76
ағынның жақсы араласуы кезіндегі арттық оттегіні басқа ағындардағы жанғыш қоспаны жағуға болады. Бұндай келесі араласулар оттық камерада сәулеленумен жылуберілуді жақсартады.
Жанарғы маңында ауа мен газдың қарқынды бірқалыпты араласуы ауа артықшылығының аз мәнінде отынның химиялық толық жанбауын төмен болуына көмектеседі. Бірақ бұл кезде нашар жарқындайтын жалын және оттықтың экрандық бетіндегі жылуберу төмен болады. Қорытындылағанда, экранның шаңтәріздес оттықпен салыстырғанда аз ластануына қарамастан, оттықтың тікелей жылуберуінің суммалық шамасы құрғақ көмір отынынан газға өткенде азаяды. Сондықтан жарқындайтын жалын алу үшін жылдамдықты және жанудың бастапқы сатысында толық қоспатүзілуді шектеу дұрыс, және отын жауының химиялық толық жанбауын төмендету үшін оттық көлемінің келесі бөліктерінде араласуды толық ұйымдастыру қажет. Соңысына оттық аэродинамикалық дұрыс ұйымдастыру арықыл қол жеткізуге болады
Табиғи газда жұмыс істейтін оттықтардағы ауа артықшылық коэффициенті шамамен от 11,. Ал химиялық толық жанбаудан жоғалтулар – 1-1,5%.
77
эжекторлық эффект әсеріне кеңейетін сопло алдында камераға сорылады.
Отын мен бу ағыны араласуы форсунканың өзінде болады.
Булық форсункаларының өнімділігі көп жағдайда үлкен емес 400-500, кейде 700 кг/сағ мазутқа дейін болады. Форсунканың өнімділігі бу қысымына байланысты ұлғаяды (шамамен қысым шамамен квадраттық түбіріне пропорционал).
Бұл форсункалардағы бу шығыны көп 1 кг мазутқа 0,3-0,6 кг буды құрады, ол қазанның п.ә.к.-ін 2-3,5 % төмендетеді.
Форсунка іске қосу кезде алдымен бу, содан кейін отын жібереді. Өшірген кезде алдымен отын берілуі, содан кейін бу тоқтатылады. Бұл отынның оттық астына түсуіп және оның газификацияланып газауалық қоспасының жарылуның алдын алады.
Механикалық форсункалар корпустан, құбыр мен шашыратқыштан тұрады. Мазут 14-15 ат (1,37-1,47 МПа) қысыммен шашырататын шайб арқылы өтеді, онда қысымның потенциалдық энергиясы ағынның кинетикалық энергиясына ауысады.
Сонымен қатар, мазут ағыны шашыратқышта айналмалы қозғалыста алады.
Мазут ағыны оттық камерсына шығу кезінде әр түрлі өлшемдегі жеке тамшыларға ыдырайды.
БПК механикалық форсункасында, цилиндрлік шашырату камерасына қатысты тангенциальді орналасқан саңылаудан ағыу нәтижесінде ағын айналмалы қозғалыс алады. Мазуттың бұрмаланған ағыны оттық камерасына шашыратқыш шайба арқылы шығады. Штокты қозғалта отырып винттік линияда орналасқан каналдар қимасының жабуға болады. Бұл форсунка өнімділігінің шашырату сапасын түсірмей өзгертуге мүмкіндік береді.
Сұйық отынның шашырау сапасы тамшының фракциондық құрамы және олардың ағын көлденең қимасында таралу сипатымен анықталады.
Сұйықтық ағынның шашырауы қоршаған газдың көлемімен бұрмаланған ағынның әрекеттесуімен анықталады. Сұйықтық ағыны газды ортамен әрекеттесу нәтижесінде пульсацияланып және жеке тамшыларға ыдырай бастайды. Ағынның пульсациялық сипаты оның ағу жылдамдығынан тәуелді болады. Ағынның ыдырауы ағынның еркін бетінің тепе-теңдігі беттік керілу күшінің әсері нәтижесінде бұзылады деп санауға болады. Оның әсерінен сұйықтың бетінде амплитудасы өздігінен үлкейтін толқындар пайда болып, ағынның жеке тамшыларға ыдырауына әкеледі.
4.4 сурет. Мазутты жағуға арналған жанарғы
1-форсунка, 2-қорғау
конусы, 3-бұрылу
қалақшалары.
78
Жеке тамшылар өзкезегінде белігі бір шектен асатын жылдамдықта газды ортамен әрекеттесіп одан да кіші өлшемді тамшыларға ыдырайды..
