ФОРСУНКА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для сжигания органических жидких топлив и нефтесодержащих отходов с помощью паромеханических форсунок в промышленных печах и топках котлов при использовании в качестве распылителя перегретого водяного пара.
Известна форсунка, содержащая крепежную обойму, сферический переходной ниппель, регулирующую втулку, сопло для подвода топлива, отверстия для подвода топлива, плунжер, осевую тарированную пружину, шайбу, отверстия для подвода распылителя, распыливающий насадок, стопорную гайку, торцевую тарированную пружину, центральную стволовую трубу для подачи топлива, наружную стволовую трубу для подачи распылителя, штуцер стволовой трубы для подачи топлива, штуцер стволовой трубы для подачи распылителя (см. патент на полезную модель 106718 http://poleznayamodel.ru/model/10/106718.html).
Недостатки известной форсунки:
1. При подаче в форсунку мазута с высоким содержанием воды уменьшается тепловыделение в топке и температура факела, что вызывает снижение КПД котла и количества вырабатываемой им тепловой энергии.
2. Сжигание мазута с длительным сроком хранения и с высоким содержанием воды сопровождается прерывистым горением факела с уменьшением его светимости в топке, что может вызвать аварийное погасание факела из-за низкого тепловыделения, необходимого для испарения и последующего горения мазута при нормальном режиме.
Указанные недостатки устранены в заявляемой форсунке, которая направлена на решение задачи повышения эффективности сжигания жидкого топлива с высоким содержанием воды и предупреждения аварийного погасания факела в котлах.
Поставленная задача решена путем повышения тепловыделения в зоне горения с помощью конструкции форсунки, имеющей дополнительные элементы, обеспечивающие увеличение подачи топлива при снижении теплового потока от факела и снижении светимости факела.
Известная конструкция была разработана для замены длинно факельных насадков на существующих форсунках типа ФУЗ на паровых котлах типа ТГМ-84 для ТЭЦ при сжигании мазута и при использовании перегретого водяного пара в качестве распылителя.
На чертеже представлена конструкция заявляемой форсунки. Позициями обозначены следующие элементы:
1 - крепежная обойма,
2 - сферический переходной ниппель,
3 - регулирующая втулка,
4 - сопло для подвода топлива,
5 - отверстия для подвода топлива,
6 - плунжер,
7 - осевая тарированная пружина,
8 - шайба,
9 - отверстия для подвода распылителя,
10 - распыливающий насадок,
11 - стопорная гайка,
12 - торцевая тарированная пружина,
13 - центральная стволовая труба для подачи топлива,
14 - наружная стволовая труба,
15 - штуцер стволовой трубы для подачи топлива,
16 - штуцер стволовой трубы для подачи распылителя,
17 - датчик теплового излучения,
18 - электропривод для перемещения штока,
19 - шток,
20 - линия электрической связи.
Назначение и взаимодействие элементов следующее.
Крепежная обойма 1 служит для присоединения с помощью резьбы конструкции форсунки к наружной стволовой трубе 14. Сферический переходной ниппель 2, совпадающий по конфигурации с посадочным местом центральной стволовой трубы 13 для подачи топлива, обеспечивает подведение жидкого топлива к отверстиям 5 для распыления. Обеспечение необходимого зазора между втулкой 3 и распыливающим насадком 10 производится за счет ее перемещения по резьбовой части насадка 10.
В шайбе 8 имеется несколько отверстий 9 для подвода перегретого пара, расположенных равномерно по окружности под углом от 5° до 10° к оси форсунки в зависимости от толщины шайбы 8 и совпадающих с отверстиями 5 для подачи топлива, которые расположены под углом 60° к оси форсунки (см. чертеж).
Регулирующая втулка 3 имеет в торцевой части фаску, выполненную под углом 60° к оси форсунки. Торцевая наклонная часть распыливающего насадка 10 выполнена также под углом 60° к оси форсунки и относительно фаски регулирующей втулки 3 образует щелевой кольцевой канал, наклоненный под углом 60° к оси форсунки, и совпадающий с углом наклона отверстий 5 для подвода топлива.
Плунжер 6 может перемещаться в осевом направлении преодолевая сопротивление пружины 7 и увеличивая при этом проходное сечение отверстий 5. При закоксовывани щелевого зазора между распыливающим насадком 10 и регулирующей втулкой 3 давление пара и топлива возрастает и распыливающий насадок 10, преодолевая сопротивление пружины 12, перемещается в осевом направлении и увеличивает проходное сечение щелевого зазора. При этом не прекращается работа форсунки при частичном закоксовывании щели между распыливающим насадком 10 и торцевой частью регулирующей втулки 3.
Сферический переходной ниппель 2 вставляется в центральную стволовую трубу 13 паромеханической форсунки до полного контакта сферической поверхности с посадочным местом в центральной стволовой трубе 13 и с помощью внутренней резьбы крепежной обоймы 1 жестко фиксируется на наружной стволовой трубе 14.
Наружная стволовая труба 14 размещается в горелке котла и подсоединяется через существующие штуцера подачи топлива 15 и подачи распылителя 16 к трубопроводам для подачи жидкого топлива -мазута и распылителя - перегретого водяного пара на котле. Через штуцер 15 подается мазут, который проходит через центральное отверстие ниппеля 2 и через отверстия 5.
