Топочные и горелочные устройства. Основные положения и классификация. – 2 часа

Топочные устройства. Классификация методов сжигания топлива

Топочным устройством или топкой называют часть котельного агрегата, которая предназначена для сжигания топлива с целью получения заключенного в нем тепла. Вместе с тем топка является теплообменным устройством, в котором поверхностям нагрева отдается излучением часть тепла, выделившегося при горении топлива. Наконец, в случае сжигания твердого топлива топка в известной мере служит сепарационным устройством, поскольку в ней выпадает некоторая часть золы топлива. Таким образом, в топочном устройстве происходят одновременно три процесса: горение топлива, теплоотдача излучением и улавливание некоторой части очаговых остатков (при сжигании твердого топлива).

В настоящее время существует три основных способа сжигания топлива: в слое, факеле и вихре (циклоне).

Сжигание топлива в слое исторически является самым ранним. В слое можно сжигать только твердое кусковое топливо, как-то: бурые и каменные угли, кусковой торф, горючие сланцы, древесину. Топливо, подлежащее сжиганию, загружают на колосниковую решетку, на которой оно лежит плотным слоем. Горение топлива происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой, обычно снизу вверх.

Топки для сжигания топлива в слое разделяют на три класса, а именно (рис. 6-1):

а) топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим
на ней слоем топлива;

б) топки с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива;

в) топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся
по ней слоем топлива.

Наиболее простой и даже примитивной топкой с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива является ручная горизонтальная колосниковая решетка (рис. 5, а). На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но необходимость ручного обслуживания ограничивает область применения ее котлами очень малой паропроизводительности (до 1—2 т/ч).

Для слоевого сжигания топлива под котлами большей паропроизводительности осуществляют механизацию обслуживания топки и, прежде всего, подачи в нее свежего топлива.

В топках с неподвижной решеткой и неподвижным слоем топлива механизация загрузки осуществляется применением забрасывателей 1, которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки 2 (рис. 5, б). В этих топках можно сжигать каменные и бурые угли, а иногда и антрацит под котлами паропроизводительностью до 6, 5—10 т/ч.

Рис. 5. Схемы топок для сжигания твердого топлива в слое.

а — ручная горизонтальная колосниковая решетка: б — топка с забрасывателем нанеподвижный слой; в—топка с цепной решеткой; г—топка с цепной решеткой обратного хода и забрасывателем; д — топка с шурующей шапкой; е—топка с наклонной колосниковой решеткой; ж— топка системы Померанцева.

К классу топок с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива, относят топки с механической цепной решеткой (рис. 5, в), которые выполняют в различных модификациях. В этой топке топливо из загрузочной воронки 1 поступает самотеком на переднюю часть медленно движущегося бесконечного цепного колосникового полотна 2, которым оно подается в топку. Горящее топливо непрерывно перемещается по топке вместе с полотном решетки; при этом оно полностью сгорает, после чего образовавшийся шлак в конце решетки ссыпается в шлаковый бункер 3.

Топки с цепной решеткой чувствительны к качеству топлива. Лучше всего они подходят для сжигания сортированных неспекающихся умеренно влажных и умеренно зольных углей с относительно высокой температурой плавления золы и выходом летучих 10—25% на горючую массу. В этих топках можно также сжигать сортированный антрацит. Для работы на спекающихся углях, а также углях с легкоплавкой золой топки с цепной решеткой непригодны.

Топки с цепной решеткой можно устанавливать под котлами паропроиз-водительностью от 4—5 до 120—150 т/ч, но в основном их устанавливают под котлами паропроизводительностью 10—20 т/ч, а иногда, главным образом при сжигании антрацита, и под котлами паропроизводительностью до 35 т/ч.

Другим типом топки рассматриваемого класса являются топки сцепной решеткой обратного хода и забрасывателем (рис. 6-1, г). В этих топках колосниковое полотно решетки 2 движется в обратном направлении, т. е. от задней стенки топки к передней. На фронтальной стенке топки размещены забрасыватели /, непрерывно подающие топливо на полотно; выгоревший шлак ссыпается с решетки в шлаковый бункер 3, размещенный под передней частью топки. Топки с цепной решеткой обратного хода значительно менее чувствительны к качеству топлива, чем топки с решеткой прямого хода; их применяют для сжигания как сортированных, так и несортированных каменных и бурых углей под котлами паропроизводительностью 10—25 т/ч и выше.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива основаны на различных принципах организации процессов движения и горения топлива. В топках с шурующей планкой (рис. 5, д) топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки 2 специальной планкой особой формы 4, движущейся возвратно-поступательно по колосниковому полотну. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6, 5 т/ч.

В топках с наклонной колосниковой решеткой (рис. 5, е) и скоростных топках системы В.В.Померанцева (рис. 5, ж) свежее топливо, поступившее в топку сверху, по мере сгорания сползает под действием силы тяжести в нижнюю часть топки, открывая тем самым возможность для поступления в топку новых порций свежего топлива. Эти топки применяют для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью от 2, 5 т/ч, а шахтные топки, кроме того, для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6, 5 т/ч.

