Организация топочного процесса.

Процесс сжигания жидкого топлива в котлах следующий: в топку подается топливо в мелкораспыленном виде и воздух, подаваемый с помощью воздухонаправляющего устройства.

Устройство для распыления топлива называется форсункой.

Воздухонаправляющее устройство (ВНУ) и форсунка образуют топочное устройство.

 

Схема топочного устройства для факельного сжигания жидкого топлива

и общая картина движения потоков топлива воздуха и продуктов сгорания

1. - форсунка

2 -воздухонаправляющее устройство

3 -диффузор

4 - фурма

В центре топочного устройства форсунка (1) подает в топку мазут в распыленном виде

и капли образуют полый конус. К поверхности конуса воздухонаправляющим устройством (2) подается воздух для лучшего смешивания с топливом закрученным вихревым потоком. Вращение воздуха обеспечивается специальными лопатками, установленными в воздухонаправляющем устройстве.

На пути движения воздуха стоит диффузон (3) - плохо обтекаемое тело, именно

поэтому воздух, так же как и топливо поступает в топку в виде пологого конуса.

В выходном сечении фурмы потоки топлива и воздуха пересекаются и начинается

их перемешивание, в результате чего образуется полая струя топливо-воздушной смеси

в форме тюльпана.

В струе потока в середине толщины продольного движения скорость

максимальная (u_МАХ), а к границам падает. На наружной границе скорость приближается

к нулю, а по внутренней границе вектор скорости продольного движения направлен

в обратную сторону к форсунке. Обратное движение вызвано разряжением в центре

полой струи из-за диффузора и вращательного движения струи.

Зона разряжения называется зоной обратных токов. Здесь, горячие газы, двигаясь

в обратном направлении, подходят к струе топлива и поджигают ее, обеспечивая устойчивое положение факела околотопочного устройства при любых высоких скоростях подаваемого воздуха.

 

Принцип действия и конструкция форсунок.

В зависимости от метода распыления топлива, форсунки распределяются

на: - воздушные

- паровые

- механические

- паромеханические

В судовых котлах применяются механические и паромеханические форсунки.

 

 

Устройство наконечника форсунки

В вихревой камере происходит вращение

топлива, т.к. оно подается туда по четырем

тангенциальным каналам. Из камеры

вращающееся топливо выходит в топку через отверстие распылителя в виде пленки, образующей пустотелый конус. При низком давлении топлива Р <1 МПа пленка распадается на крупные капли, при Р > 1 МПа пленка дробится на мелкие капли.

 

В механических форсунках используется центробежный эффект, создаваемый вращением топлива, подаваемого к форсунке под давлением. Обычно в форсунках давление топлива составляет 1-4 МПа. Механические форсунки обеспечивают хорошее распыление при Р ³ 1МПа, но плохо регулируют расход топлива, т.к. при снижении давления топлива ухудшается его распыление.

В паромеханических форсунках конструкция та же, только при малой нагрузке используется пар, который подается в паровой канал, а оттуда в тангенциальные каналы,

а затем в вихревую камеру, там пар встречается с мазутом и распыляет его.

 

Преимущество паромеханической форсунки перед механической в возможности регулирования подачи мазута за счет изменения давления топлива. При изменении давления от 4 до 0,01 МПа расход топлива в паромеханической форсунке снижается от 100% до 5%,

т.е. глубина регулирования форсунки будет равна 20: iф = 100 / 5 = 20. У механических форсунок iф = 2.

Единственный недостаток паромеханических форсунок - безвозвратная потеря пара.

 

Поверхности нагрева котла.

Основная поверхность нагрева котла.

Основная поверхность нагрева парового котла - испаритель.

 

Основную поверхность нагрева имеют все котлы, в то время как дополнительная поверхность может частично или полностью отсутствовать.

Котлы, использующие теплоту отработавших газов, дизелей и газотурбинных двигателей могут не иметь топки.

 

 

Теплота газов к стенке передается во много раз медленнее, чем отводится воде.

Поэтому благодаря интенсивной теплоотдаче и воде температура стенок труб работающего котла практически равна температуре воды в них.

Теплоотдача от стенки к пару значительно меньше, чем теплоотдача к воде,

именно поэтому, в случае нарушения циркуляции в трубах окажется пар и температура стенки начнет резко возрастать, что ведет к нарушению прочности металла и аварии.

Теплопередача сильно ухудшается, если стенки покрыты с одной стороны сажей

(от дымовых газов), а с другой накипью, а в особенности маслом. Чем толще будет этот слой, тем хуже теплота будет отдаваться воде, а соответственно увеличится температура металла стенки.

 

Дополнительные поверхности нагрева.

Дополнительная поверхность состоит из: - пароперегревателя,

- экономайзера,

- воздухоподогревателя.

Паронагреватель - это часть котла, которая состоит из трубной поверхности нагрева и коллекторов и предназначена для перегрева пара за счет тепла дымовых газов, т.е. для получения пара, температура которого превышает температуру насыщенного пара.

В паронагреватель из пароводяного коллектора поступает влажный насыщенный пар

и, проходя внутри труб, сначала подсушивается, а затем перегревается за счет теплоты дымовых газов. С повышением температуры перегрева пара на 20-25⁰С КДП установки возрастает на 1-1,5%.

Паронагреватель (ПП) состоит из стальных труб Æ32х3, 29х2,5, 25х2,5, 20х2,

изогнутых в виде петель или змеевиков и расположенных в шахматном порядке.

Концы труб ввальцованы в отверстия коллекторов.

Увеличение скорости и температуры пара в пароперегревателе обеспечивают

несколько ходов пара за счет разделения коллектора поперечными и продольными перегородками. Крепление труб к коллекторам производится вальцеванием.

 

Водяные экономайзеры служат для подогрева поступающей в котел питательной воды теплотой дымовых газов.

Экономайзер устанавливается в низкотемпературной зоне котла - за котлом -

и относится к «хвостовым» поверхностям нагрева. Дымовые газы омывают трубы экономайзера и передают часть своего тепла воде.

Экономайзеры делятся:

- по конструкции: - змеевиковые

- петлевые

- по типу поверхности нагрева: - гладкотрубные

- ребристые

- некипящие

 

В судовых котлах экономайзеры некипящие.

Наибольшее распространение имеют гладкотрубные змеевиковые экономайзеры. Питательная вода в змеевике может подводиться с прямотока и противотока.