Топочные устройства старых типов
Топочные устройства старых типов с цепной решеткой. О топочном устройстве с цепной решеткой уже частично говорилось в предыдущем параграфе, когда рассматривалась поперечная схема движения потоков топлива и воздуха. К сказанному нужно добавить следующее.
Топочные устройства старых типов данного вида позволяют в принципе сжигать довольно широкую гамму топлив неспекающиеся или слабоспекающиеся каменные угли, умеренно влажные бурые угли и антрациты. Однако в отношении сортности топлива имеется много ограничений.
Рис. 2-2. Топочные устройства старых типов с цепной решеткой.
При спекающихся углях на решетке образуется коксовый, "пирог" и поддержание нормального топочного процесса становится возможным только за счет ручных шуровок слоя. Делались попытки применить различные механические шуровочные приспособления, но широкого распространения они не получили. Если каменные угли содержат большой процент золы (Ас>20 - 25%) или последняя легкоплавка, то наблюдается зашлаковывание слоя, что также вызывает необходимость ручных шуровок и, кроме того, ухудшает выжиг шлака.
Большую роль играет гранулометрический состав топлива. При содержании в угле мелочи 0 - 6 мм сверх 50 - 55% становится трудным обеспечивать большие нагрузки и экономичную работу топки из-за кратерного горения слоя. Кочегарам опять- таки приходится часто шуровать слой. Антрацит сжигается удовлетворительно только в грохоченом виде (классов 13 - 25 и 6 - 13 мм).
Рис. Топочные устройства старых типов с наклонно-переталкивающей решеткой НПР-М.
Вследствие малоинтенсивного верхнего зажигания топка с цепной решеткой не может устойчиво работать на высоковлажных бурых углях (с WР>30%).
В топочной камере, как правило, должен выполняться низко опущенный задний наклонный свод, перекрывающий 50 - 65% активной длины решетки (рис. 2-2). Этот свод необходим, с одной стороны, для отжатия газового потока к фронту топки и усиления за счет этого теплоизлучения факела на начальный участок слоя, где происходит зажигание топлива, а с другой стороны, для обеспечения надлежащего перемешивания газов, так как их состав подлине решетки отличается резкой неравномерностью (через передний и задний участки ее проходит много лишнего воздуха, а в средней части выделяется значительный процент продуктов неполного сгорания). Из-за свода усложняются компоновки топок с котлами и увеличиваются габариты котельных установок.
В зависимости от характеристик углей и тепловой нагрузки топки толщина слоя на решетке устанавливается от 100 до 200 мм, а скорость решетки регулируется в пределах 8 - 20 м/ч. Теплонапряжения решетки обычно составляют 900 - 1000 тыс. ккал/(м2Xч). В редких случаях, при грохоченом малозольном топливе удается повышать их до 1200 тыс. ккал/(м2Xч). Если поступают рядовые заштыбленные антрациты марок АРШ и ACШ, то обеспечиваются тепловые нагрузки лишь около 600 - 700 тыс. ккал/(м2Xч).
Неприспособленность к ряду сортов углей, относительно низкие тепловые нагрузки и плохая компонуемость с малогабаритными котлами делают топочное устройство с цепной решеткой неперспективным для широкого применения в будущем. Вместе с тем сама по себе цепная решетка остается хорошим средством механизации слоевого сжигания и может использоваться при смешанных схемах работы топок. Конструкции цепных решеток рассматриваются в главе четвертой.
Топочные устройства старых типов с переталкивающими решетками. Топочные устройства старых типов с переталкивающими решетками отличаются тем, что в них перемещение слоя осуществляется за счет возвратно-поступательного движения колосников.
Рис. 2-4. Топочные устройства старых типов с переталкивающей решеткой системы Мартина.
Существует много конструкций таких топочных устройств. Наиболее распространены наклонно- цереталкивающие решетки, у которых колосники расположены ступенями и движутся горизонтально (рис. -2-3). Один поперечный ряд колосников является подвижным, другой неподвижным. Кроме того, известны наклонная ступенчатая решетка системы Мартина с движением колосников навстречу спускающемуся слою (рис. 2-4) и горизонтальная ступенчатая решетка системы «Вулкан» (так называемая «каскадная топка») с движением колосников под большим углом к горизонту (рис. 2-5).
Рис. 2-5. Топка с переталкивающей решеткой системы «Вулкан».
Делались попытки применить при горизонтальной решетке колосники с малым углом наклона, но хороших результатов не достигнуто. На наклонно-переталкивающую решетку топливо подается чаще всего непосредственно из загрузочной воронки (под действием силы тяжести). Для других двух названных типов решеток необходимо порционирование топлива при помощи специальных питателей.
Положительной особенностью топок данного вида является шурование слоя, поскольку колосники не только сообщают движение всему слою вдоль решетки, но и перемещают частицы топлива относительно друг друга. Шурующий эффект особенно значителен при решетках систем Мартина и "Вулкан" (их классифицируют как решетки глубокого шурования).
Схема слоевого процесса получается смешанной. В основном поток топлива направлен поперек потока воздуха. В то же время частицы внутри слоя совершают движение по зигзагообразным или петлеобразным траекториям (рис. 2-6). На решетке системы Мартина может иметь место даже значительное перемещение частиц в обратную сторону. Благодаря этому существенно улучшаются условия зажигания топлива.
Рис. 2-6. Схемы движения слоя в топках с переталкивающими решетками: а - нзклонно-переталкивающая; б - наклонная, с движением колосников навстречу спускающемуся слою; в - горизонтальная с глубоким шурованием.