Существует также метод организации сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе. Применением этого способа сжигания топлива были сняты ограничения в увеличении единичной паропроизводительности котельных агрегатов, а также открыты возможности сжигания с высокой надежностью и экономичностью самых низкосортных видов топлива.

Рис. 6. Схемы факельных топок.

а —топка для пылевидного топлива с твердым шлакоудалением; б—однокамерная топка для пылевидного топлива с жидким шлакоудалением; в—факельная топка для сжигания жидкого и газообразного топлив; г—топка с полуоткрытой топочной камерой для сжигания пылевидного топлива с жидким шлакоудалеиием.

В факельном процессе можно сжигать топливо твердое, жидкое и газообразное. При этом газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки; твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основной частью которых являются углеразмольные мельницы, а жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие капли в форсунках.

Сжигание в факельном процессе каждого из трех видов топлива имеет свои конкретные особенности, но общие принципы факельного способа сжигания остаются одинаковыми для всякого топлива.

Факельная топка (рис. 6) представляет собой прямоугольную камеру 1, выполненную из огнеупорного кирпича, в которую через горелки 6 вводят в тесном контакте топливо и воздух, необходимый для его горения, — топливо-воздушную смесь. Эта смесь воспламеняется и сгорает в образовавшемся факеле. Газообразные продукты сгорания покидают топку через верхнюю часть ее. При сжигании твердого пылевидного топлива с этими продуктами сгорания в газоходы котла уносится и значительная часть золы топлива; остальное количество ее выпадает в нижнюю часть топки в виде шлака.

Стены топочной камеры изнутри покрывают системой охлаждаемых водой труб — топочными водяными экранами. Эти экраны имеют назначение предохранить кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков, но в еще большей степени они представляют собой очень эффективную поверхность нагрева, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом.

Тем самым топочные экраны становятся очень действенным средством охлаждения дымовых газов в топочной камере.

Факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса по способу удаления шлака: а) топки с удалением шлака в твердом состоянии и б) топки с жидким шлакоудалением.

Камера 1 топки с удалением шлака в твердом состоянии (рис. 6, а) ограничена снизу шлаковой воронкой 3, стенки которой защищены экранными трубами. Эта воронка получила название «холодной». Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку и, так как температура среды в ней относительно низка, затвердевают, гранулируясь в отдельные зерна. Из холодной воронки гранулы шлака через горловину 4 попадают в шлакоприемное устройство 5, из которого они специальным механизмом подаются в систему шлакозолоудаления.

Камера 1 топки с жидким шлакоудалением (рис. 6, б) ограничена снизу горизонтальным или слегка наклонным подом, вблизи которого путем тепловой изоляции нижней части топочных экранов поддерживают температуру, превышающую температуру плавления золы. В результате шлак, выпавший из факела на этот под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку 4 в шлакоприемную ванну 5, наполненную водой, где, затвердевая, растрескивается на мелкие стекловидные частицы.

Топки с жидким шлакоудалением разделяют на две группы: однокамерные (рис. 6, б) и двухкамерные. В последних топочная камера разделена на две: камеру горения, в которой происходит горение топлива, и камеру охлаждения, в которой происходит охлаждение продуктов сгорания. Экраны камеры горения покрывают тепловой изоляцией. Для того чтобы максимально повысить температуру горения с целью более надежного получения жидкого шлака, экраны камеры охлаждения оставляют открытыми, с тем, чтобы они могли более эффективно снизить температуру продуктов сгорания.

Факельные топки для жидкого и газообразного топлив (рис. 6, в) выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который часто не экранируют.

В очень крупных котельных агрегатах наряду с топочными камерами призматической формы выполняют так называемые полуоткрытые камеры, которые имеют особый пережим, разделяющий топку на две камеры: горения 1 и охлаждения 2. Полуоткрытые камеры выполняют для сжигания как пылевидного (рис. 6, г), так и жидкого и газообразного топлива.

Факельные топки можно также классифицировать по типу горелок, которые бывают прямоточными и взвихривающими, и по расположению горелок в топочной камере, которые могут размещаться на передней и боковых стенках ее и по углам топочной камеры. В очень крупных котельных агрегатах возможно также встречное размещение горелок на передней и задней стенках топки.

В вихревых, или, иначе, циклонных, топках, можно сжигать твердое топливо с относительно высоким содержанием летучих, измельченное до пылевидного состояния или до размеров зерна 4—6 мм, а также (пока в порядке эксперимента) мазут.

Принцип циклонной топки заключается в том, что в горизонтальном (рис. 7, а) или вертикальном (рис. 7, б) цилиндрическом предтопке 1 относительно небольшого диаметра создается газо-воздушный вихрь, в котором частицы горящего топлива многократно обращаются до тех пор, пока они не сгорают почти полностью. Продукты сгорания из предтопков при сжигании твердого топлива поступают в камеру дожигания 2, а из нее — в камеру охлаждения 3 и далее в газоходы котельного агрегата. Шлак из предтопков удаляется в жидком виде через летки 5, причем для увеличения количества уловленного шлака между камерой дожигания и камерой охлаждения или между циклонными предтопками и камерой дожигания устанавливают шлакоулавливающий пучок труб 4. При сжигании мазута, а иногда и твердого топлива камеры дожигания не делают и продукты сгорания выводят непосредственно из предтопков в камеру охлаждения.

