоматические;

3. автоматические.

· по скорости истечения топливовоздушной смеси из горелки:

1. низкая – до 20 м/с;

2. средняя – 20…70 м/с;

3. высокая – более 70 м/с.

Для распыливапия жидкого топлива и жидких отходов производства приме­няют форсунки. Они делятся на механические, пневматические и ротационные

В механи­ческих жидкость под высоким избы­точным давлением (от 1 МПа в топках до многих десятков мегапаскалей в дизе­лях) продавливается сквозь небольшие отверстия, иногда предварительно интен­сивно закручиваясь в центробежном завихрителе, вытекает из отверстий с боль­шой скоростью и распадается на мелкие капли.

Мелкий распыл, хорошее перемеши­вание с окислителем и надежная стаби­лизация горения - вот три условия, обеспечивающие быстрое и экономичное сжигание жидкого топлива.

Перед механической форсункой топ­ливо должно быть очищено от механиче­ских примесей, иначе отверстия форсун­ки будут забиты. В условиях, когда труд­но обеспечить надежную очистку, при­меняют пневматические форсун­ки, в которых топливо (обычно мазут) распыливается струей воздуха.

Воздух или пар высокого давления , вытекая из сопла со сверхзвуковой скоростью, подхватывает и интенсивно распыливает струйки предварительно подогретого мазута, подаваемого примерно под таким же, как и распыливающий агент, давлением, и выбрасывает образующийся туман в топку.

Форсунку устанавливают в горелке, через которую подается закрученный в завнхрителе воздух. Конструкции горелок отличаются большим разнообразием.

Основным элементом ротационной форсунки является тщательно отполированный изнутри распыливающий стакан, вращающийся на полом валу. Топливо по трубке , проходящей внутри вала, подается на внутреннюю поверхность стакана, распреде­ляется по ней тонким слоем и разбрызги­вается, стекая с края стакана под действием центробежной силы. Попадая в поток воздуха, проходящего через ло­паточный завихритель, пленка топлива распадается на мельчайшие капли, вы­носится в топочный объем и там вос­пламеняется.

Ротационные форсунки сложнее в эк­сплуатации, чем механические и пневма­тические, но обладают по сравнению с ними большим преимуществом: хоро­шо распыливают топливо в широком ди­апазоне изменения нагрузки, не требуют тон­кой очистки жидкого топлива от при­месей ( не имеют отверстий ма­лых сечений) и работают при низком его давлении.

В топочной технике широко применя­ют комбинированные горелки, позволяю­щие попеременно или одновременно сжи­гать различные топлива. Например, для котлов, работающих на газе, обязатель­но предусматривают запас резервного топлива — чаще всего мазута, а в их топках устанавливают газомазутные го­релки, представляющие собой газовые горелки со встроенными мазутными фор­сунками.

Лекция № 14

Тема: «ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА»( 2часа)

1.ПЛАН

1. Паровой котел и его основные элементы.

2. Поверхности нагрева котла. Вспомогательное оборудование котельной установки.

3. Тепловой баланс парового котла. КПД котла.

4. Технологическая схема котла.

2. ЛИТЕРАТУРА

2.1. Основная литература

1. Амерханов Р.А., Драганов Б.Х. Теплотехника. - М.: Энергоатомиздат, 2006. – 432 с.

2.2. Дополнительная литература

1. Теплотехника. /А.П. Баскаков, Б.В. Берг и др. – М.: Энергатомиздат, 1991. – 224 с.

2. Техническая термодинамика. / Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 496 с.