Котлы, работающие на жидком топливе

Котлы, работающие на жидком топливе

При работе чугунных и стальных котлов на жидком топливе основное внимание должно быть, так же, как и для котлов на газе, обращено на равномерное распределение теплоты по  топочному объему котла, тонкое paспыление жидкого топлива и хорошее смешивание его с воздухом. Переоборудование котлов, работающих в жидком топливе, ведется так же, как  для котлов на газообразном топливе.

Отличия заключаются в том, что вместо газовой горелки устанавливают форсунку для распыления жидкого топлива и монтируют оборудование для хранения и подачи к котлу жидкого топлива. Кроме того, чугунные котлы, работающие на жидком топливе, имеют малогабаритную топку, глубина которой изменяется в зависимости от числа секций в пакете. Эти особенности котлов накладывают определенные требования так же и на работу форсунок, которые, кроме широкого диапазона регулирования при небольшом расходе электроэнергия и распыление топлива, должны иметь короткий факел, вписывающийся в топочный объем.

Для распыления жидкого топлива сжигаемого в промышленных и энергетических установках, используют форсунки следующих типов; механического и воздушного распыления, а также ротационные.

В форсунках механического распыления топливо распыляется давлением. Эти форсунки наиболее чувствительны к вязкости топлива, обеспеченностью форсунок с механическим распылением является зависимость тонкости распыления топлива от величины давления. При необходимости уменьшить подачу топлива следует значительно уменьшить давление, что сказывается на качестве распыления (т.е. оно ухудшается). Незначительное же изменение давления, как показали испытания, почти не влияет на расход топлива. Распылитель механических форсунок обычно имеет отверстие диаметром не более 1 мм. Для того, чтобы при повышении давления расход топлива остался постоянным, необходимо уменьшить диаметр отверстия, что может привести к засорению или закоксовыванию его. Кроме того, с повышением давления увеличивается расход электроэнергии на распыление и ухудшается экономичность работы форсунки.

Отвод в форсунках части топлива от распылителя увеличивает диапазон регулирования, однако не устраняет основного недостатка - закоксовывания отверстий и, как следствие, остановки котла. Проведенные НИИ сантехники работы показали, что форсунки с механическим распылением можно успешно применять лишь при распылении легких сортов жидкого топлива, при распылении же высоковязких мазутов это делать нецелесообразно.

Для чугунных котлов, имеющих тепловую мощность порядка 860 - 1000 тыс ∙ ккал/ч, при работе на легком топливе (типа дизельного) можно использовать механическую форсунку АФ-65. Форсунка состоит из корпуса, опирающегося на металлическую опору - пяту (если форсунка стоит перед котлом на полу), на которой смонтирован электродвигатель с удлиненным валом, соединенным через эластичное сцепление с топливным насосом и вентилятором, расположенными внутри корпуса. Корпус форсунки также может крепиться на дверке котла. Топливо подается под давлением 0,7 1 0 МПа (7-10 кгс/см²), создаваемым шестеренным насосом. Расход топлива в форсунке изменяется от 0,11 до 3,5 г/с. Работа форсунки Аф-65 полностью автоматизирована. Приборы автоматики смонтированы на отдельном щите управления, который может быть укреплен на стене котельной или на котле. Система автоматики форсунки обеспечивает: автоматическое двухпозиционное ("включено-выключено") регулирование температуры воды в котле, выключение форсунки после засорения распылителя и погасания факела в топке, сигнализацию о нарушениях в системах зашиты и электроснабжения.

Для сжигания жидкого топлива в чугунных котлах не рекомендуется использовать форсунки с воздушным распылением, так как в них распыление топлива осуществляется всем (или почти всем) воздухом, необходимым для горения. Изменение же количества подаваемого воздуха сопровождается снижением его напора и ухудшением в связи с этим качества распыления. Эти форсунки имеют малый диапазон регулирования и длинный факел. Например, форсунки типа "Оргэнергонефть" (ОЭН) имеют минимальную длину факела, равную 2,5 м и применялись лишь на начальной стадии работ по переоборудованию чугунных котлов для работы на жидком топливе.

Наиболее приемлемыми форсунками для распыления топочных мазутов и других легких жидких топлив являются ротационные. Общий вид ротационной форсунки Р-1-150, выпускаемой заводом "Тэрас" (г. Таллинн), показан на рис. 36. При ротационном распылении предварительно подогретое топливо подают насосом (или самотеком) в конус-распылитель, насаженный на конец вращающегося вала. Центробежной силой топливо прижимается к внутренней стенке конуса и движется к краю, растекаясь тонкой пленкой. Дойдя до края конуса, топливо разбрызгивается (распыляется). Находящийся на этом же валу вентилятор подает в форсунку первичный воздух с давлением 4,5-5,0 кПа (450-500 мм вод. ст.), создавая вокруг конуса воздушный поток, под влиянием которого образуется газовая смесь. Вентилятор и конус приводятся движение с клиноременной передачей. Первичный воздух составляет около 20 % общего количества воздуха, необходимого для горения. Вторичный воздух (около 80 % общей подачи) поступает от дутьевого вентилятора или засасывается в топку за счет разрежения.

