Основным видом жидкого топлива, применяемым в котлах, является мазут.

По способу распыления мазута фор­сунки можно разделить на три группы: механические, с распыливающей средой и комбинированные.

В механических форсунках распыление осуществляется либо за счет энергии топлива, которая возрастает при продавливании его под значительным давлением через малое отверстие — сопло (рис. 7.1, а) или при закручивании топлива (создаются центро­бежные силы) (рис. 7.1, б), либо за счет энергии вращения эле­ментов самой форсунки (рис. 7.1, в). Дальнейшее дробление полу­ченных капель происходит под воздействием давления окружаю­щей среды.

В форсунках с распыливающей средой распиливание топлива осуществляется главным образом за счет энергии движу­щегося с большой скоростью распыливателя — пара или воздуха (рис. 7.1, г и д).

В комбинированных форсунках (рис. 7.1, е) распылива- ние топлива достигается за счет использования как энергии топ­лива, подаваемого под давлением, так и энергии распыливающей среды.

Дроблению выходящей из форсунки струи топлива способству­ют возникающие в ней пульсации (колебания), интенсивность ко­торых зависит от скорости истечения струи. Волновые колебания благоприятствуют распаду струи на отдельные капли.

Механические форсунки. Качество распыливания в механичес­ких форсунках зависит в значительной мере от давления мазута, создаваемого насосом. Обычно мазут поступает к форсункам под давлением 2,0... 3,5 МПа. Наличие механических примесей в мазу­те и малые выходные отверстия форсунок (1,5...3,5 мм) делают необходимой тщательную фильтрацию топлива перед сжиганием.

Для механических форсунок вязкость мазута рекомендуется под­держивать на уровне около 2,5 °ВУ. Для этого, например, мазут марки 40 подогревают до 90... 100 ⁰С, а мазут марки 100 — до 110…120 ⁰С.

    Рисунок 7.1. Схемы форсунок для распыливания жидкого топлива: а – прямоструйная, б – центробежная, в – с вращающейся чашей, г – высокого давления, д – низкого давления, е – комбинированная.

                             а                                                  б

Рис. 7.2. Мазутная форсунка с механическим распыливанием: а - форсунка; б - завихритель-распылитель; 1 - корпус; 2 - штанга; 3 - голов­ка; 4 -  накидная гайка; 5 - завихритель-распылитель; 6 - колодка; 7 - рукоятка; 8 - скоба; 9 - стопорный винт; 10 — пробка; d — диаметр сопла;  - угол раскрытия факела.

На рис. 7.2 приведена конструкция форсунки с механическим распыливанием. Пройдя штангу 2 (рис. 7.2, а), мазут поступает в распиливающую головку 3, в которой установлен завихритель-рас­пылитель 5, имеющий несколько тангенциально расположенных отверстий (рис. 7.2, б), закручивающих поток мазута. Через эти отверстия мазут поступает в центральную камеру завихрителя, а оттуда через центрально расположенное небольшое отверстие с большой скоростью и сильным завихрением выбрасывается в то­почную камеру, где, взаимодействуя с газовой средой, распыли- вается на мелкие капли.

Производительность механических форсунок регулируют изме­нением давления мазута перед форсункой.

При снижении давления резко ухудшается качество распыли- вания, поэтому такие форсунки имеют малый диапазон регулиро­вания. Чтобы не снижать качество распыливания топлива, регули­рование мощности при уменьшении нагрузки может осуществляться отключением части работающих форсунок.

Форсунки с распиливающей средой. Для распыливания мазута форсунками высокого давления применяют пар или компрессор­ный воздух, а в форсунках низкого давления — вентиляторный воздух. При паровой пульверизации мазута применяют пар давле­нием 0,5...2,5 МПа. Удельный расход пара при этом составляет 0,3...0,35 кг/кг мазута.

Распыливание мазута форсунками высокого давления осуще­ствляют компрессорным воздухом под давлением 0,3...0,6 МПа при его удельном расходе 0,6... 1,0 кг/кг мазута. Через форсунку в этом случае поступает всего 5... 10% воздуха, необходимого для полного сгорания мазута. Остальной воздух подается к корню фа­кела.

В форсунках высокого давления относительная скорость распи­ливающего агента доходит до 1000 м/с, чем достигается хорошее дробление капелек мазута с получением тонкого распыла. Давле­ние мазута перед форсунками с учетом относительно больших раз­меров их каналов может быть небольшим. Менее жесткие требова­ния предъявляются и к очистке мазута.

Перед высоконапорными форсунками с паровым или воздуш­ным распылом вязкость мазута должна быть около 6 °ВУ, поэтому при работе на мазуте марки 40 рекомендуется поддерживать его температуру не ниже 85 ⁰С, а при работе на мазуте марки 100 — не ниже 105 °С.

На рис. 7.3 приведена паровая форсунка ФП. Из входного шту­цера мазут попадает в кольцевой канал ствола 2 между внутренней и наружной трубками. Пар поступает во внутреннюю трубу и вы­ходит через расширяющееся сопло 3 с высокой скоростью. Мазут, пройдя кольцевой канал, попадает в поток пара через кольцевую щель, на выходе из которой и распыливается. Имеющийся на вы­ходе форсунки насадок 5 предназначен для увеличения угла рас­крытия конуса распыливания мазута.