Тамшының орташа диаметрінңғ , форсунканың өту саңылауның диаметріне қатынасы тең:
0 2
0 A w d
d d
г ор
, (4.1)
мұндағы, А-пропорционалдық коэффициенті, форсунканың түрі мен сұйық типіне байланысты;
w-тамшы қозғалысының жылдамдығы;
-сұйықтықтың бетік керілуі;г-газды ортаның тығыздығы.
(4.1) теңдеуінен тамшының орташа диаметрі форсунка саңылауның диаметрі аз және тамшы қозғалысының жылдамдығы көп болған сайын кіші болады. Сондықтан өте кіші етіп шашырату үшін көп энергия мөлшерін кетіреді, оның меншікті шығыны тамшының орташа диаметрінің квадратты кері пропорционал болады.
Тамшылның фракция бойынша таралуы ықтималды қисық бойынша үйлестіру заңына бағынады және келесі формула бойынша өрнектеледі:
ор
i
d d Г m
i e
G
G 1 1
, (4.2)
мұндағы
G
Gi –үлкен di өлшеммді тамшылардан тұратын cұйықтықтың үлесі;
m-тамшылардың үйлестірілуін сиппаттайтын параметр. Оның мәні форсунканың түріне байланысты. Тәжірибелік мәліметке сәйкес, m=2,0-3,0.
(4.1) және (4.2) теңдеулерінің бірге шеше отырып берілген жылдамдық w үшін тамшылардың үлестірілуін анықтауға болады.
Қазан оттықтарында әдетте қолданылатын шашыратуы ортадантепкіш форсункаларда сұйықтық ағында конус тәрізді ыдырайды. Ең ірі тамшылар (отынның негізгі бөлігі) оның сыртқы бөлігіне ұшып, ауаның ағынымен әсерінен қосымша ыдырайды.
Отынның жалын көлденең қимасында үлестірілуі ортадантепкіш форсункалар кезінде 4.5 суретте көрсетілген түрде болады.
79 Жанарғының қарапайым сұлбасында ауа ағынының өзі ағынды бұрмаландыратын қалақшалармен жабдықталған (4.4 сурет), ол да конуспен таралады. Бұған форсунка айналасында, жалынның жанудың тоқтауынна қорғайтын және және өзінің артынан
төмен қысымды аймақты
қалыптастыратын, қорғау конусын 2 орналастыру әсер етеді. Нәтижесінде ауа ағыны қатты сыртқа беріледі, және де ашылу бұрышын айналы қалақшалар арқылы реттеледі. Сыртқы жағында ауаның бұл ағыны өзін қоршайтын оттық газдармен қарқынды араласып өзімен әкетеді. Конус осьі бойымен қысым төмен болуына байланысты оттықтан оттық газдарын тартып және оны ауамен араластырады (4.6 сурет).
Осылай, мазуттың тамшылары ұшып
бара жатып ыстық газдармен араласу әсеріне және сәулеленудің әсерінен тез қызады. Қыза отыра, тамшылар буға айнала бастайды, ал қайнау температурасында жеткенде мазуттың жеңіл фракциялары, бутәрізді күйге өтеді. Процесстің бұл фазасында буланудың жылдамдығы тамшыларға жылудың конвекция арқылы берілу қарқындылығымен анықталады.
Ақырында, жеңіл фракциядың буы жалынданады және сол кезден булану тамшының қызуы тек конвекция ғана емес, сәулеленменде артуына байланысты тез ұлғаяды.
Әртүрлі өлшемдегі тамшылар бұл кезеңді әртүрлі жылдамдықта өтеді, жалынданудың біріншілік фронты үлкен тамшылардың қайнау сатысына жетпей тұрып кішкентай тамшылардың тез булануымен басталуы мүмкін.
Егер отын мен ауаның араласуы жақсы өтетін және булану процессі жеткілікті ауа мөлшерінде жүретін болса, онда жану бутәріздес фазада жүреді.
Ауа жеткіліксіз болғанда жану, қождың көп бөлінуімен және толық жанбау газтәріздес өнімдерінің болуымен, толық жүрмейді.
4.5-сурет. Жанарғы жанындағы жалынның көлденең қимасындағы отынның үлестірілуі
80
Ауа мен отынға құнарлы ағын келесі араласу жанғыш газдардың тез жануына әкеледі; ал қож баяу жанады, себебі оның жану процессі гетерогенді сұлба бойынша жүреді және оттегі қатты бөлшектерге тек диффузия арқылы өтеді.
