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, штуцер для подвода топлива, 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 снижении температуры водяного пара, используемого в качестве распылителя, вследствие недостаточного испарения происходит образование мелких капель на поверхности распыливающего насадка, которые стекают вниз топки без сгорания и тем самым получается химический недожог топлива и перерасход топлива при выработке тепловой энергии в котлах.
2. Снижение давления жидкого топлива вызывает недостаточное дробление капель топлива при соударении струй топлива и распылителя, вследствие чего получается механический недожог и перерасход топлива при выработке тепловой энергии в котлах.
Указанные недостатки устранены в заявляемой форсунке, которая направлена на решение задачи повышения эффективности сжигания жидкого топлива в котлах и печах.
Поставленная задача решена путем устранения недожога топлива с помощью конструкции форсунки, имеющей дополнительные элементы для увеличения количества подводимой тепловой энергии к испаряемой для горения капли жидкого топлива и дополнительные элементы для повышения дисперсности дробления капель при снижении давления подаваемого на горение жидкого топлива.
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 фиг. 1 представлена конструкция заявляемой форсунки.
Позициями обозначены следующие элементы:
1 - крепежная обойма, 2 - штуцер для подвода топлива, 3 - регулирующая втулка, 4 - сопло для подвода топлива, 5 - отверстия для подвода топлива, 6 - плунжер, 7 - осевая тарированная пружина, 8 - шайба, 9 - основные 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 - отверстия дополнительного подвода распылителя, 18 - пластинчатый чувствительный элемент переменной длины, зависящей от температуры, 19 - плунжерная головка, 20 - прецизионная пружина.
Назначение и взаимодействие элементов следующее:
Торцевая часть штуцера 2 (см. фиг. 1) для подвода топлива выполнена сферической, совпадающей по конфигурации с посадочным местом штуцера для подачи топлива большинства находящихся в эксплуатации на энергетическим котлах насадков мазутных форсунок. Корпус форсунки выполнен состоящим из двух частей: крепежной обоймы 1 и регулирующей втулки 3. Крепежная обойма 1 служит для присоединения с помощью резьбы заявляемой конструкции форсунки к наружной стволовой трубе 14 (фиг. 1) форсунки.
Предварительно с находящейся в эксплуатации форсунки с наружной стволовой трубы 14 отсоединяется существующий распыливающий насадок, дающий длинный факел, который разрушает обмуровку задней стенки котла. В шайбе 8 имеется несколько основных 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. фиг. 1). В заявляемой конструкции форсунки имеется дополнительно несколько отверстий 17 дополнительного подвода распылителя - перегретого пара, расположенных равномерно по окружности и наклонно к осевой линии плунжера между основными отверстиями 9 для подвода перегретого пара. Эти отверстия 17 при высокой температуре пара закрыты пластинчатыми чувствительными элементами 18 переменной длины, зависящей от температуры.
При снижении температуры перегретого пара элементы 18 открывают отверстия 17 и через них поступает дополнительное количество пара для распыла жидкого топлива и тем самым повышается температура капель и улучшается их испарение на начальной стадии подготовки к горению.
Регулирующая втулка 3 (см. фиг. 1) 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. Крепежная обойма 1 и регулирующая втулка 3 могут перемещаться в осевом направлении по резьбовой части шайбы 8.
Плунжер 6 может перемещаться в осевом направлении преодолевая сопротивление пружины 7 и увеличивая при этом проходное сечение отверстий 5. При закоксовывани щелевого зазора давление пара и топлива возрастает и распыливающий насадок 10, преодолевая сопротивление пружины 12, перемещается в осевом направлении и увеличивает проходное сечение щелевого зазора, то есть работа форсунки при частичном закоксовывании щели между распыливающим насадком 10 и торцевой частью регулирующей втулки 3 не прекращается.
Форсунка своим штуцером 2 (см. фиг. 1) вставляется в центральную стволовую трубу 13 паромеханической форсунки до полного контакта сферической поверхности штуцера 2 с посадочным местом в центральной стволовой трубе 13 и с помощью внутренней резьбы крепежной обоймы 1 жестко фиксируется на наружной стволовой трубе 14. Вращением регулирующей втулки 3 устанавливается величина щелевого зазора между распыливающим насадком 10 и торцевой частью регулирующей втулки 3 в зависимости от требуемой производительности форсунки.
Наружная стволовая труба 14 устанавливается в горел очную амбразуру на котел 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 штуцера 2 и через отверстия 5.
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 снижении температуры распылителя - перегретого водяного пара, пластинчатые чувствительные элементы 18 открывают отверстия 17 дополнительной подачи перегретого пара и на наклонную поверхность распыливающего насадка поступает дополнительное количество пара. В результате этого увеличивается подвод теплоты к мелко диспергированным каплям жидкого топлива, ускоряется их испарение на начальной стадии горения и тем самым устраняется химический недожог, то есть достигается положительный эффект по сравнению с известным устройством.
При случайном попадании в штуцер 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. фиг. 1) позволяет добиться геометрической конфигурации факела, при которой не происходит наброса факела на задний и на боковой экраны котла.
При снижении давления жидкого топлива плунжерная головка 19, расположенная по оси плунжера 6 и по оси форсунки, под действием механического усилия от прецизионной пружины 20, расположенной по оси плунжера 6 и по оси форсунки, перекрывает часть проходного сечения отверстия 5 для подвода топлива. Масса жидкого топлива, проходит через отверстия 5 и за счет соударения струй топлива и струй распылителя - перегретого пара подвергается механическому первичному дроблению. Для пониженной величины давления жидкого топлива его расход снижается. Давление перегретого пара при этом не уменьшается, то есть эффективность первичного дробления капель жидкого топлива не уменьшается. Мелко раздробленные дисперсные частицы топлива при вторичном дроблении за счет соударения с наклонной поверхностью распыливающего насадка 10 не оседают, а двигаются в пародисперсном потоке для третичного дробления за счет диффузорного щелевого эффекта и затем для дальнейшего смешивания с воздухом сгорания в факеле.
Этим достигается положительный эффект устранения механического недожога по сравнению с известной форсункой, в которой при понижении давления жидкого топлива происходит укрупнение размеров частиц стекающих вниз по наклонной поверхности распыливающей насадки 10 и тем самым наблюдается «подкапывание» форсунки.
Пример конкретного исполнения и параметров работы предлагаемой форсунки:
На котле ТГМ-84Б для сжигания мазута M100 использовались паромеханические форсунки ФУЗ-5000. Основной недостаток этих форсунок - длинный факел, который разрушает обмуровку заднего экрана. Регулировки щелевого зазора 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. 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 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 8 кГ/см, давление пара 9 кг/см, расход мазута 2,5 т/ч, нагрузка котла 300 т/ч. Выявлено, что заявляемая форсунка дает более короткий факел и более меньший диаметр капель мазута при распыливании, что позволяет достигнуть более экономичного сжигания мазута в котле.
При снижении температуры пара за счет отверстий 17 дополнительной подачи удлинения горящего факела в топке не наблюдалось, то есть количество подводимого тепла для испарения капель топлива было достаточным. При снижении давления мазута «подкапывания» также не наблюдалось.