Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 [ 52 ] 53 54 55 56 57

Сопла пескоструйных аппаратов

В пескоструйных аппаратах, расходующих громадное количество сжатого воздуха значительная часть его расходуется непроизводительно из-за чрезвычайно быстрого износа сопла.

От сопла требуется эффективность очистки обрабатываемых поверхностей, износоустойчивость и экономичность. Ряд испытаний показал, что во многих случаях применяющиеся сопла Таблица 40 ПОЛНОСТЬЮ или частично этим

Результаты испытания сопел пескоструйных аппаратов

условиям не удовлетворяют. Произведенные испытания показали следующие результаты (табл. 40).

Наиболее экономичными вследствие малого диаметра отверстия, оказались расширяющиеся сопла. Закупорка этих сопел объясняется подачей влажного и непросеянного песка.

Работа без сопел или с соплами из газовых труб вызывала, кроме увеличения расхода воздуха, значительное ухудшение очистки из-за малой концентрации смеси песка и воздуха. Кроме того, было отмечено, что излишне высокое давление воздуха приводит к разрушению частиц песка, превращающихся в кварцевую пыль внутри сопла; в результате выходящая из насадки смесь воздуха и песка снижает свои абразивные качества (ухудшается качество очистки деталей), увеличивается расход песка и воздуха, а также возникает сильная запыленность помещения, ухудшающая условия обслуживания. На основании испытаний и специальных наблюдений можно сделать следующие выводы: работу на пескоструйных аппаратах следует производить расширяющимися соплами диаметром 8-10 мм, применяя износоустойчивый материал;

необходимо организовать надлежащую сушку и просеивание песка с применением специальных сит с ячейками 1,5-2 мм.

Наблюдения, проведенные на заводах, также приводят к выводу о целесообразности мероприятий, значительно улучшающих работу сопел. Эти мероприятия можно разбить на три основные группы: рационализация формы сопла, применение износоустойчивых материалов, изменение способов подачи песка и воздуха.

Для всех типов сопел необходимо выбирать минимальные проходные сечения во избежание излишнего расхода воздуха и ухудшения очистки вследствие малой весовой концентрации песка и недостаточной выходной скорости. Для крупных пескоструйных аппаратов достаточен диаметр выходного отверстия 8 мм и 9- 11 мм. Для мелких пескоструйных аппаратов эти размеры необходимо, естественно, уменьшать.

В результате износа выходное отверстие очень быстро увеличивается, поэтому при расчете расхода воздуха нужно брать средний диаметр между начальным и конечным размером.

Уменьшить износ можно применением рациональной формы сопла (чем обычно совершенно пренебрегают) и главным образом применением износоустойчивых материалов. К сожалению, большинство предприятий вместо изыскания износоустойчивых материалов предпочитает отливать в громадном количестве сопла из обычного серого чугуна, неся при этом громадные потери вследствие увеличения расхода воздуха, простоев снижения производительности и качества работы пескоструйных аппаратов. Применение отбеленного чугуна высшей твердости заметно улучшает положение, однако полностью не решает задачу. Уралмашзавод применяет сопла из сормайта, что является шагом вперед, но полностью также не разрешает проблему.

Форма сопел должна обеспечить сохранение абразивных свойств песка, чтобы энергия сжатого воздуха расходовалась не на износ сопла, а на очистку деталей. Конусность сопла не имеет такого значения, как при обычной обдувке сжатым воздухом, однако, поскольку струя воздуха с песком разрабатывает сопла по конусу, имеет смысл применять сопло с небольшой конусностью. В случае сложности изготовления конических сопел можно ограничиться цилиндрической выходной формой. Вход должен быть с постепенным, плавным переходом к минимальному сечению, размеры которого не должны превышать расчетные. Особое значение имеет износоустойчивость сопла. Наибольший интерес представляют вставки из карбида бора, применение которых даст громадную экономию средств.

Для пескоструйных аппаратов должен применяться сухой и просеянный песок. Особенно важное значение имеет предварительное водоотделение и последующий подогрев сжатого воздуха, поступающего в пескоструйные аппараты.