Дегенмен пирогенетикалық ыдырау арқылы түзілген қож өте ұсақ болады, және сондықтан ол жанып үлгереді, егер жалынның барлық нүктелерінде араласу қарқынды жүретін болса.
Тек қана жалын соңының бөлек зоналарында (нашар араласу, орташа ауа артықшылығы аз) оттегінің тікелей жеткіліксізідігі кезінде оттықтан шығып бара жатқан жану өнімдеріде жанғыш газдар мен қож болады. Қождың үлкен дисперстілігі, газдардың құрамында қождың аз болуына қарамастан, мазуттың жану өнімдеріне үлкен оптикалық тығыздық береді. Әдетте түтіндік газдар қарқынды қара- қоңыр түске боялсада, онда қож мөлшері салыстырмалы аз болады (механикалық толық жанбауы отынның жану жылулығынан 1% аз болатын).
Бірақ бұл кезде жану өнімдерінің құрамында жанғыш газдардың мөлшері көп болады, олардың суммалық жану жылулығы химиялық толық жанбаудың үлкен мәніне тең болатын.
Сондықтан, сұйық отынды жағу кезінде түтіндік газдардың қақынды боялуы q3 үлкен суммалық мәнін білдіреді. Нормальды шарттарда түтіндік газдар қатты боялмаған және q3 1-1,5% құрайды.
Стационарлы мазутты қазандарда қолданылатын оттық көлемінің жылулық кернеуі (BQтж /Vот 8401260МДж/м3∙сағ) кезінде тіпті салыстырмалы үлкен тамшылар ауамен араласу жақсы болғанда буланып және жанып үлгереді.
Сондықтан бұндай оттықтарда шашыратылатын мазуттың қажетті өлшемі, тамшы инерция немесе ауырлық күші әсерінен ағыннан бөлініп оттық қабырғаларына немесе астына түспейтіндей болуы қажет. Бұл жағдайда экрандық құбырлардың төмен температуралы беттерінде жабысқақ, қиын жойылатын қабаттар түзіледі, ал қатты ыстық беттерде өте қатты мұнай кокс қалдықтарының түзілуіне әкелетін коксталу жүреді. Жалпы BQтж/Vот төмен кезінде (~ 1050 МДж /м3∙сағ дейінгі ) отын мен ауаның араласуы негізгі рөлді атқарады. Ол қазанагрегатының дербес жүктемесі кезінде ерекше орын алады, реттелмейтін шығу қимасы бар қарапайым форсункаларда, форсунка алдындағы мазут қысымын төмендетпеу үшін олардың бөлігін сөндіреді. Бұл жағдайда жұмыс істемейтін жанарғларға ауа берілуінде бір уақытта тоқтату керек, оның тек қана жанарғы детальдарын күйіп кетуден сақтай минималды берілуін қалдырып.
4.6 сурет. Жанарғы жанында газдардың қозғалысы.
81
Отынның толық жанбауы кезінде және төмен жүктемелі оттықтарда толығымен буланбаған мазут тамшылары мен қож оттығтан әкетіліп салқын қыздыру беттеріне (ауақыздырғыштың төмен температуралы бөлігі) жабысуы мүмкін. Бұл отырындылар көбінесе ауақыздырғыштардың өртенуіне әкеледі, олар тез тотығып металл бөлігін балқытады.
Оттық көлемінің жоғарғы кернеуі кезінде (BQт /Vот20006200 МДж/м3∙сағ) оттық камерасында газдардың болу уақыты күрт төмендейді және қоспатүзілу, булану мен тамшының жану процессі сәйкесінше интенсивтелген болуы қажет. Осындай шарттарда, жанарғыдағы мазутты өте ұсақ етіп шашыратуға және ауа ағынының құйындылығын арттыруға тура келеді. Олардың екеуіде мазутты насосқа және үрлеу вентиляторына қосымша ауа шығынымен байланысты.
Қазандықта қолданылатын сұйық отында күл айтарлықтай көп мөлшерде болмайды, сондықтан мазутты оттықтарда оттық камерасынан оны жоятын арнайы құрылғылармен жабдықталмайды.
Бірақ, күлдің көп емес мөлшеріне қарамастан (0,1-0,2%), ол қазанагрегатының эксплуатациясына көп қиыншылықтар әкеледі. Бұл мазут күлінің химиялық құрамының ерекше болуымен байланысты, ол мұнай кені орнына және оны өңдеу процессіне байланысты.
