Найпростішим немеханізованим топковим пристроєм, який і зараз використовується в окремих установках малої потужності (паропродуктивністю до 1 т/год), є топка з ручною періодичною подачею палива на колосникові решітки. Колосникові решітки підтримують спалюване паливо і одночасно служать для розподілу повітря, яке поступає через них в шар. Решітки набираються з окремих чавунних балочних або плиткових колосників.
Відношення площі усіх зазорів R в колосниковій решіці, через які поступає в шар повітря, до всієї площі решітки називають живим січенням решітки і як правило виражають у відсотках. Необхідний розмір живого січення решіток залежить від виду спалюваного палива і величини шматків. Так, при спалюванні кускового торфу і дрів використовують балочні колосники. В цьому випадку живе січення коливається в межах 25-40 %. Для антрациту і бурого вугілля застосовують плиткові колосники при живому січені 12-18%.
Характерними особливостями теплової роботи топки з ручним обслуговуванням є періодична подача палива і в зв'язку з цим циклічність процесу горіння. Періодичне завантаження палива на решітки визначає ряд істотних принципових недоліків такої топки, одним з яких є чергування за часом фаз горіння палива. Недоліком є і те, що експлуатація такої топки пов'язана з важкою ручною працею. Враховуючи серйозні недоліки ручних топок, їх замінюють напівмеханізованими або повністю механізованими топковими пристроями.
Часткова механізація ручної топки може бути досягнута встановленням поворотних або коливальних колосників. Цим значно полегшується одна з найбільш трудомістких операцій - очищення решіток від шлаку.
Полегшення праці кочегара, а також покращення умов роботи шару досягають механізацією завантаження палива на решітки з використанням різних закидувачів. В цьому випадку перед фронтом топки встановлюють бункер, з якого паливо поступає до закидувача, який завантажує його на шар. Закидувачі палива, які використовуються на практиці поділяють на механічні, пневматичні (парові) і пневмомеханічні. Схеми закидувачів показані на рис. 4. Як правило, по ширині топки встановлюють декілька закидувачів палива, часто по числу секцій в колосникових решітках.
Рис. 4. Схеми закидувачів палива:
1 - дозуючий пристрій; 2 - метальник; 3 - розгінна плита; 4 - розподільча плита
Механічний закидувач (рис. 4 а) подачу палива на решітки здійснює лопатевим метальником, який безперервно обертається (550-800 об/хв) і до якого паливо поступає з дозуючого пристрою. В пневматичному закидувачі (рис. 4 б) паливо з розгінної плити здувається на решітки повітрям, яке виходить з сопел круглої або щілинної форми. Витрата повітря 0,2- 0,25 м3/кг палива, швидкість витікання повітря 30-80 м/с. В парових закидувачах використовують пару, яка виходить з сопел з швидкістю близько 400 м/с.
Закидувачі дають нерівномірний по фракційному складу розподіл палива по довжині решіток, що є небажаним. Механічні закидувачі подають більші куски палива на задню половину решіток, а дрібніші - на передню. Пневматичні (парові) закидувачі, навпаки, завантажують більші куски палива ближче до фронту топки, а дрібніші - в задню її частину.
В пневмомеханічному закидувачі (рис. 4 в) поєднують механічну і пневматичну дії на куски палива. Повітря тут сприяє більш рівномірному розподілу частинок по довжині решіток. В даний час використовуються топки з пневмомеханічними закидувачами.
Механізація подачі палива і очищення шару від шлаку дозволяє значно зменшити фізичну працю і підвищити економічність топкового пристрою. На рис. 5 показана напівмеханічна топка з пневмомеханічним закидувачем і решітками з поворотними колосниками (ЗП-РПК). Топка відноситься до факельно-шарових пристроїв з горизонтальними колосниковими решітками, безперервним закиданням палива на нерухомий шар і періодичним видаленням шлаку.
Рис. 5. Напівмеханічна топка з пневмомеханічним закидувачем і решітками з поворотними колосниками ЗП-РПК
1 – закидувач; 2 – колосникова решітка; 3 – подача повітря
Дрібні частинки палива підхоплюються повітрям і згорають в об'ємі топки. Кількість вторинного повітря, яке підводиться до закидувача, складає близько 15 % від загальної кількості повітря, яка необхідна для горіння палива. Тиск вторинного повітря до 1000 Па. Топки ЗП-РПК рекомендуються для котлів паропродуктивністю до 1,8 кг/с. Решітки довжиною 1325-2440, шириною 1800-2600 мм. Температура повітря, яке подається під решітки, за умовами її надійної роботи не повинна перевищувати 250 °С.
Інтенсивність вигорання палива в шарі, де горіння, як правило, протікає в дифузійній області, залежить від швидкості підведення окисника. Для звичайних шарових топок межею дуттєвого форсування шару є порушення його стійкості. При вищій швидкості повітря дрібні частинки починають виноситися з шару. В місцях винесення опір шару падає. В кратери, що утворилися, спрямовується значна частина повітря, що приводить до зменшення його витрати через інші ділянки шару. Таким чином, надмірне підвищення витрати повітря через шар приводить до порушення процесу горіння.