Паровые высоконапорные форсунки характеризуются высоким качеством распыливания и широким диапазоном регулирования. Однако их работа характеризуется значительным потреблением энергии; на распыливание мазута расходуется до 5 % выработан­ного котлом пара. Паровое распыливание мазута приводит к поте­ре конденсата, увеличению содержания водяных паров в продук­тах сгорания, повышению потерь с уходящими газами, а также к усилению коррозии поверхностей нагрева. Работа таких форсунок отличается повышенным шумом.

Рис. 7.3. Форсунка паровая ФП: 1 — колодка; 2 — ствол; 3 — сопло; 4 — диффузор; 5 — насадок.

В высоконапорных форсунках с воздушным распиливанием ма­зута воздух не только распыливает топливо, но и интенсифициру­ет горение.

В форсунках с распыливающей средой низкого давления при­меняют воздух под давлением 0,002...0,007 МПа. Через форсунку подают 50... 100 % воздуха, необходимого для сгорания мазута, по­этому такие форсунки имеют относительно большие размеры. Ма­зут к форсунке поступает под небольшим (0,03...0,2 МПа) давле­нием.

Комбинированные форсунки. В паромеханических комбинирован­ных форсунках устраняется основной недостаток механических форсунок — малый диапазон регулирования производительности. Используемые для этого форсунки при повышенных нагрузках котла работают как механические, а при малых нагрузках (менее 60 %), а также в пусковых режимах в них подают также пар.

Конструкция мазутной паромеханической форсунки приведена на рис. 7.4. Мазут по трубе 7 через распределительную шайбу 5 подается в кольцевую камеру распылителя 4 и затем по тангенци­альным каналам поступает в его завихрительную камеру. Закру­ченная струя мазута под действием центробежных сил прижима­ется к стенкам завихрительной камеры и, продолжая двигаться поступательно, срывается с кромки сопла распылителя 4, образуя множество мельчайших капель. Пар из трубы 8поступает в полость между деталями, пропускающими мазут, и концевой гайкой 1. Из этой полости пар поступает через тангенциальные каналы в каме­ру парового завихрителя 3 и выходит из него через цилиндриче­скую щель под углом, охватывая с внешней стороны распылен­ную струю мазута.

Подачу пара в форсунку осуществляют при ее мощности, по­ниженной до 50...70 % номинальной, и так как расход пара мал, его подача при всех нагрузках форсунки ведется под давлением 70...200 кПа.

Мощность форсунки регулируют изменением давления перед ней в диапазоне от 1,3 до 2,5 МПа.

К группе комбинированных форсунок относятся также рота­ционные форсунки (рис. 7.5), в которых мазут по полому валу 6 подается в распыливающую чашу 5, вращающуюся со скоростью (5...7) 10³ мин^-'. Мазут распределяется по внутренней поверхно­сти чаши и в виде тонкой пленки выбрасывается в топочную ка­меру. Дроблению пленки способствует первичный воздух, по­ступающий при давлении 0,01 МПа через зазор на выходе из чаши.

Воздух подается крыльчаткой 7 вентилятора, закрепленной на вращающемся валу. В качестве привода используют электро­двигатель 2, который вращает вал через клиноременную пере­дачу 1.

Расход первичного воздуха составляет около 20 % общего воз­духа, необходимого для горения мазута. Остальной воздух поступа­ет в топку через кольцевое пространство, образуемое внешним J и внутренним 4 кожухом форсунки. Регулирование подачи воздуха осуществляется с помощью поворотной заслонки 8, расположен­ной во всасывающем патрубке вентилятора.

    Рис. 7.4. Мазутная форсунка с паромеханическим распыливанием:

1 — концевая гайка; 2 — контргайка; 3 — паровой завихритель; 4 — распылитель; 5 — распределительная шайба; 6 — прокладка; 7 — мазутная труба; 8 — паровая труба (ствол); стрелками показано направление движения мазута и пара.

Рис. 7.5. Ротационная форсунка: 1 — клиноременная передача; 2 — электродвигатель; 3 — внешний кожух; 4 — внутренний кожух; 5 — распиливающая чаша; 6 — полый вал; 7 — крыльчатка вентилятора; 8 — поворотная заслонка.

Ротационные форсунки не требуют тщательной фильтрации ма­зута, дают хорошее распыливание и обладают широким диапазо­ном регулирования производительности (15... 100%).

11.4.  Мазутное хозяйство тепловых электрических станций

Мазутное хозяйство. Мазут может использоваться как основное топливо, а также как резервное (например, в зимнее время), ава­рийное и растопочное, когда основным является сжигаемое в пыле­видном состоянии твердое топливо.

К тепловым электрическим станциям (ТЭС) мазут доставляет­ся железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях от ТЭС).