Мазут құрамындағы күкірт маңызды рөл атқарады. Оның мөлшері 3%
және одан көп. Әдетте күкірт мазуттың жанғыш массасының органикалық қоспалар құрамына кіреді. Бірақ жану кезінде түзілетін күкірт қышқылдары күлмен әрекеттесіп әртүрлі қосылыстар түзеді. Одан басқа да күкірттің кейбір бөлігі SO2 дейін емес SO3 дейін жануы мүмкін, ол шықтану нүктесінің3 артуына әкеледі.
Мазут күлінің бөлек құраушыларының ішінде эксплуатацияға ең қатты зиянын тиігізетін в а н а д и й ж ә н е с і л т і л і м е т а л л д а р (әдетте натрий).
Керсінше, мазут күлінің элементтерінде көмір құрамында болатын – кремний, алюминий, темірдің болуы оны зиянсыз етеді.
Жану кезінде ваннадий V2O5 түрінде салыстырмалы жеңіл балқығыш болып шығады (tбал=6900C). Құрамында көп ванадийі бар күл буқыздырғыштар құбырларында үрлеумен жойылмайтын қатты қабаттар түзеді. Бұл түзілген қабаттар жоғары температура кезінде құбыр металлының бетіндегі қорғау қышқылды қабықшасының бұзылуына әкеледі және жоғарытемпературалық коррозияны туғызады, tст=6000C кезінде қарқынды жүреді.
Құрамындағы натрий мөлшері көп күлде де шөгінділер айтарлықтай түзіледі. Бұл шөгінділерде көбінесе Na2SO4 (t≈8800C), кейбір кезде Na4V2O8 (t≈630-6500C) қоспалары болады. Бұндай шөгінділер де үрлеу арқылы жойылмайды және тек қана механикалық немесе шаю арқылы жойылады (олар әдетте суда жақсы ериді). Осындай күлді мазутты жағу кезінде түзілетін
3 шықтану нуктесі – бұл газдың құрамындағы булардың қанығып коненсациялана басталу температурасы. Ол газдың қысымынан тәуелді.
82
шөгінділерді жою үшін, сонғы уақытта оттыққа берілетін ауаға немесе тіке газжүрісіне ұсақ доломит порошогін қосады (mCaCO3+nMgCO3).
Доломитті мазут салмағынан 0,2-0,5% мөлшерінде (яғни күл салмағынан көбірек) қосады, ол минералды қоспалардың балқу температурасының қатты артуына әкеледі. Минералды қоспалардың жалпы мөлшері біраз артады, бірақ жұмасық түрінде шөгеді және оңай жойылады.
Күкіртті мазуттарда доломит артқы қызыдру беттерініңде коррозиясын күрт төмендетеді. Оның себебі, қыздыру беттерінде сілтілі сипаттағы СаО және MgO шөгінділерінің түзілуі. Бұл шөгінділер SO3-ні бейтарап тұздарға (СаSO4, MgSO4) байланыстыра отырып қыздыру беттеріне күкірт қышқыл қоспасының конденсациялануына жол бермейді.
Мазутты жағуға арналған қуатты стационарлық қазанагрегатының оттық камерасының қабырғасы толығымен экрандалады және подды кірпішпен қаланады. Соңғысы арзан болуына және эксплуатациялық сенімділігіне байланысты.
Жанарғыларды әдетте екі және одан да көп қатармен оттық қабырғасының бір немесе екі қарма-қарсы жағынан орналастырады.
Жанарғылар бөлігі сөндірулі кезінде жүктемені реттеу үшін, олардың санын көп етіп алады. Жанарғы амбразураларының жіңішке қималарында ауа жылдамдығы 25-30 м/с.
Фронтальды орналасқан жанарғылар үшін оттықтың минималды тереңдігі, кіші жанарғылар (Bжан=200-250 кг/сағ) үшін 3 м кем емес және үлкен жанарғылар (Bжан=500-1000 кг/сағ) үшін 4 м кем емес.
Жанарғыларды бұйір қабырғаларға булануып үлгермеген мазут тамшыларының түсуінің алыдын алу үшін, оларға жақын орналастыруға болмайды (жанарғы осінен бұйір қабырғалардан қашықтығы 1-1,2 м аз болмауы қажет).
Сұйық отындарды жағуға арналған оттықтардың жанарғысының компоновкасы тек мазутты және одан басқа қандай отын жағылатына байланысты әртүрлі болады.