Пылеугольная форсунка

Когда слышишь ?пылеугольная форсунка?, многие представляют себе просто усложненный распылитель, патрубок, через который подается топливо. На деле, это один из самых критичных узлов в системе пылеугольного сжигания, и от его геометрии, материала и даже способа монтажа зависит не только КПД, но и срок службы всей футеровки. Частая ошибка — считать, что главное — обеспечить факел нужной формы, а как — дело второстепенное. На практике же, неправильный угол ввода, скорость истечения или охлаждение форсунки могут привести к локальному перегреву, повышенному шлакованию и, как следствие, к внеплановым остановкам на ремонт. Вот об этих нюансах, которые в каталогах часто не пишут, и хочется порассуждать.

Конструкция: где кроется дьявол

Если брать классическую прямоточную пылеугольную форсунку для подачи в печь Ванюкова или отражательную, то кажется, всё просто: внутренний канал для угольной пыли с транспортным воздухом, внешний — для дутья. Но ключевой момент — это именно переходная зона, сопло. Резкое сужение или, наоборот, слишком плавный переход меняют характер истечения. Мы как-то ставили эксперимент с разными профилями на стенде, замеряли распределение частиц по сечению факла лазерным анализатором. Разница в дисперсности облака на расстоянии всего в метр была колоссальной. Один вариант давал плотное, сконцентрированное ядро, другой — ?размазанный? по краям факел, который начинал бить в боковую стенку.

Материал — отдельная история. Жаропрочная сталь — это обязательно, но какая именно? Просто AISI 310 часто не хватает при длительной работе с высокозольными углями, где есть активная эрозия абразивом. Видел варианты с внутренними вставками из керамики, но тут проблема с разными коэффициентами теплового расширения — после нескольких циклов могут появиться трещины. Оптимальным, по нашему опыту, оказался комбинированный подход: основной корпус из жаростойкой стали, а наиболее нагруженные элементы износа — съемные наконечники из специального литого сплава. Их можно менять без демонтажа всей магистрали.

И еще про охлаждение. Водяная рубашка — это почти стандарт для мощных агрегатов, но и здесь есть подводные камни. Если скорость воды недостаточна, возможен локальный перегрев и парообразование — получим паровую пробку и прогар. Контроль не просто по давлению, а по перепаду температур на входе и выходе обязателен. На одном из объектов в СНГ как раз из-за неверного подбора циркуляционного насоса случилась такая авария. Форсунка прожигалась не из-за плохого материала, а из-за банального нарушения теплосъема.

Монтаж и юстировка: теория и реальность цеха

В проекте все линии чертятся идеально, оси совпадают. В реальном цехе, при монтаже печи, всегда есть отклонения. И если монтажный фланец пылеугольной форсунки приварен с перекосом даже в полградуса, то факел будет направлен не туда. Последствия — неравномерный прогрев шахты, смещение зоны плавления, повышенный износ кирпича с одной стороны. Поэтому мы всегда настаиваем на финальной юстировке по лазерному теодолиту уже после установки печи на фундамент, но до начала футеровки. Да, это требует времени, но экономит его в разы позже.

Еще один практический момент — тепловое расширение. Магистраль подачи пыли — это десятки метров труб. При нагреве она удлиняется. Если форсунка закреплена жестко, без компенсаторов, возникают огромные напряжения. Видел случаи, когда отрывало фланцы или вело сам корпус. Поэтому правильная опора — плавающая, с направляющими, позволяющими конструкции двигаться вдоль оси. Это кажется мелочью, но на таких ?мелочах? и держится надежность.

С подключением сред тоже не всё просто. Особенно с пылевоздушной смесью. Гибкие соединения перед форсункой должны быть не просто гофрой, а рассчитаны на абразивный износ. Обычные резиновые рукава быстро протираются. Лучше использовать многослойные со внутренним износостойким покрытием. И обязательно ставить смотровые стекла или лючки для визуального контроля потока перед пуском — чтобы убедиться, что смесь однородная, нет зависаний угля в магистрали.

Взаимодействие с технологией: не изолированный элемент

Пылеугольная форсунка не работает сама по себе. Её эффективность — это производная от качества подготовки угля (тонкость помола, влажность) и работы горелочного устройства в целом. Можно поставить идеальную форсунку, но если тонкость помола R90 > 20%, то факел будет коротким и ?тяжелым?, топливо не успеет сгореть полностью. Это частая проблема при переходе на другой сорт угля без корректировки режимов мельницы.

