Топки для мазута
Для обеспечения экономичного сжигания мазута, наряду с правильным подбором оборудования, крайне важно использовать качественные и надежные агрегаты. Высокая эффективность топочного процесса напрямую зависит от характеристик используемого котла, поэтому рекомендуем обратить внимание на мазутные водогрейные котлы, которые предлагает котельный завод.
Для экономичного сжигания мазута прежде всего должны быть обеспечены его тонкое распыление, быстрый прогрев и интенсивное смесеобразование подготовленного топлива с воздухом.
Горение мазута является очень сложным комплексом физических и химических процессов. В составе горючей массы топочных мазутов содержится 85-87% углерода и 10-12% водорода, химически связанных в виде углеводородов.
В мазутной горелке и в топки для мазута протекают стадии распыления, подогрева и испарения, образования газовой фазы, смешения ее с воздухом, воспламенения и сгорания продуктов газовой фазы.
Началом образования горючей смеси является момент, когда отдельные молекулы жидкости после перехода в парообразное состояние, претерпев термическое разложение, начинают смешиваться с кислором воздуха. Однако для зажигания уже готовой горючей смеси необходимо еще одно важнейшее условие - прогрев ее до температуры, достаточной для воспламенения.
В процессе подогрева и термического разложения выделяются как простейшие, относительно легко сгорающие углеводороды, так и тяжелые высокомолекулярные углеводороды и твердый сажистый углерод. При неблагоприятных условиях - недостаточно тонкое распыление, неудовлетворительное смесеобразование из-за недостатка воздуха или неудачной организации его ввода, низкая температура, недостаточный объем топочной камеры - трудно сжигаемые тяжелые углеводороды уходят из топки несгоревшими, вызывая потери тепла от химической неполноты сгорания, а образующийся сажистый углерод, обусловливающий потери от механической неполноты сгорания, уносится из топочной камеры или остается в ней в виде коксовых наростов.
При надлежащем подборе и хорошем состоянии мазутных форсунок и регистров, правильном ведении топочного процесса на разных нагрузках, поддержании температуры (вязкости) мазута в рекомендуемых предела топки для мазута эксплуатируют с малым избытком воздуха (αт = 1,10-1,15) и при небольшой потере от химической неполноты сгорания q3<0,5%.
Работа с малым избытком воздуха повышает экономичность котельного агрегата и за счет уменьшения потери тепла с уходящими газами, однако при этом необходимо учитывать различную степень влияния изменения αт на потери q3 и q4 о чем говорилось выше.
Особенно важно достигнуть экономичного сжигания при малом избытке воздуха высокосернистых мазутов. Отсутствие в продуктах сгорания избыточного кислорода препятствует окислению SО2 в SО3 и образованию серной кислоты, корродирующей металл поверхностей нагрева котла.
Быстрота и полнота сгорания мазута находятся в прямой зависимости от размера капель, т. е. от тонкости распыления. Так, при диаметре капли 60-80 мкм длительность выгорания мазута составляет около 0,01 сек, при увеличении диаметра капли до 300-400 мкм,и длительность выгорания возрастает в 10 раз. Это объясняется тем, что скорость протекания всего процесса горения жидкого топлива в наибольшей степени зависит от скорости испарения, так как эта стадия самая медленная из всех стадий процесса. Поэтому прежде всего необходимо стремиться к увеличению скорости испарения, что достигается развитием поверхности испарения, т. е. улучшением тонкости распыления, которая улучшается при снижении вязкости мазута путем его подогрева и зависит также от конструктивного совершенства, точности изготовления, сборки и установки форсунки, а также ее эксплуатационного состояния в отношении износа.
По расчетным данным механическое распыление при давлении мазута 20 кгс/см2 позволяет получить капли диаметром 400 мкм, при давлении 10 кгс/см2 - диаметром 800 мкм. Распыление воздухом при давлении 300 - 400 мм вод. ст. - диаметром 120 мкм. Распыление насыщенным паром при давлении 10 кгс/см2 позволяет получить капли диаметром до 2 мкм. Однако паровые форсунки, несмотря на наилучшие показатели распыления мазута, применяются все реже из-за недостатков, не компенсирующих преимущество хорошего распыления. К числу этих недостатков относятся большой расход пара на распыление, достигающий 0,3-0,5 массы сжигаемого мазута, потеря конденсата, повышение влажности продуктов сгорания, вызывающее коррозию хвостовых поверхностей нагрева, а также сильный шум, ухудшающий условия труда. Для котлов небольшой производительности дополнительным недостатком этих форсунок является то, что они дают длину факела в 4-5 м, не вписывающуюся в оптимальные размеры топки для мазута.
Замена мазутных форсунок парового распыления на экономичные паромеханнческие, низконапорные воздушные распыления, ротационные или механические форсунки (см. табл. 3-2) является одним из важных мероприятий по экономии топлива.
Рекомендуемые величины условной вязкости мазута (ГОСТ 6258-62) для форсунок: механического или паромеханического распыления – 3-3,5° ВУ, низконапорных воздушного распыления - 5° ВУ парового распыления и ротационных - 6° ВУ.
Необходимая для снижения вязкости температура подогрева мазута, зависящая от его марки и типа форсунки, может быть определена по номограмме (рис. 10-6). На этой номограмме указаны также величины предельной вязкости мазута для форсунок разных типов. Сжигание мазута при вязкости выше рекомендуемой не должно допускаться из-за снижения экономичности.
