Существуют схемы организации слоевого топочного процесса в отношении направлений движения потоков топлива и воздуха.
Различают следующие схемы организации слоевого топочного процесса:
Встречная схема топочного процесса осуществляется на неподвижной горизонтальной решетке, когда топливо подается на всю ее площадь сверху (вручную или при помощи забрасывателей). Воздух проходит сквозь решетку наверх, а частицы топлива по мере выгорания слоя медленно оседают вниз навстречу воздушному потоку. Топочный процесс горения протекает весьма устойчиво, так как имеет место интенсивное нижнее зажигание поступающих в слой свежих порций топлива потоком горячих газов, выходящих из слоя. Дополнительно топливо зажигается и сверху за счет лучистой теплоты топочной камеры (от факела над слоем и от накаленной обмуровки). Тепловая нагрузка топки регулируется путем изменения подачи топлива и воздуха.
Рис. 2-1. Типовые схемы организации слоевого топочного процесса потоков топлива и воздуха в слоевых топках: а - схема встречных потоков; б - схема поперечных потоков; в - схем параллельных потоков при нижней подаче топлива; г - то же при обращенном слое.
Серьезным недостатком встречной схемы организации слоевого топочного процесса является то, что при сжигании большинства топлив не обеспечивается поточность топочного процесса из-за практической невозможности организации непрерывного шлакоудаления из-под горящего слоя. Качающиеся колосники неэффективны при сплавленном шлаке, а применение поворотных или опрокидных колосников связано с прекращением горения на очищаемой секции решетки, поскольку слой с нее удаляется. Это не позволяет в полной мере механизировать и автоматизировать топочный процесс.
По поперечной схеме в чистом виде работает топка с цепной решеткой. За счет движения колосникового полотна механизируются две операции обслуживания топочного процесса - подача топлива в топку и удаление шлака. Регулирование тепловой нагрузки топки производится путем изменения скорости решетки и подачи воздуха (при постоянной заданной толщине слоя топлива).
Данная схема имеет то достоинство, что с помощью только одного механического устройства - цепной решетки, представляющей по существу ленточный транспортер, достигается полная поточность топочного процесса. С одного конца решетки в топку непрерывно входит топливо, а с другого - непрерывно сходит шлак. Топочное устройство может быть, выполнено довольно большой мощности.
Это, однако, справедливо лишь при сжигании углей, не требующих шурования слоя (неспекающихся или слабоспекающихся, а также не слишком озоленных и заштыбленных). В противном случае наблюдается нарушение горения из-за закоксовывания и зашлаковывания слоя. Зажигание топлива при поперечной схеме происходит сверху за счет лучистой теплоты топочной камеры и отличается малой интенсивностью. Вследствие этого возникают затруднения со сжиганием низкореакционных и высоковлажных топлив.
Схема параллельных потоков не осуществляется полностью ни в одном топочном устройстве. Она имеет место лишь при начальных стадиях горения в топке с нижней подачей (рис. 2-1, в) и при конечной стадии горения в топке с обращенным слоем (рис. 2-1, г), причем условия работы указанных топок совершенно различны. В топочном устройстве с нижней подачей топливо, выдавливаемое из реторты наверх, постепенно прогревается, выделяет летучие и превращается в кокс. Начиная с зоны выхода летучих топливу сопутствует поток воздуха, выходящий из боковых отверстий реторты. Летучие, смешиваясь с воздухом, горят в межкусковых каналах вышерасположенной коксовой зоны. Дальше параллельная схема становится уже невозможной , так как иначе шлак выйдет наверх, расплавится и зашлакует слой. Чтобы предотвратить это, приходится заканчивать процесс горения по поперечной схеме, организуя с определенного момента боковое движение слоя.
При обращенном слое потоки топлива и воздуха направлены вниз к решетке, выполняемой из охлаждаемых водой труб. Топливо должно быть предварительно ококсовано и раскалено по встречной или поперечной схеме. Необходимо также искусственно поддерживать при помощи того или иного механизма постоянную толщину слоя. Шлак расплавляется и проходит через отверстия решетки вместе с газами. Для некоторых топлив возможно удаление золы и в твердом виде, если она получается порошкообразной. Рассмотренные три типовыеСхемы организации слоевого топочного процесса, которые являются основой для анализа работы разных слоевых топочных устройств.