Область применения циклонных топок — котельные агрегаты относительно высокой производительности.

Факельные и циклонные топки часто объединяют в общий класс камерных топок.

Рис. 7. Схемы циклонных топок.

а —топка с горизонтальными циклоннымипредтопками; б—топка с вертикальными циклонными предтопками.

Кроме перечисленных выше трех основных способов сжигания топлива, существуют еще некоторые промежуточные способы. К ним можно отнести, например, факельно-слоевые топки, в которых угольная мелочь сжигается во взвешенном состоянии, а крупные куски — в слое, и топки с «кипящим» слоем, в которых слой топлива сильно разрыхляется струей воздуха, проходящей через слой с большой скоростью.

Выбор способа сжигания топлива определяется видом и родом топлива, а также величиной паропроизводительности котельного агрегата

Технические характеристики слоевых топок

Количество топлива, которое можно сжечь с достаточной эффективностью в данной слоевой топке, и количество тепла, которое можно при этом получить, определяются размерами, а также типом топки и свойствами сжигаемого топлива.

Основным фактором, определяющим эффективную работу слоевой топки, является тепловое напряжение площади колосниковой решетки (зеркала горения), представляющее собой отношение:

Q/R = BQ_н^р / R (24)

где В — часовое количество топлива, сжигаемое в данной топке, кг/ч;

R — площадь колосниковой решетки (зеркало горения), м².

Величину теплового напряжения зеркала горения в системах тепловых единиц, основанных на калории, выражают в ккал/м² ч, а в системе СИ —кдж/м² сек, т. е. в кВт/м²

Оптимальное значение теплового напряжения зеркала горения составляет 700—1 400 тыс. ккал/м² ч в зависимости от типа топки и характеристик топлива.

При сжигании топлива с большим содержанием влаги, золы или мелочи требуется принимать меньшие значения теплового напряжения зеркала горения; сухое, малозольное или сортированное топливо можно эффективно сжигать при больших значениях теплового напряжения зеркала горения. Незначительное повышение теплового напряжения зеркала горения по сравнению с оптимальным не вызывает существенных изменений работы топки. Однако при неумеренном повышении его в шлаке и летучей золе появляется значительное количество несгоревшего топлива, т. е. возрастает потеря от механической неполноты сгорания.

Для обеспечения эффективного сжигания летучих, выделившихся из топлива, необходимы достаточный объем топочного пространства и достаточная высота его. Величина топочного объема, требуемая для эффективного сжигания летучих, определяется по тепловому напряжению топочного пространства, которое представляет собой отношение:

Q/V = BQ_н^р / V_т (25)

где V_т — объем топочного пространства, м³.

В системах тепловых единиц, основанных на калории, величину теплового напряжения топочного пространства выражают в ккал/м³ ч, а в системе СИ — в кдж/м³ сек, т. е. в квт/м³

Оптимальные значения теплового напряжения топочного пространства в зависимости от вида топлива и типа топки составляют (200 - 300) •10³ ккал/м²ч. С возрастанием теплового напряжения топочного пространства относительно оптимального постепенно возрастает и потеря тепла от химической неполноты сгорания. Высота топочного пространства для котлов паропроизводительностью 4—10 т/ч должна составлять 2, 5—4 м, а для котлов паропроизводительностью 20 т/ч и выше — не меньше 4, 0 м.

Большое значение для нормальной работы топки имеет активная длина колосникового полотна. В ручных колосниковых решетках по условиям работы кочегара активная длина колосникового полотна не должна превышать 2, 3 м; при механизированной загрузке топлива на неподвижную колосниковую решетку длина ее должна быть не более 3, 5 м, а при механизированной загрузке на движущуюся решетку обратного хода — не более 4, 0—6, 5 м.Активная длина цепной решетки прямого хода должна быть не менее 4, 5 м.

Необходимый для горения воздух целесообразно подавать принудительно для обеспечения давления 60 - 100 кГ/м²под колосниковой решеткой. Это позволяет интенсифицировать процесс горения и облегчает форсировку котла. При сжигании топлива в топке с цепной решеткой прямого хода, где условия зажигания не очень благоприятны, полезно подогревать воздух для улучшения условий сушки и газификации топлива и повышения температурного уровня процесса горения. При сжигании топлива в топках с забрасывателями и неподвижным слоем можно не подогревать воздух даже при сжигании бурых углей типа подмосковного. Однако при сжигании более влажных углей приходится прибегать к подогреву воздуха. В шахтных топках, где условия зажигания очень благоприятны, можно сжигать при холодном дутье очень влажное топливо, например торф с влажностью до 45—50%.

Лекция 8

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