В топках с наклонно-переталкивающими решетками сжигаются главным образом бурые угли, в том числе с довольно большой влажностью (до Wр = 40%), если приведенная зольность их невелика (Aп≤6,5). Иногда эти топочные устройтсва страрых типов используются также для работы на каменных углях, имеющих тугоплавкую золу. Длина хода колосников 50 - 85 мм. Теплонапряжения решетки обычно не превышают 700 тыс. ккал/(м2Xч).
В топках с глубоким шурованием можно сжигать сильно озоленные угли (до Ас = 50%) при небольшой влажности (Wp≤20%). Длина хода колосников составляет 200 - 350 мм. За счет интенсивной шуровки слоя достигаются очень высокие тепловые нагрузки - Q/R = 1500 - 2500 тыс. ккал/(м2Xч).
Несмотря на ряд положительных качеств, топочные устройтсва страрых типов с переталкивающими ступенчатыми решетками все же не могут считаться удовлетворяющими современным требованиям. Это обусловливается следующими их недостатками.
Движение слоя обеспечивается только до тех пор, пока сохраняется сыпучесть топлива. Часто слой шлакуется, и работа топочного устройства расстраивается. Для поддержания горения требуются ручные шуровки. Имеется принципиальная трудность в том, чтобы за счет одного и того же движения колосников производить как нужное перемещение слоя, так и достаточно глубокую шуровку.
Зажигание топлива, хотя и является улучшенным, все-таки, остается ограниченным и во многих случаях лимитирует протекание топочного процесса. Это особенно проявляется при сочетании высокой влажности топлива с большой его зольностью, когда скорость движения слоя относительно велика, а также при наличии в топливе большого процента мелочи, препятствующей проникновению лучистого тепла вглубь слоя. В топках с наклонно-переталкивающими решетками для обеспечения зажигания бурых углей обязателен развитый задний свод (рис. 2-7), который необходим также для перемешивания продуктов сгорания.
Рис. 2-7. Типовая конфигурация топки с наклонно-переталкивающей решеткой для бурых углей.
Колосники решеток работают в тяжелых температурных условиях, так как вдвигаются в строй, и кроме гого, сильно изнашиваются от истирания.
Их приходится часто заменять. Поддержание топочных устройств старых типов в рабочем состоянии связано с большим расходом металла и значительными затратами труда.
Конструкции решеток в целом громоздки, металлоемки и неудобны для компоновок с малогабаритными котлами. Решетки с глубоким шурованием к тому же очень сложны и изготовляются из дорогостоящего жаростойкого чугуна.
В отдельный класс следует выделить топки с горизонтальыми плоскими переталкивающими решетками (рис. 2-8), применяемые большей частью для жаротрубных котлов. Решетки указанного типа набираются из продольно располагемых балочных колосников, не связанных между собой в пперечном направлении. Колосники движутся в одну сторону одновременно, а назад возвращаются отдельными группами - в два или большее число приемов. Поверхность их может быть совершенно гладкой или с небольшими ступенями. Топливо подается на решетку либо непосредственно из загрузочной воронки, либо через питатели.
Рис. 2-8. Топка с горизонтальной плоской переталкивающей решеткой.1 - загрузочная воронка; 2 - плунжерный питатель; 3 - кулачковый вал; 4 - коробка скоростей; 5 - верхняя коксующая плита; 6 - нижняя коксующая плита; 7-подвижные колосники.
Схема слоевого процесса чисто параллельная, как и на цепной решетке. Шурующий эффект от движения колосников практически отсутствует. В некоторых топках данного вида производится предварительное ококсовывание топлива за счет создания очагов нижнего зажигания на специальной горизонтальной плите под питателем (с периодическим ручным спихиванием шлака шуровками).
Cущественных преимуществ в организации топочного процесса здесь усмотреть нельзя. Плоские переталкивающие решетки могут представить интерес только с точки зрения простоты устройства по сравнению с цепной решеткой.
Топки с нижней подачей. Топки с нижней подачей разделяются на одноретортные и многоретортные. Первые из них (рис. 2-9) являются полумеханическими (шлак удаляется периодически при помощи поворотных плит) и применяются к паровым и водогрейным котлам тепловой мощностью до 1,8 Гкал/ч, включая самые маленькие. Вторые (рис 2-10) представляют собой сочетание нескольких наклонных реторт с переталкивающими колосниками и на определенных топливах обеспечивают полную механизацию топочного процесса. Они устанавливаются в США к довольно крупным котлам. Начальные стадии горения в одноретортной топке протекают по параллельной схеме, переходящей затем в поперечную. При многоретортном топочном устройстве преобладает поперечная схема, дополняемая перемещением частиц внутри слоя; параллельная же схема здесь выражена слабо.
В топках сжигаются неспекающиеся или умеренно спекающиеся каменные угли с высоким выходом летучих. Коксовые образования в слое в известной мере разрушаются за счет шурующего эффекта от выдавливания топлива из реторты и последующего рассыпания его по боковым колосникам. При наличии переталкивающих колосников этот эффект усиливается. Для сильно спекающихся углей, однако, степень шурования недостаточна.
Удовлетворительные результаты сжигания получаются при топливе с зольностью до Аc = 20% и с содержанием мелочи 0 - 6 мм не более 50%. Надо сказать, что в этих топках сильнее проявляется шлакование слоя, поскольку зола выделяется в его верхней части.
Теплонапряжения решетки составляют для одноретортных топок 700 - 800 тыс. ккал/(м2Xч), а для многоретортных топок до 2000 тыс. ккал/(м2Xч), если только характеристики топлива благоприятны.
Сжигание бурых углей практически невозможно, так как не обеспечивается их зажигание.
Как видно, ассортимент углей, сжигаемых в таких топках, очень ограничен.