Распыливающие, дутьевые и транспортные устройства

Паро-воздушные форсунки высокого давления (пневматические) расходуют на распыление 1 кг мазута 0,5-1 м сжатого воздуха давлением 4-7 ати, т. е. на распыление 1 кг мазута расходуется до 0,1 квт-ч электрической-энергии. Для распыления 1 кг мазута в форсунках низкого давления подается 10 - 12 м воздуха давлением 500 мм вод. ст. Вентиляторы, подающие воздух, работают

с низким к. п. д., не превышающим в условиях эксплуатации U,5. Для распыления 1 кг мазута в форсунках низкого давления рас-

11.500 „„о D

ходуется до 3600.102.05 = 0.03 кет.ч. В условиях эксплуатации расход энергии оказывается еще выше.

По Гауссу, работа преодоления сил поверхностного натяжения пропорциональна увеличению поверхности жидкости в результате ее раздробления иа более мелкие частицы:

ill = <idS,

где dS приращение поверхности распыливаемой жидкости; а - поверхностное натяжение. Начальная поверхность жидкости весьма мала по сравнению с поверхностью жидкости, распыленной в капли, поэтому вместо приращения поверхности можно принять поверхность распыленной жидкости. В конечной форме уравнение Гаусса примет следующий вид:

. L = aS,

или, отнеся работу и поверхность частиц к 1 кг топлива, получим / = aS дж1кг [кГм/кГ]. Примем плотность нагретого топлива q = 900 кг/м, форму капли - шаровую, радиусом г. Объем шара и = -- лг, поверхность его F = 4л/-. Массу топлива можно выразить следующим уравнением:

т= Уд = я/-3д= 1200 лг".

Поверхность капель 1 кг топлива после его распыления выразится уравнением

0,00334

q ~ 1200 яг»

или, если Г обозначить в мм, то

м1кг.

S = мЧкг.

Приняв поверхностное натяжение о = 0,03 кг1м, получим работу распыления в шаровые капли 1 кг топлива:

3,34.0,03 1

/ = oS =

дж/кг.

где г - радиус капли в мм.

При распаде струи на цилиндрические капли / = 4d (как это предполагают некоторые исследователи) поверхность капель и работа распыления несколько уменьшится.

Для вполне удовлетворительного распыления диаметр капель имеет величину порядка 20 мк, т. е. г 0,01 мм. Работа распыления 1 кг топлива в капле диаметром 20 мк равна

Юг 10.0,01

= 10 дж/кг.

Работа вентилятора в форсунке низкого давления составляет иа 1 кг распыленного топлива

1ф = 0,03-3600.102 - 11 ооо дж/кг, следовательно, к. п. д. распыления топлива составляет всего лишь

В форсунке высокого давления к. п. д. распыления не ниже указанной цифры ввиду более тонкого дробления топлива. В лучшем случае к. п. д. распыления достигает величины порядка 0,1%.

Чрезвычайно низкий к. п. д. распыления свидетельствует о несовершенстве применяемых методов распыления, о наличии больших неиспользуемых энергетических ресурсов, открывающих перспективы значительного улучшения эффективности распыления.

Очен1> большое количество сжатого воздуха расходуется для распыления мазута, сжигаемого в мартеновских печах. Произведенные исследования показали следующие цифры удельных расходов сжатого воздуха различными форсунками в м/кг:

Форсунки УПИ-к-6 Форсунки ДМИ . . Форсунки Бершна

0,47

0,77

Для мартеновского цеха производительностью 1000 т в сутки при среднем использовании печей 250 суток в течение года и удельном расходе натурального топлива 0,2 кг/кг возможный перерасход сжатого воздуха за счет применения менее экономичных форсунок составит 1000.1000.250.0,2 (0,77 - 0,47) = 15-10« м воздуха, а перерасход электрической энергии составит 1,5 млн. квт-ч. Действительные эксплуатационные расходы-воздуха, как правило, превышают приведенные выше расходы.

Имеются возможности снижения расхода воздуха даже по сравнению с наиболее экономичными форсунками (см. ниже). Нетрудно понять, как велики перерасходы сжатого воздуха и электрической энергии на наших предприятиях за счет пренебрежения вопросами экономного расходования энергии. Такое же положение наблюдается в небольших и средних котельных установках и в ряде промышленных печей, отапливаемых с помощью форсунок высокого давления.

Фиг. 164. Головка форсунки высокого давления типа ФК-1-

На фиг. 164 показана головка форсунки ФК-1, разработанной и испытанной автором. За счет турбулентности, создаваемой каналами для сжатого воздуха, прорезанными по винтовой линии (под углом 30-60, в зависимости от потребной конфигурации факела), создается очень тонкая и равномерная топливо-воздушная смесь.