Рис. 36. Ротационная форсунка Р-1-150. 1 - шкив; 2 - кожух; 3 -  текстропый ремень; 4 - электродвигатель; 5, 7- часть корпуса форсунки; 6 подвод топлива; 8 - конус-распределитель; 9 - кольцо; 10 - зажим; 11 - вентилятор, 12- дроссель; 13 - патрубок; 14 - вал

Основные достоинства ротационной форсунки — малая чувствительность к низким сортам жидкого топлива, хорошее качество распыления, простота регулирования подачи топлива. Диапазон регулирования распыляемого топлива составляет 1:10, что позволяет сравнительно легко автоматизировать работу форсунки при использовании различных схем автоматики. В ротационной форсунке возможно распылять жидкое топливо с вязкостью до 16° ВУ, в то время как в форсунках воздушного распыления - лишь с вязкостью 4-5° ВУ при 80 °С. Ротационная форсунка может иметь короткий факел - 700 мм, что особенно важно для котлов малой мощности.

Большое значение для этих форсунок имеет способ подвода вторичного воздуха. Наиболее положительные результаты были получены при подводах вторичного воздуха с помощью входного устройства, заканчивающего цилиндрическим прямоточным (без закручивания воздушного потока) конусом (рис. 37).

Рис. 37. Устройство для подачи вторичного воздуха. 1 - заслонка вторичного воздуха; 2 - стакан, распыляющий топливо; 3 - подача первичного топлива

Испытания, проведенные в 1972 г. в НИИ сантехники на котле "Индустриал-1" при сжигании мазута марки 100, показали, что с помощью этот устройства можно обеспечить сжигание топлива без химической неполноты сгорания при минимальном количестве избыточного воздуха.

Переоборудование котла "Универсал-6М" для сжигания топочных мазутов показано на рис. 38. По указанной схеме рекомендуется переоборудовать и другие типы котлов как для сжигания топочных мазутов, так и для более легких видов жидкого топлива, например печного. Топочное устройство как при сжигании мазутов, так и для печного топлива остается таким же и включает в себя топку,  форсунку P-1-150, топливный блок и систему автоматики. Топка оборудована входным устройством для подачи вторичного воздуха. Для защиты от прямого удара факела задние секции со стороны топки и ниппельные головки котла обмурованы огнеупорным кирпичом. Необходимость футеровки вызвана еще и тем, что, раскаляясь, она способствует дожиганию частиц топлива в факеле. В верху топки расположен взрывной клапан. Для фильтрации топлива, подогрева его до заданной температуры, рециркуляции перед пуском, получения необходимого постоянного давления предусмотрен топливный блок. Система автоматики обеспечивает программный автоматический пуск котла, работу его в зависимости от требуемой температуры горячей воды. Автоматика отключает котел (с одновременной подачей сигнала) в следующих случаях: при погасании пламени, падении разрежения в топке, падении давления воды в котле, снижении температуры мазута в электроподогревателе, повышении температуры воды сверх установленной величины. При отказе автоматики возможно ручное управление форсункой. Работа котла осуществляется следующим образом. Мазут из резервуара через фильтры подается в электронагреватель топливным шестеренным насосом. Из электронагревателя мазут через регулятор давления, регулирующий кран и запорный электромагнитный клапан поступает в форсунку, перед которой он разогревается с помощью трубчатого электронагревателя. Контроль за температурой мазута осуществляется двумя дилатометрическими гермодатчиками, один из которых включает всю систему автоматики лишь после того, как в подогревателе температура мазута достигнет 55- 60 °С, при которой возможна его рециркуляция. Другой термодатчик является рабочим. Он выключает подогреватель при нагреве мазута до температуры 90 -95°С и вновь включает его после ее снижения от указанной величины.

Рисунок. 38. Котел "Универсал-6М" с ротационной форсункой для сжигания жидкого топлива. а - поперечный разрез; б - вид с Фронта; 1 - камера сжигания; 2 - газовый трубопровод; 3 - электромагнитный клапан; 4 - датчик температуры; 5 - датчик для замера разрежения; 6 - электрический исполнительный механизм; 7- подогреватель мазута; 8 - топливный насос; 9 - электромагнитный клапан; 10 - клапан регулирования мощности, 11 - отсечной клапан; 12 - форсунка; 13- запальник; 14 - фотодатчик

Для воспламенения топливной смеси установлен баллон со сжиженным газом, который через трубопровод подает газ к электрогазовому запальнику. К нему же от высоковольтного трансформатора подается напряжение на электроды зажигания. Контроль за наличием факела осуществляется фотодатчиком.

