В пиловугільних топках поведінка шлакозолового залишку має вирішальний вплив на продуктивність, надійність і економічність топкового пристрою. Розвиток і вдосконалення пиловугільних топок в основному були пов'язані з вирішенням питання вловлювання і видалення шлаку. На відміну від шарового спалювання твердого палива, при якому 80 % золи залишається в шарі і лише незначна її частина виноситься в об'єм топкової камери, а потім виноситься газовим потоком в газоходи, при факельному спалюванні уся зола проходить через топковий об'єм. Основна маса золи (85-95 %) виноситься разом з газовим потоком, а менша частина (5-15%) випадає в топковій камері.
Температура пиловугільного факела, особливо його ядра, перевищує температуру плавлення золи: tф>tз.
В зв'язку з цим, при вигоранні пального зола палива плавиться і у вигляді найдрібніших краплин в рідкому стані переміщається з газоподібними продуктами згорання. Слід підкреслити, що частинки палива, які виносяться в невеликій кількості в топковий об'єм при шаровому спалюванні, мають розмір 200-300 мкм, тоді як при факельному спалюванні середній розмір частинок складає 15-30 мкм. Попадання в топковий об'єм усієї кількості золи палива при спалювані пилу і малому розмірі самих пилинок зумовлюють велику сумарну поверхню оплавлених частинок золи. Розплавлений шлак, потрапляючи на цегляні стіни топкової камери, зашлаковує їх і сприяє їх зношенню. При попаданні на холодні конвективні поверхні нагріву котла розплавлений шлак осідає на трубах поступово утворюючи шлакові нарости. При цьому різко зростає опір газового потоку, а також погіршується передача теплоти поверхням нагріву.
Широке використання спалювання пилу стало можливим лише при встановлені в топковій камері охолоджених водою (пароводяною сумішшю або парою) екранів, які забезпечують як захист стінок топки від руйнівної дії високої температури, зашлакування і хімічної взаємодії з рідким шлаком, так і захист конвективних поверхонь нагріву від зашлакування. Крім безпосереднього захисту стінок топкової камери від шлаку, екрани сприймають від газу і частинок теплоту радіацією, знижуючи їх температуру так, що при вході в конвективні елементи частинки шлаку знаходяться вже в затверділому стані і не налипають на труби. Топкові екрани поряд з виконанням названих захисних функцій є найбільш ефективно працюючими поверхнями нагріву з тепловим навантаженням 0,1-0,3 МВт/м2.
Пиловугільні топки, в яких зола віддаляється в твердому (гранульованому) вигляді, називають топками з твердим шлаковидаленням (рис. 14).
Рис. 14. Схема топки з твердим шлаковидаленням
Для охолодження рідких шлакових частинок, які осідають в топці, нижню частину топки виконують у вигляді холодної шлакової воронки, яка має суцільне екранування стін. Нахил стін воронки до горизонту складає біля 60° для забезпечення сповзання гранульованого шлаку в шлакову шахту. Остання знаходиться під холодною воронкою.
Серйозним недоліком пиловугільних топок з твердим шлаковидаленням є винесення з топкової камери в газоходи агрегату основної маси золи палива. Останнє визначає неможливість значної інтенсифікації конвективної передачі теплоти з метою уникнення стирання труб золою при збільшенні швидкості потоку. При твердому шлаковидаленні холодна воронка негативно впливає на процес горіння, оскільки зона низької температури опиняється при цьому в безпосередній близькості від пальників. В зв'язку з цим прагнуть віддалити пальники від холодної воронки, що приводить до збільшення висоти топки. Підвищення температури в області холодної воронки може привести до отримання не гранульованого (сипкого) шлаку, а в'язкої маси, яка викличе шлакування холодної воронки.
При великому екрануванні топкової камери займання палива є утрудненим (особливо це відноситься до малореакційного вугілля типу АШ). Для інтенсифікації запалення, а також підвищення стійкості горіння малореакційного вугілля застосовують запальний пояс, який являє собою частину топкових екранів утеплених вогнетривким покриттям в області пальників (рис. 15). Використовують два типи запальних поясів: покриття гладких екранних труб фасонною цеглою (рис. 15 а) і обмазку ошипованних труб вогнетривкою карборундової або хромітової масою (рис. 15 б).
Рис. 15. Запальний пояс
При фронтальному розташуванні пальників запальний пояс розташовують, як правило, на фронтальній і бічних стінках. При зустрічному і кутовому розташуванні запальний пояс розміщується по всьому периметру топки. Висота поясу залежить від продуктивності котла і доходить до 3-4 м.
Для повнішого вигорання пилу в хвостовій частині факела необхідно мати високу температуру. Це особливо важливо при спалюванні малореакційного вугілля, для якого тут потрібна температура порядку 1250-1300 °С. Така вимога суперечить необхідності охолодити гази в топковій камері до температури, яка виключає шлакування конвективних поверхонь нагріву. Ця суперечність, так само як і ряд інших недоліків, які властиві топкам з твердим шлаковидаленням, усувається під час переходу на рідке шлаковидалення.