При доставке мазута железнодорожным транспортом мазутное хозяйство включает в себя следующие сооружения и устройства: сливную эстакаду с промежуточной емкостью; мазутохранилища; мазутонасосную станцию; систему мазутопроводов между емко­стями мазута, мазутонасосной и котельными установками; уст ройства для подогрева мазута; установки для приема, хранения и ввода в мазут жидких присадок.

Схема мазутного хозяйства приведена на рис. 1. Из железно­дорожных цистерн 1, располагающихся в период слива на эста­каде 2, мазут по переносному сливному лотку 3 поступает в слив­ной желоб 4 и далее по отводящей трубе 5 — в приемную емкость 6. Из нее мазут по мазутопроводам подается в фильтры грубой очи­стки 10 и через насосы 9 и фильтры тонкой очистки 8 закачива­ется в емкость мазутохранилища 7. Из емкости мазутохранилища по мере необходимости через фильтры тонкой очистки 11 и подо­греватели 13 насосами 12 мазут подается в горелки 14 котлоагре- гатов. Часть разогретого мазута направляется по линии 15 рецир­куляции в мазутохранилище для разогрева находящегося там ма­зута. Рециркуляция мазута необходима для предупреждения засты­вания мазута в трубопроводах при сокращении или прекращении его потребления.

При сливе из железнодорожной цистерны мазут самотеком дви­жется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки. По дну лотков проложены паропроводы. Слив мазута из цистерн прово­дится через нижний сливной прибор в межрельсовые желоба. Ма­зут из приемных резервуаров перекачивается погружными нефтя­ными насосами в основные резервуары для хранения. Для подогре­ва мазута в приемных и основных резервуарах до 70 °С обычно ис пользуют трубчатые подогреватели поверхностного типа, обогре­ваемые паром.

Рис. 1. Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем:

1 — железнодорожная цистерна; 2 — эстакада; 3 — переносный лоток; 4 — слив­ной желоб; 5 — отводящая труба; 6 — приемная емкость; 7 — мазутохранилище; 8, 11 — фильтры тонкой очистки; 9, 12 — насосы; 10 — фильтр грубой очистки; 13— подогреватели; 14— горелки котлов; 15—линия рециркуляции

Для уменьшения опасности донных отложений и загрязнения поверхностей нагрева при длительном хранении к мазуту добавля­ют жидкие присадки типа ВНИИНП-102 и ВНИИНП-103.

В водогрейных котельных пар отсутствует, поэтому подогрев ма­зута ведут горячей водой с температурой до 150 °С.

Для слива мазута из цистерн применяют следующие способы повышения его текучести:

открытым паром — в цистерну вводят штангу, через кото­рую подают пар до момента разжижения мазута;

рециркуляционным подогревом — прогревают отвер­стие в центре цистерны и затем мазут центробежным насосом про­качивают через наружный теплообменник для подогрева топлива до температуры на 10... 20 °С ниже температуры вспышки и подают к брандспойту, установленному в цистерне; рециркуляцию про­водят до полного слива мазута из цистерны;

паром, подаваемым в цистерны, — в цистерны, обо­рудованные паровой рубашкой, подают пар, в результате чего стен­ки корпуса нагреваются до температуры 80 °С и холодный мазут, прогреваясь, начинает стекать по горячей поверхности к сливному патрубку;

слив мазута под избыточным давлением — на люк колпака цистерны устанавливают съемную крышку, имеющую спе­циальные патрубки, через которые подается водяной пар или сжа­тый воздух;

разогрев железнодорожных цистерн с помощью тепля­ков-сараев, в которые подается горячий воздух с температурой до 120 °С;

виброподогрев позволяет существенно повысить эффек­тивность прогревания мазута, контактирующего с вибрирующей поверхностью нагрева, вводимой в цистерну;

индукционный подогрев осуществляется с помощью пропускания электрического тока через катушку; возникающие при этом токи Фуко разогревают цистерну;

электрический подогрев выполняется с помощью ус­тановленных с двух сторон цистерны двух электрорефлекторов; не­достатком способа является большой расход электроэнергии.

Мазутохранилища. Запас мазута держат в резервуарах — мазуто- хранилищах, число которых, как правило, не менее двух. Мазуто­хранилища выполняются наземными, полуподземными (заглублен­ными) и подземными. Суммарная вместимость резервуаров выбира­ется в зависимости от производительности котельной, дальности и способа доставки мазута (железнодорожный, трубопроводный и др.). Нормальный ряд применяемых мазутохранилищ составляют ре­зервуары вместимостью 100; 200; 500; 1000; 2000; 3000; 5000; 10 000 и 20 000 м³. Резервуары бывают основные, расходные и резервные. Все они должны обладать безопасностью хранения топлива в пожар­ном отношении; полной герметичностью; несгораемостью, долго­вечностью, коррозионной стойкостью против воздействия агрес­сивных грунтовых вод; удобствами обслуживания и очистки от отстоя и осадков; возможностью установки внутри резервуара подо­гревающих устройств и другого технологического оборудования.

Резервуары мазутохранилища обычно выполняют железобетон­ными или металлическими. Последние применяют в районах Край­него Севера и в сейсмических районах. Теплоизоляция таких хра­нилищ выполнена из полиуретана, обшитого металлическими ли­стами.