Здесь стоит отметить подход некоторых комплексных подрядчиков, которые берут на себя весь цикл — от проектирования процесса до поставки оборудования. Например, китайская компания ZHONGJI SUNWARD TECHNOLOGY CO., LTD. (сайт: https://www.zjsunward.ru), которая позиционирует себя как ведущий подрядчик проектов ?под ключ? (EPC) в цветной металлургии. Их сила, на мой взгляд, именно в системном подходе. Они проектируют технологический процесс, изготавливают оборудование, в том числе и ключевые узлы вроде систем сжигания, и монтируют всё ?под ключ?. Это значит, что их инженеры теоретически должны подбирать параметры пылеугольной форсунки не как отдельного изделия, а исходя из расчетов по конкретной печи, конкретному сырью и желаемому тепловому режиму. Это снижает риски несовместимости оборудования на объекте.

Опираясь на компетенции своего материнского института (Чаншаский институт цветной металлургии) и производственные платформы ?SUNWARD Интеллиджент?, они предлагают полный спектр решений. Для конечного заказчика это может быть плюсом: один ответственный за весь контур, от чертежа до пусконаладки. Хотя, конечно, всегда нужно смотреть на реальный опыт поставок и референц-объекты в похожих условиях.

Проблемы эксплуатации и диагностики

В работе форсунки редко выходят из строя мгновенно. Обычно это постепенный процесс: увеличение расхода дутья при том же давлении (сигнал об износе сопла), появление вибраций в линии (нарушение симметрии потока), изменение цвета или формы факла при визуальном наблюдении через пирометрический люк. Важно иметь эти контрольные точки в регламенте.

Самая коварная неисправность — это неравномерный износ внутреннего канала. Его стандартными методами не увидишь, пока не снимешь. Он приводит к асимметрии факла, которую оператор может и не заметить, но термопары в печи уже покажут перекос температурного поля. Поэтому полезно периодически, во время плановых остановок, проводить эндоскопию канала специальной камерой. Это дает представление о состоянии без разборки.

Еще один момент — взаимодействие с системой КИПиА. Датчики давления и расхода на воздухе и пыли должны быть откалиброваны. Была ситуация, когда ?плавал? факел, долго искали причину в механике. Оказалось, ?глючил? датчик дифференциального давления на воздушной линии, выдавая некорректный сигнал на контроллер, который, в свою очередь, менял положение заслонки. Факел гулял. Так что форсунка — это финальный исполнительный механизм, а проблемы могут быть ?выше по потоку? в системе управления.

Мысли на будущее и выводы

Куда движется развитие? Наблюдается тренд на ?интеллектуализацию?. Не просто подача смеси, а адаптивная система, которая по данным с термопар и газоанализаторов может немного менять, например, соотношение потоков или угол распыла (если сделана с регулируемыми лопатками). Это пока дорого и сложно, но для процессов, требующих особо стабильного теплового режима, уже появляется.

Другой вектор — материалы. Развитие аддитивных технологий (3D-печать металлом) позволяет создавать внутренние каналы сложной геометрии для лучшего смесеобразования и охлаждения, которые невозможно получить литьем или механической обработкой. Это может стать новым шагом в эффективности.

Возвращаясь к началу. Пылеугольная форсунка — это не расходник и не простая железка. Это высокотехнологичный узел, работа которого зависит от сотни факторов: проекта, монтажа, сырья, эксплуатации. Универсальных решений нет. Успех — это всегда компромисс между стоимостью, надежностью и эффективностью, подкрепленный точным расчетом и, что не менее важно, практическим опытом. И этот опыт часто состоит из набитых шин, когда что-то пошло не так. Главное — анализировать эти случаи и не повторять ошибок, своих или чужих. Именно поэтому так ценятся компании, способные предложить не просто оборудование, а законченное технологическое решение, где все элементы, включая форсунки, подобраны и спроектированы друг под друга. Как, например, в концепции EPC-подряда, которую продвигает ZHONGJI SUNWARD, беря на себя ответственность за весь цикл — от процесса до пуска. Это снимает с заказчика массу головной боли по согласованию работы разнородного оборудования, но, разумеется, требует тщательного выбора такого интегратора по его реальным кейсам.