Мазутные форсунки

Жидкое топливо (мазут, смола) при сжигании необходимо распыливать на мелкие капли, чтобы ускорить подогрев до температуры воспламенения, увеличить поверхность горения и наилучшим образом перемешать топливо с воздухом. Распыление осуществляют с помощью форсунок. Если мазут не распыливать, а сжигать на желобчатых колосниках, то горение будет проте­кать вяло и неполно, с большим выделением сажи. Кроме того, на колосниках останется кокс, который придется часто очищать, а самый процесс горения будет плохо поддаваться регулирова­нию.

Процесс сжигания жидкого топлива значительно сложнее, чем газа, так как в мазутном факеле присутствуют не только га­зообразные фракции (как результат испарения капель), но и самые капли жидкого топлива, которые горят и подвергаются пиролизу под действием излучения печи или топки с выделением сажистого углерода и кокса.

Чем тоньше распыливание жидкого топлива, тем ближе по характеру процесса его горение будет приближаться к горению газа, однако даже при распыливании топлива в форсунках вы­сокого давления капельки могут достигать размера 0,2-0,05 мм; в одной такой капле находится множество молекул. Очевидно, смесь этих капель с воздухом совсем не похожа на горючую газовую смесь.

Еще большая разница получается при сжигании жидких топлив при помощи форсунок низкого давления, когда размер ка­пель составляет 0,5 мм и более.

Чем крупнее капля мазута, тем труднее кислороду проник­нуть внутрь ее, где углеводороды будут подвергаться разложе­нию без доступа воздуха под тепловым воздействием факела и кладки печи. При хорошем распыливании это разложение про­исходит с выделением сажистого углерода в виде мельчайших частиц, которые хорошо сгорают, увеличивая степень черноты и тем самым радиацию пламени.

При грубом распыливании жидкого топлива (крупные кап­ли) сажистый углерод выделяется крупными хлопьями, которые горят очень медленно и приводят к химической неполноте сгорания. Чем больше в жидком топливе легких фракций (керосин, бензин), тем, при одном и том же диаметре капельки, меньше выделяется сажистого углерода, потому что легкие фракции очень быстро испаряются из капли и, смешиваясь с воздухом, сгорают, не успев подвергнуться пиролизу.

Тонкость распыливания определяется кинетической энергией распылителя и мазута и она пропорциональна степени турбу­лентности потоков. Скорость распылителя поэтому является ре­шающим фактором, обеспечивающим требуемую тонкость рас­пыливания.

Форсунки низкого давления

В форсунках низкого давления в качестве распылителя ис­пользуют воздух, подаваемый центробежным вентилятором вы­сокого давления. Это наиболее простой способ сжигания мазу­та, так как вентиляторы по сравнению с компрессорами - очень дешевое оборудование.

Однако верхний предел давления воздуха для одноступенча­тых вентиляторов обычно не превышает 800 мм вод. ст., и по­этому в форсунках низкого давления всегда наблюдается недо­статочная скорость истечения распылителя и недостаточная тонкость распыливания мазута.

В связи с этим через форсунку подается весь воздух, необ­ходимый для горения.

По этой же причине получают распространение форсунки двойного распыливания, в которых для улучшения распылива­ния к корню струи мазута подводится компрессорный воздух, тогда как остальной воздух подается от вентилятора высокого давления.

В этом варианте легко осуществить автоматическое регули­рование соотношения мазут - воздух, так как в этом случае не требуется регулировать подачу компрессорного воздуха, и тон­кое распыливание мазута надежно обеспечивается на всех ре­жимах.

Таким образом, при конструировании форсунки необходимо:

1) обеспечивать тесный контакт струи и распылителя со струей мазута;

2) обеспечивать в процессе изменения производительности форсунки предельно высокую скорость распылителя;

3) добиваться минимальных аэродинамических сопротивле­ний внутри форсунки, чтобы пьезометрическое давление воздуха по возможности полностью превратить в динамическое, т. е. обеспечить высокую скорость распылителя - главный фактор распыливания.

В некоторых форсунках воздух на выходе в печь закручи­вается, поэтому факел получается значительно шире и короче, чем в конструкциях, описанных ранее.