Топочные устройства
В котельных агрегатах применяются следующие топочные устройства: для топочного сжигания и для камерного. Эти топочные устройства могут быть весьма разными по конструктивному оформлению, связанному с характеристиками топлива - выходом летучих, зольностью, влажностью, величиной кусков, свойствами шлака, содержанием в топливе серы и т. д.
Слоевое сжигание кусков твердого топлива осуществляется колосниковой решетке, размещенной в объеме топки, а воздух, необходимый для горения топлива, поступает под решетку.
Камерные топочные устройства осуществляют горение во взвешенном состоянии в потоке воздуха (твердого в пылевидном состоянии), а воздух, необходимый для горения, подают в этот же объем. Объем, предназначенный для сжигания всего или части топлива, называют топочным пространством (камерой) и обозначают через Vт. Топочное устройство принято характеризовать его тепловой мощностью, пло¬щадью колосниковой решетки R и объемом топочной камеры. Количество теплоты, выделяющееся в топочном устройстве в течение часа, называют мощностью, МВт или ккал/ч, и определяют из выражения
Слоевые топочные устройства различают полную площадь колосниковой решетки R и «зеркала горения» Rз.г.. В топках с неподвижной колосниковой решеткой обычно R=Rз.г. у топок с цепными, наклонно переталкивающими решетками площадь зеркала горения меньше полной площади из-за наличия различных устройств.
Работа слоевой топки может быть оценена величиной видимого теплового напряжения колосниковой решетки или зеркала горения, кВт/м2 или ккал/(м2-ч):
т. е. количеством теплоты, выделившимся в единицу времени на единице площади.
Количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема топочной камеры, называют видимым тепловым напряжением топочного пространства и определяют из выражения, кВт/м3 или ккал/ (м3Xч):
Для камерных топок пользуются также понятием видимого теплового напряжения сечения топочной камеры Fтоп, МВт/м2 или Мкал/(м2Xч), определяемого как
где Fтоп — горизонтальное сечение камеры на уровне осей горелок, м2.
Если в основном топливо зажигается от лежащего на решатке да неподвижного горящего слоя, это зажигание называют нижним. Если зажигание топлива происходит за счет излучения пламени над горящим слоем, то такое зажигание называют верхним.
В топках с неподвижной колосниковой решеткой имеют место оба вида зажигания топлива; при движении колосниковой решетки преобладает менее эффективное верхнее зажигание топлива.
Топочные устройства для слоевого сжигания топлива разделяют в зависимости от способа подачи, характера перемещения топлива по колосниковой решетке, перемещения решетки и состояния слоя топлива. При неподвижном слое топлива, отсутствии механизмов для его перемещения по длине или ширине колосниковой решетки топочное устройство является простейшим; обычно оно загружается топливом вручную и называется ручной топкой. Такое топочное устройство используют только для небольших котлов с мощностью до 1.16 МВт (1 Гкал/ч).
В соответствии с правилами Госгортехнадзора все котло - агрегаты с производительностью более 1,16 МВт (2 т/ч или более 1 Гкал/ч), предназначенные для сжигания твердого топлива, должны иметь механизированные топочные устройства. Этой механизацией могут быть охвачены подача топлива в бункер, расположенный выше топочного устройства, подача топлива на решетку и перемещение его по последней.
Промежуточными между слоевыми и камерными топками для сжигания твердого топлива являются топки с псевдоожиженным или «кипящим» слоем топлива. В них на мелкозернистые частицы топлива действует поток воздуха и газов, в силу чего частицы топлива переходят в подвижное состояние и совершают движение - циркуляцию в слое и объеме. Скорость воздуха и выделившихся газов не должна превышать определенной величины, по достижении которой начинается унос частиц топлива из слоя. Скорость потока, при которой начинается движение частиц — «кипение», называют критической. Такие топки требуют одинакового размера кусков топлива. Слоевые топки применяют для агрегатов с теплопроизводительностью до 30 - 35 МВт (25 - 30 Гкал/ч); для более крупных котлоагрегатов приняты топочные устройства с камерным сжиганием и предварительной подготовкой топлива. Топливо до поступления в камерные топки измельчается до размера частиц в несколько микрометров. Первичный воздух, транспортирующий твердое топливо, имеет меньшую по сравнению с вторичным температуру, а его количество меньше потребного для сгорания. Топливо и воздух в камерные топки подают через специальные горелки, расположение которых на стенах топочной камеры может быть различным. Иногда часть вторичного воздуха подают в виде острого дутья через сопла с повышенными скоростями для изменения положения факела в топочной камере.
Для сжигания жидкого топлива применяют камерные топки, на стенах которых размещают с фронта или встречно форсунки с механическим, воздушным, паровым или смешанным распыливанием топлива. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подают в устройство для установки форсунки с тем, чтобы он поступал по возможности ближе к основанию (корню) факела и чтобы иметь минимальный избыток воздуха; мазут иногда сжигают в топочных камерах с предтопками - циклонами.
Газообразное топливо сжигают в камерных топках, применяя горелки различных типов. Последние различают по ряду признаков: давлению газа перед горелками - низкому, среднему и высокому; конструктивным особенностям; характеру смешения - частичному или полному - газа и воздуха в горелках; по способу подвода газа и воздуха: однопроводные - с подводом только газа и двухпроводные - когда в горелку введены газ и воздух по специальным трубам и коробам; по характеру пламени - светящемуся или слабосветящемуся и по длине факела - длинного или короткого.
Обычно в камерных топках требуется обеспечить сжигание двух видов топлива - твердого и жидкого, жидкого и газообразного, твердого и газообразного. Вследствие этого горелки конструктивно выполняют большей частью таким образом, чтобы иметь возможность устанавливать их минимальное количество, т. е. делают их комбинированными для двух и даже трех видов топлива. Камерные топки выполняют для котлоагрегатов практически любой производительности.
Все топочные устройства по положению относительно котельного агрегата прежде было принято делить на внутренние, нижние и выносные. В современных агрегатах топочные камеры выполняются с максимально возможным экранированием.