Изменяя наклон винтовых каналов и формы выходного сопла можно создать угол распыла от 30 до 90% что дает возможность применять форсунку и для больших топок, в том числе для топок мартеновских печей,для средних котлов и для топок малых печей,

с небольшими камерами сгорания. При расходе сжатого воздуха 0,25 мУкг топлива были получены хорошие результаты распыления. Применение турбулентных форсунок может в 2 раза снизить удельные расходы воздуха без ухудшения производственного эффекта.

Для карбюрации газа в мартеновских печах, отапливаемых газом, очень часто применяются форсунки с распылением мазута сжатым воздухом. Проведенные под руководством акад. Н. Н. Доброхотова работы показали полную возможность производить распыление мазута газом, сократив расход электрической энергии на выработку сжатого воздуха. Эти же работы показали возможность применения газовых горелок с самокарбюрацией.

В средних котельных установках и в некоторых крупных печах, вместо паро-воздушных форсунок с успехом применяются механические центробежные форсунки. Расход энергии на подачу топлива под давлением, необходимым для распыления н на подачу вторичного воздуха, в этих форсунках примерно в 5 раз меньше расхода энергии на выработку распылнвающего компрессорного воздуха и на подачу вторичного воздуха и примерно в 3 раза меньше расхода энергии на подачу вентиляторного воздуха.

Регулирование механических форсунок дросселированпем топлива ухудшает эффект распыления, поскольку изменение расхода пропорционально изменению давления в квадрате. Это обстоятельство ограничивает возможности замены паро-воздушных форсунок механическими даже в случае применения форсунок с отливом, где регулирование возможно до 30-40% от номинальной производительности без существенного ухудшения качества распыления.

Для возможности глубокого регулирования производительности ЦКТИ им. И. И. Ползунова предложил конструкцию форсунки с воздушно-механическим распылением. Механическое рас-

пыление с помощью обычной распылительной шайбы дополняется воздушным распылением с помощью завихрителя. Для крупных форсунок, производительностью 700 кг/ч, подается сжатый воздух в количестве 0,025 кг на 1 кг топлива. Для малых форсунок это количество долл<но несколько увеличиться, предположительно до 0,04 кг/кг, или 0,03 мУкг. Такое малое количество воздуха создает сравнительно небольшой дополнительный распыливающий эффект при полной производительности, когда эффект механического распыления вполне достаточен. При малой же производительности, например 10% от номинальной, когда снижение давления мазута приведет к совершенно неудовлетворительному эффекту механического распыления, удельный расход сл<атого воздуха достигнет величины (0,25-0,4) кг/кг мазута и обеспечит достаточный эффект пневматического распыления. Воздушно-механические форсунки расширяют область применения более экономичного распыления взамен пневматического, расходующего в 5-6 раз больше энергии.

Применение турбулентных форсунок ФК-Vl, ФК-Vll и форсунок с завихрителями «Оргэнергонефти» дает возможность получить хороший эффект распыления при давлении вентиляторного воздуха 250-300 мм вод. ст. вместо давления 500лш вод. ст., необходимого для других форсунок. Подсос атмосферного воздуха через регистр в конструкциях с завихрением дает возможность сократить подачу вентиляторного воздуха до 70% от необходимой для горения; такая конструкция приемлема для сравнительно больших топочных камер и при наличии достаточного разрежения в топке.

Серьезным резервом экономии энергии на подачу дутьевого воздуха является применение инжекционных горелок. Эти горелки являются однопроводными, т. е. к ним подводится под напором только газ. Воздух в количестве, необходимом для горения, подсасывается за счет эжектнрующего действия газа. Серьезное достоинство горелки - автоматическое сохранение коэффициента избытка воздуха прн регулировании, так как с уменьшением подачи газа пропорционально уменьшается количество подсасываемого воздуха. Вторым, не менее важным достоинством горелки является ее экономичность вследствие отсутствия расхода энергии на подачу воздуха, необходимого для горения. На каждые 1000 мЧч сжигаемого природного газа требуется около 10 ООО м/ч воздуха, на подачу которого вентиляторами под давлением 125 мм вод. ст. 10 ООО"125

расходуется дёоотуогГз " квт-ч электрической энергии.

На крупных предприятиях ежечасно сжигаются десятки и сотни тысяч кубических метров газа, возможная экономия при переходе на инжекционные горелки весьма велика.

Препятствием для внедрения инжекционных горелок является необходимость подачи газа под высоким давлением. Для прнрод-

21 Карабин 321