4.4 Спалювання рідкого палива

Спалювання мазуту в топках котлів відбувається в парогазовій фазі, оскільки температура кипіння рідких палив значно нижче за температуру їх запалювання. Рідке паливо, що надходить в топку за рахунок теплоти топкових газів підігрівається, а потім випаровується. Інтенсивність випаровування збільшується із зменшенням розмірів частинок і посиленням підведення теплоти, тому використовують розпилення рідкого палива на дрібні частинки (1…100 мкм) за допомогою форсунок.

Швидкість горіння рідкого палива визначається фізичною стадією, а саме швидкістю випаровування. Частинки можуть бути різного розміру. Спочатку запалюються дрібніші, що прискорює запалення більших частинок.

В реальному факелі окремі його ділянки мають різні надлишки окислювача і різну температуру. Горюча частина мазутового факела може бути сумішшю легких паро- і газоподібних вуглеводнів, важких рідких вуглеводнів і навіть твердих частинок (сажа). Отже, необхідний для горіння повітря треба подавати в корінь факела, що сприяє посиленню окислювальних реакцій і послаблює несиметричне розщеплювання вуглеводнів.

Ефективним є закручування факелу, оскільки при цьому всередині факелу утворюється розрідження і туди підсмоктуються гарячі гази, які прогрівають паливо і інтенсифікують процес горіння.

Процес спалювання рідкого палива включає наступні етапи:

За способом розпилювання рідкого палива форсунки можна розділити на три основні групи: механічні; з розпилювальним середовищем; комбіновані.

В механічних форсунках розпилювання здійснюється головним чи-ном за рахунок енергії палива при протискуванні його під значним тиском через малий отвір – сопло, або за рахунок відцентрових сил, створюваних при закручуванні палива, або при обертанні елементів самої форсунки. Зазвичай мазут поступає до форсунок під тиском 2,0…3,5 МПа. Наявність механічних домішок в мазуті і малі вихідні отвори форсунок (1,5…3,5мм) обумовлюють необхідність ретельної фільтрації мазуту.

Продуктивність форсунок регулюють зміною тиску мазуту перед форсункою, внаслідок чого вони мають малий діапазон регулювання.

У форсунках з розпилювальним середовищем розпилювання палива здійснюється головним чином за рахунок енергії розпилювача (пари або повітря), що рухається з великою швидкістю. При паровій пульверизації мазуту застосовують пару тиском 0,5…2,5 МПа, питома витрата пари при цьому складає 0,3…0,35 кг/кг мазуту. При повітряній пульверизації мазуту у форсунках повітря має тиск 0,002…0,6 МПа, а питома витрата складає 0,6…9 кг/кг мазуту. При цьому забезпечується тонке розпилювання і менші вимоги до очищення мазуту.

Парові форсунки якісно розпилюють, добре регулюються, але мають значні витрати пари – до 5% від паровидатності котла, втрати конденсату, підвищений вміст Н₂О в газах, що збільшує q₂ і посилює корозію, підвищений шум.

Таким чином, для котлів середньої і великої продуктивності при постійній роботі на мазуті застосовуються механічні форсунки як найекономічніші. Парові форсунки застосовуються для котлів малої продуктивності, а також як розпалювальні.

Рисунок 4.7 – Конструкція газомазутного пальника: 1 – за-глушка; 2 – форсунка; 3 – газоповітряна частина; 4, 5 – лопаткові завихрувачі; 6 – монтажна плита.

В комбінованих форсунках розпилювання палива здійснюється за рахунок сумісного використання енергії палива, що подається під тиском, і енергії розпилювального середовища. Комбіновані форсунки при підвищених навантаженнях котла працюють як механічні, а при малих навантаженнях (менше 60 %), а також в пускових режимах в них подають також пару. Ротаційні форсунки не вимагають ретельної фільтрації мазуту, дають добре розпилювання і володіють широким діапазоном регулювання продуктивності (15…100% ).

Недоліками таких форсунок є складність конструкції і шум при роботі. В промисловості широко використовуються комбіновані паль-ники для роздільного і сумісного спалювання мазуту і газу (рис. 4.7). За основу створення таких пальників приймають звичайні газові пальники, в центральну частину яких встановлюють мазутну форсунку. При спалюванні мазуту повітря нагрівається до 200…300^oС. Додаткова інтенсифікація розпилювання мазуту досягається подачею повітря в топку через регістри у вигляді окремих струменів із швидкістю 40…50 м/с.

При спалюванні мазуту виникають утруднення з видаленням золи з поверхні нагріву котла, що пов'язано з наявністю у відкладеннях легкоплавких з'єднань ванадію і лужних металів, що приводяться до високотемпературної корозії труб і підвісок пароперегрівників.

Сірка, що міститься в мазуті при згоранні утворює в основному сірчистий ангідрид SO₂. Незначна частина сірки згорає до SO₃, який, з'єднуючись з водяними парами, дає сірчану кислоту. Для зниження в продуктах згорання вмісту сірчаного ангідриду спалювання мазуту ведуть з гранично малим коефіцієнтом надлишку повітря, близьким до одиниці α_т = 1,05…1,1. При цьому температура точки роси істотно знижується. Зниженняα_т призводить також до значного зниження концентрації оксидів азоту NO_х в продуктах згорання мазуту.