В отличительной части заявляемая форсунка имеет сквозное отверстие по центру плунжера 6, в который вставляется шток 19 с упорным выступом. Другой конец штока 19 механической связью соединен с закрепленным внутри канала выхода стволовой трубы электроприводом 18 перемещения штока. На внешней поверхности крепежной обоймы 1 закреплен датчик 17 теплового излучения от горящего факела. Электрический сигнал от датчика 17 подается по линии электрической связи 20 на электропривод 18. Применение датчика теплового излучения 17, непрерывно вырабатывающего электрический сигнал в зависимости от количества выделяющейся при горении жидкого топлива теплоты, обеспечивает положительный эффект при работе заявляемой форсунки. При уменьшении выделяющейся теплоты в факеле из-за увеличения содержания воды в сжигаемом мазуте с датчика 17 по линии 20 подается электрический сигнал на электропривод 18, который перемещает шток 19 для преодоления сопротивления пружины 7 и перемещения плунжера 6 для увеличения проходного сечения отверстий 5 и подачи дополнительного количества жидкого топлива. За счет сгорания дополнительного количества жидкого топлива, увеличивается количество вырабатываемой тепловой энергии и предотвращается аварийное погасание факела. При работе парового котла, вырабатывающего перегретый водяной пар для турбины, при подаче дополнительного топлива обеспечивается поддержание температуры пара, необходимой для высокого КПД. Существующая автоматика на котле подает общее количество топлива, например мазута, в составе которого в результате длительного хранения мазута, протечки паровых нагревателей содержание воды может доходить до 10% по массе. Вода в составе мазута при хранении в цистернах скапливается в виде линз и местных включений и может быть подана мазутным насосом в горелку внезапно, что и вызывает снижение тепловыделения в факеле или аварийную ситуацию топки котла.
При увеличении теплового выделения в факеле сверх допустимого электрический сигнал от датчика 17 передается на электропривод 18, который перемещает шток 19 для освобождения плунжера 6 и его последующего перемещения под действием пружины 7 для уменьшения проходного сечения отверстий 5. Количество подаваемого топлива в зону горения при этом уменьшается.
Через штуцер 16 подается распылитель - перегретый водяной пар, который проходит в форсунке по отверстиям 9. При соударении струй из отверстий 5 и 9 происходит предварительное первичное дробление мазута на капли. При ударе предварительно диспергированных потоков пара и мазута о распыливающий насадок 10 происходит вторичное дробление капель мазута, а при попадании вторично диспергированного мазутно-парового потока в щелевой зазор между распыливающим насадком 10 и торцевой частью регулирующей втулки 3 происходит дополнительное третичное дробление мазутно-парового потока за счет диффузорного эффекта.
При случайном попадании в ниппель 2 коллоидных частиц мазута и забивании отверстий 5 за счет возрастания давления плунжер 6 преодолевает сопротивление пружины 7 и увеличивает проходное сечение отверстия 5 и коллоидное загрязнение выбрасывается через отверстие 5 и через щелевой зазор в факел для сгорания. Применение угла наклона 60° для торцевой части распыливающего насадка 10 и угла наклона 60° для торцевой части регулирующей втулки 3 (см. чертеж) позволяет добиться геометрической конфигурации факела, при которой не происходит наброса факела на задний и на боковой экраны котла.
Пример конкретного исполнения и параметров работы предлагаемой форсунки.
На котле ТГМ-84Б для сжигания мазута Ml00 с массовым содержанием воды 5,4% применяются паромеханические форсунки ФУЗ-5000. Основной недостаток этих форсунок - длинный факел, который разрушает обмуровку заднего экрана, а также отсутствие регулирования тепловыделения в факеле при сгорания топлива с высоким содержанием воды. Регулировки щелевого зазора также не имеется, так как мазутно-паровой поток выбрасывается через 20 концентрически расположенных отверстий со средним диаметром 7 мм по оси стволовой трубы. При понижении давления жидкого топлива наблюдается «подкапывание» форсунки. Все это приводит на переходных режимах работы котла к неполноте сгорания топлива и к его перерасходу. При сжигании мазута с высоким содержанием воды происходит снижение тепловыделения в факеле и снижение температуры перегретого пара, подаваемого на турбину. Заявляемая форсунка изготовлена с 6-ю отверстиями ∅5 мм для подачи пара и с 6-ю отверстиями ∅4 мм для подачи мазута. Крепежная обойма имеет внутреннюю резьбу М65×2,5.
Со ствола форсунки применяемой форсунки ФУЗ-5000 был снят распыливающий насадок и подсоединена на резьбе М65×2,5 заявляемая форсунка с параметрами, указанными выше. Форсуночный ствол с присоединенной заявляемой форсункой был установлен в центральную трубу горелки №4 1-го яруса. Подсоединены штуцера подачи распылителя - перегретого пара и жидкого топлива - мазута к трубопроводам. Остальные 5 горелок котла работали на сжигании газа.
2
2
Смена насадка ФУЗ-5000 на заявляемую форсунку и подсоединение к трубопроводам пара и мазута и запуск заявляемой форсунки в работу по времени заняли 15 мин. Поджиг мазута осуществлен от пламени соседней горелки. При испытании давление мазута составляло 12 кГ/см, давление пара 10 кГ/см, расход мазута 3 т/ч, нагрузка котла 350 т/ч. Выявлено, что заявляемая форсунка, по сравнению с ФУЗ-5000, дает более короткий факел и более меньший диаметр капель мазута при распыливании. Однако при диаметре отверстий для выхода мазута, равном 4 мм, в пламени наблюдались черные точки от медленного горения мазута из-за повышенного содержания воды в мазуте 5,4%. Температура факела, измеренная датчиком теплового излучения, составляла 1370°С. Второе испытание проведено с увеличенным диаметром отверстий для выхода мазута до 4,4 мм. Температура факела, измеренная датчиком теплового излучения, повысилась до 1390°С. Тепловое выделение факела увеличилось при тех же давлениях мазута и распыливающего пара, что позволило повысить КПД котла на 0,36%.