Лекция 7. Топочные устройства
Общие сведения
Применяют два основных вида топочных устройств:
А) для слоевого сжигания топлива;
Б) для камерного сжигания.
Оба типа могут быть весьма разными по конструктивному оформлению, связанному с характеристикой топлив.
Промежуточными между слоевыми и камерными топками для сжигания твёрдого топлива являются топки с псевдосжиженным или “кипящим” слоем топлива.
Слоевые топки применяют для агрегатов производительностью до 30-35 МВт. Камерные топки - для котлоагрегатов большой производительности.
Слоевое сжигание кусков твёрдого топлива осуществляется на колосниковой решётке, размещённой в объёме топки, а воздух, необходимый для горения топлива, поступает под решётку. Камерное сжигание топлива осуществляется во взвешенном состоянии в потоке воздуха.
Жидкое, газообразное и твёрдое топливо в пылевидном состоянии сжигается в камерных топках.
Слоевые ручные топки
Ручные слоевые топки применяют для сжигания кускового твёрдого топлива в котлоагрегатах производительностью 0,3 кг/с.
Основные элементы ручной слоевой топки:
1) Загрузочное окно с дверцей;
2) Окно для удаления шлака или золовой бункер;
3) Неподвижные и поворачивающиеся специальные колосники, образующие колосниковую решётку;
4) Короб для подачи воздуха;
5) Поперечные подколосниковые балки для крепления колосников;
6) Затвор-дверца для выпуска золы.
Колосники выполняются в виде плит с отверстиями или балочек, имеющих вертикальные щели, расширяющиеся вниз (δ=3÷15мм). Отверстия и щели между колосниками для поступления воздуха имеют размеры, зависящие от сорта топлива и размеров куска.
Для сжигания мелкокускового топлива с малым выходом летучих, площадь всех отверстий, называемая живым сечением, составляет 12%. При сжигании более крупных кусков с выходами летучих до 45% живое сечение колосниковой решётки увеличивается до 18%.
Колосники изготавливаются из чугуна, иногда с присадкой хрома, кремния или алюминия.
Со стороны поступления воздуха колосники снабжаются рёбрами высотой 100 мм для лучистого охлаждения.
Основные стадии работы ручной слоевой топки:
1)загрузка топлива на горящий слой топлива через топочную дверцу;
2)подготовка топлива к сжиганию (прогрев и подсушка);
3)горение выделившихся летучих, их сгорание и дожигание кокса.
Если топливо зажигается от лежащего на решётке неподвижного горящего слоя, это зажигание называется нижним. Если зажигание происходит за счёт излучения пламени над горящим слоем, то такое зажигание называется верхним.
В топках с неподвижной колосниковой решёткой имеют место оба зажигания топлива. При движении колосниковой решётки преобладает менее эффективное верхнее зажигание топлива.
При нижнем зажигании прогрев топлива и его подготовка к воспламенению осуществляется за счёт передачи теплоты от газов и воздуха, поступающих из ниже расположенных слоёв, и от лежащего ниже горящего слоя.
Механические топки при слоевом сжигании
В таких топках предусмотрена механизация процессов подачи топлива на решётку и удаления из неё шлака.
Виды таких топок:
1)Топка с пневмомеханическим забрасывателем (ПМЗ) и решёткой из поворотных колосников (РПК) (полумеханическая, производительностью до 1,8кг/с);
2)Топки с шурующей планкой и неподвижной колосниковой решёткой;
3)Топки с наклонно-переталкивающими решётками или каскадными;
4)Топки с беспровальной цепной решёткой (БЦР);
5)Топки с чешуйчатой цепной решёткой (ЧЦР) обратного хода;
6)Топки с ленточной цепной решёткой (ЛЦР) обратного и прямого хода.
Характерной особенностью механических топок с цепными решётками является непрерывное перемещение топлива с колосниковой решёткой, представляющей собой транспортёр (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Механические тонки с цепными решетками
а — прямого хода; б - обратного хода;
1 — загрузочный ящик; 2 — шибер; 3- полотно решетки; 4- шлакосниматель; 5- шлаковый бункер; 6 — звездочки; 7-пневмомеханический забрасыватель топлива
По длине решётки процесс горения чётко разделяется на: подготовку топлива, горение кокса и летучих, выжиг и удаление шлака.
Слой топлива на решётке условно делится на зоны: 1 – свежего топлива; 2 – выхода и горения летучих; 3 – горения кокса; 4 – восстановительных реакций; 5 – выжиг шлака. Для различных зон потребность в воздухе по длине решётки неодинакова. Поэтому применяется позонный подвод воздуха (рис.7.2)
Рис. 7.2 Схема организации процесса горения на решетке прямого хода и графики распределения расхода воздуха по ее длине:
1 — необходимый для горения расход воздуха; 2— распределение воздуха по длинерешетки без регулирования; 3 — расход воздуха при регулируемой его подаче; 4, 5— границы соответственно начала и завершения выделения летучих; 6 — граница завершения горения топлива; І— зона сушки; ІІ — зона выделения летучих;ІІІ — окислительная зона горения кокса; ІV — то же, восстановительная; V- зона шлака
Камерные топки
Камерные топки разделяют:
1)По способу сжигания топлива: вихревые топки; факельные топки; топки с кипящим слоем.
2)По способу удаления шлака:с твердым шлакоудалением;с жидким шлакоудалением.
Камерные топки с твёрдым шлакоудалением представляют собой вертикальную прямоугольную шахту, заканчивающуюся внизу холодной воронкой. Продукты сгорания охлаждаются топочными экранами (пароперегреватели, водяные экономайзеры). Горючая смесь образуется непосредственно на выходе из горелок.
Эффективное сжигание пылевидного топлива происходит при воспламенении всех пылинок в сравнительно малом объёме зоны воспламенения. Объём топки должен обеспечить полное сгорание наиболее крупной фракции пыли. Чем больше выход летучих, тем быстрее сгорает топливо. Пылеугольные топки с удалением шлаков в твёрдом состоянии применяют для топлив с большим или умеренным выходом летучих при тугоплавкой золе.
В топках с жидким шлакоудалением различают три зоны различного состояния шлака и золы:
Зона 1. Шлак в расплавленном состоянии, заполняя нижнюю часть топки, образует легкоподвижный, текущий слой. Верхняя граница зоны – область, в которой температура продуктов сгорания выше жидкоплавкого состояния золы. Жидкий шлак стекает по стенкам на под топки.
Зона 2. Температура снижается, и вязкость шлаков возрастает. Шлак теряет текучесть и становится липким. Отложения на тепловоспринимающих поверхностях ухудшает их тепловосприятие и снижается надёжность работы топки. Удаление шлака из этой зоны требует больших усилий и затрат.
Желательно, чтобы зона 2 отсутствовала или была сокращена до минимума.
Зона 3. Характеризуется умеренной температурой, обеспечивающей грануляцию золы, которая частично отлагается на топочных экранах, но сравнительно легко удаляется обдувкой.
В нижней части пода топки выполнена летка с выходным отверстием выпуска для шлака.
В топках с жидким шлакоудалением благодаря более высокой температуре горения улучшается выгорание топлива, и в них применяют для сжигания слабо реакционные топлива с умеренными значениями температуры плавления золы.