Наряду с высокой вязкостью мазута причиной неудовлетворительной работы форсунок механического и паромеханического распыления могут быть также чрезмерный износ проточной части, низкое качество изготовления, неточная сборка и установка форсунки. Большие скорости мазута в проточной части перечисленных форсунок вызывают довольно быстрый эрозионный износ, увеличение проходных сечений, иногда асимметричное, что приводит к ухудшению распыления.
Условиями нормальной работы форсунок наряду с точностью изготовления, сборки и установки является их своевременный ремонт. Распределительную шайбу и завихритель изготовляют из легированной стали марки ХВГ (ГОСТ 5950-63), поверхности контакта шайбы и завихрителя шлифуют, качество распыления отремонтированной форсунки проверяют водой на стенде, который должен быть установлен в ремонтной мастерской. В котельной всегда должен находиться запасной комплект форсунок для возможности их быстрой замены.
При всем разнообразии типов горелок для сжигания мазута, отличающихся видом и параметрами энергоносителя для распыления, а также конструктивными особенностями, все горелки состоят из двух основных узлов - форсунки и воздухонаправляющего аппарата - регистра. Форсунки должны обеспечивать возможно более тонкое дробление и равномерное распределение частиц топлива в зоне горения. Регистры служат для создания завихренного потока воздуха, подводимого с большой скоростью к корню факела, способствующего интенсивному смешению с частицами топлива и подогреву образовавшейся смеси топочными газами, которые подсасываются вращающимся полым конусом потока к корню факела и ускоряют подготовку и сгорание топлива (рис. 3-4). Закрутка потока воздуха осуществляется при помощи косых (поворотных или неподвижных) лопаток, размещаемых в кольцевом канале регистра. В результате подсоса топочных газов в центральную часть вращающегося полого конуса в центральной части потока возникает циркуляция высоконагретых продуктов сгорания, обеспечивающих устойчивое поджигание вновь образующейся горючей смеси вблизи устья горелки. Количество продуктов сгорания, возвращаемых к устью горелки, возрастает с усилением закрутки. Это дает возможность получить устойчивое и полное сгорание мазута в широком диапазоне изменения нагрузок горелки путем применения сильной закрутки воздушных потоков в регистрах.
В котельных установках небольшой производительности получили преимущественное распространение мазутные горелки: с механическими мазутными форсунками конструкции ЦККБ; газомазутные типа ГМГ с паромеханическими мазутными форсунками конструкции ЦКТИ; низконапорные типа НГМГ с воздушным распылением конструкции ЦКТИ; низконапорные типа ОЭН конструкции Оргэнергонефти; с паровыми форсунками конструкции ЦККБ и др.
В последнее время начинают применять также горелки с ротационными мазутными форсунками.
Наиболее экономичными в условиях работы под котлами небольшой производительности являются горелки с паромеханическими форсунками ЦКТИ (типов ГМГМ, ГМГБ) и с ротационными форсунками, обладающие требуемой в этих условиях глубиной регулирования в широком диапазоне изменения нагрузок при малой длине факела. Для котлов теплопроизводительностью более 6 Гкал/ч при небольшом диапазоне изменения нагрузок или при возможности выключения части горелок экономичными могут быть горелки с механическими форсунками (количественное регулирование).
Для правильного ведения топочного процесса, отвечающего высокой экономичности сжигания мазута, необходимо:
поддерживать температуру и давление мазута после регулирующего клапана, давление воздуха и содержание RО2 в продуктах сгорания за котлом в соответствии с указаниями режимной карты в зависимости от нагрузки котла; нормальное содержание RО2 за котлом должно быть около 13% (ROмакс2=16,5% см. рис. 3-1);
наблюдать систематически за процессом горения, обеспечивая светло-соломенно-желтый цвет и прозрачность факела при нормальной его длине, отсутствии темных полос в корне,"мушек" и дымных концов, слабо-сеый цвет продуктов сгорания в устье дымовой трубы; недостаток воздуха проявляется в появлении темно-желтой окраски и удлинении факела с образованием дымных языков на его конце и потемнением продуктов сгорания в устье трубы, что является признаками химической неполноты сгорания; не допускать ослепляющее-белого цвета факела и его чрезмерного укорачивания, свидетельствующих об избыточном количестве воздуха и возрастании потерь тепла с уходящими газами;
добиваться равномерного заполнения всей топочной камеры факелом, не допуская при этом касания его краев амбразур, ударного действия факела на экранные трубы и обмуровку, вылета в трубный пучок; удалять наросты кокса с амбразур;
поддерживать разрежение в верхней части топки в пределах 1—2 мм вод. ст.;
производить регулирование производительности горелок изменением давления мазута и воздуха (качественное регулирование), пользуясь режимными характеристиками горелок, которые должны быть построены при выполнении наладочных работ и приложены к режимной карте. (Пример выполнения режимных характеристик для горелок ГМГ-2 и ГМГ-4 — см. рис. 3-5). При нагрузках менее 70% номинальной для улучшения распыления мазута в паромеханических форсунках подается пар с избыточным давлением 0,7—2 кгс/см2. Изменение нагрузки котлоагрегата рекомендуется производить регулированием производительности всех работающих горелок; необходимо осуществлять регулярный контроль за исправностью и правильностью действия устройств автоматики горения;
прочищать и своевременно заменять изношенные детали форсунок и регистров исправными, соблюдая точность их сборки и установки;
следить тщательно за уплотнением мест возможного присоса избыточного воздуха в топки для мазута и устранять эти присосы; проверять после монтажа и ремонта направление закрутки потоков первичного и вторичного воздуха, которое должно быть одинаковым; в рядом установленных горелках закрутка потока должна быть противоположной.