На трубопроводе горячей воды установлены два датчика температуры. Один из них является рабочим, другой - датчиком зашиты, отключающим систему при достижении в трубопроводе максимально допустимой температуры воды. Импульс от рабочего датчика подается на электроисполнительный механизм, связанный с шиберами, регулирующими подачу первичного и вторичного воздуха в форсунку, регулирующим краном и автоматической заслонкой, расположенной в сборном борове, которая закрывается после остановки котла и сохраняет теплоту топки, а также защищает котел от резкого охлаждения. На возвратном (от потребителей) трубопроводе воды на входе в котел установлено реле давления, выключающее котел из работы при падении давления. Разрежение в котле контролируется датчиком.

Пуск котла осуществляют нажатием кнопки "Пуск", расположенной на щите управления, после чего автоматически включается электроподогреватель, разогревающий топливо до минимальной температуры. Затем автоматически включают вентилятор, подающий воздух в топку и шестеренный насос для подачи топлива. Электромагнитный клапан на линии рециркуляции закрывается после продувки, а электромагнитный клапан на трубопроводе к форсунке открывается. Одновременно открывается электромагнитный клапан на линии подачи газа, который воспламеняется от искры, создаваемой трансформатором зажигания. Газовым факелом поджигают распыленный форсункой мазут. Если мазут воспламеняется, то вся установка выключается и пуск повторяется снова.

Теплотехнические показатели котла «Универсал-6» с поверхностью нагрева 41,8 м², имеющего форсунку P-1-150 и работающего на мазут марки М-40, приведены в табл. 17.

Таблица 17. Результаты теплотехнических испытаний котла

Опыт, накопленный при эксплуатации форсунки Р-1-150. позволил НИИ сантехники разработать полностью автоматизированную ротационную форсунку с максимальной теплой мощностью 30 г/с. Для этой форсунки с учетом предыдущего опыта была создана новая система автоматического регулирования, имеющая три позиции - "Включено", "Минимальная нагрузка" и "Максимальная нагрузка". Включение котла на жидком топливе в работу автоматически осуществляется при минимальной нагрузке (т. е. при малом расходе топлива) и далее полный ход пропорционального электромагнитного исполнительного механизма увеличивается до максимального расхода, если это требуется режиму работы.

Как видно из табл. 17, мазут марки 40 можно эффективно распылять ротационной форсункой Р-1-150 без принудительной подачи вторичного воздуха, только за счет разрежения в топке, равного 8,0 Па (0,8 мм вод. ст.). При этом КПД котла составляет около 83 %. Для обеспечения надежной работы чугунных котлов различных типов величина теплосъема (по рекомендациям НИИ сантехники) не должна превышать 12,8(11) кВт/м² (тыс. ккал/м²xч), а котлы, работающие на жидком топливе, можно эксплуатировать без защитных экранов.

Помимо форсунки Р-1-150 для распылении жидкого топлива в чугунных котлах может быть использована также ротационная форсунка АР-90 с максимальным расходом топлива 90 кг/ч. По принципу действия она не отличается от форсунки Р-1-150 и относится к полуавтоматическим устройствам лишь потому, что поступление, а следовательно, и подача топлива из форсунки регулируются не автоматически, а вручную (вентилем).

Форсунку Р-1-150 используют также при сжигании печного топлива в чугунных котлах на жидком топливе. Для обеспечения Широкого внедрения печного топлива в народное хозяйство страны ГПИ Сантехпроект в 1974 г. выпустил типовой проект Л 903-1-Г "Котельная с четырьмя водогрейными котлами "Универсал-6М" на печном топливе". Проектом предусматривается использование ротационной форсунки Р-1-150 и автоматического устройства АМКО с принудительной подачей топлива насосами.

Учитывая, что ротационные форсунки Р-1-150 и АР-90 выпускаются промышленностью в ограниченном количестве, в чугунных котлах, работающих на печном топливе, могут также использоваться ротационные форсунки Р-2 и Р-3, а также пневматические низконапорные форсунки типа АГНД и ФАЖ.

Недостатками указанных форсунок является их невысокая подача топлива (за исключением ФАЖ), а для форсунок АГНД и ФАЖ еще и недостаточно тонкое распыление топлива особенно при малых нагрузках, так как в этих форсунках распыление топлива осуществляется по принципу форсунки ОЭН.