Для осуществления в печах факельного метода, который широко применяется для сжигания жидкого топлива, используют специальные устройства, яки называют форсунками.
К форсункам выдвигают следующие требования:
1) хорошее распыление и перемешивание топлива с воздухом;
2) обеспечение устойчивого горения Продолжающийся факела нужной длины;
3) надежность в эксплуатации, простота и прочность конструкции, устойчивость к засорения удобство чистки.
Качественное сжигание жидкого топлива определяется тонкостью его распыления. Для достижения этой цели используют форсунки, кроме того, обеспечивают необходимый диапазон регулирования расхода топлива и устойчивое зажигание смеси.
В зависимости от способа распыления топлива форсунки подразделяются на четыре класса:
- Механические,
- Паровые,
- Воздушные (пневматические),
- Комбинированные.
На рисунку4.3 показано принципиальные схемы различных форсунок.
Форсунки с механическим распылением можно разделить на прямоточная центробежные и ротационные. В прямоточных форсунках (рис. 4.3, а) дробление струи топлива на мелкие капли происходит при его продавливании под значительным давлением (1-2 МПа) через сопло малого диаметра. В центробежных форсунках (рис. 4.3, б, в) топливо распыляется под действием центробежных сил, возникающих при закручивании топливного потока. Вращательное движение топливо получает за счет его тангенциального подвода к вихревой камеры форсунки (см. рис. 4.3, б) или за счет специального завихритель, который устанавливается на выходе из форсунки (см. рис. 4.3, в).
В ротационных форсунках (рис. 4.3, г) топливо подается внутрь стакана, которая быстро вращается, за счет чего оно растекается под действием центробежных сил и образует тонкую пленку. На выходной кромке стакана тонкая пленка подхватывается первичным воздухом, поднимается.
Паровые и пневматические форсунки можно объединить в один класс-форсунки со средой, распыляет. В паровых форсунках (рис. 4.3, д) в качестве такой среды используют водяной пар с давлением 0,4-1,6 МПа. Мазут в форсунки подается под давлением 0,3-0,4 МПа. Чем больше скорость струи пара, тем более тонко распыляется топливо. В большинстве форсунок достигается критическая скорость пара (см. раздел 1.5.4).
Паровые форсунки по конструкции проще механических, но из-за большой расход пара (0,30-0,35 кг пара на 1 кг мазута) и сильного шума применяются в котлоагрегатах производительностью до 3,3 кг / с.
Пневматические форсунки, в которых средой, распыляет, служит воздух, можно разделить на форсунки высокого и низкого давлений. К первой группе относятся форсунки, в которых давление воздуха, дующий, составляет 0,2-1 МПа и выше (см. рис. 4.3, д), ко второму - форсунки, в которых давление воздуха равна 0,002-0,008 МПа (рис. 4.3, е).
В форсунках высокого давления воздуха на распыление подается от компрессора под большим давлением. При этом расход компрессорного воздуха составляет 10-15% всего количества воздуха, необходимого для горения. Другой воздух, который называется вторичным, через форсунку не проходит, а поступает в форсунки по специальным керамическим каналам. Если распылителем есть пара, то все необходимое для горения воздух подают в виде вторичного. Поскольку вторичный воздух может подогреваться до очень высоких температур (1373-1473 К), форсунки высокого давления применяют на таких печах, где для достижения высоких температур в рабочем пространстве (например, мартеновские печи) необходимо подогревать воздух до высокой температуры. В форсунках низкого давления воздух подается вентилятором, т.е. под низким давлением. Все воздуха, необходимый для горения, поступает через форсунку. Форсунки низкого давления, в которых применяют воздух, подогретый до 573 К, используют на нагревательных печах различного типа.
При сравнении достоинств пневматических форсунок высокого и низкого давлений предпочтение следует отдать последним. Во-первых, они обеспечивают более высокое качество распыления топлива вследствие большого удельного расхода воздуха, во-вторых, создаются более благоприятные условия для сжигания топлива в результате интенсификации процесса смесеобразования. Кроме того, в данных форсунках работают низконапорные топливные насосы и вентиляторы, что ведет к снижению расхода энергии на электропривод. К недостаткам пневматических форсунок низкого давления следует отнести значительные габариты, возрастающих с увеличением их производительности.
Широкое распространение получили также паро-и пневмомеханическая форсунки, относящиеся к классу комбинированных. При номинальной (расчетной) расходе топлива комбинированные форсунки работают как механические, то есть с большим давлением топлива, а при малых затратах - с подачей агента (пара или воздуха), распыляет. В таких форсунках вращательное движение топлива создается путем его тангенциального подвода или с помощью завихрителей различных конструкций. Для более тонкого распыления мазута уменьшают его вязкость, предварительно подогревая. В зависимости от марки мазута и типа форсунки температура его подогрева принимается различной.