Механические топки

Сжигая большое количество твердого топлива уже не представляется возможным вручную подавать топливо, а также удалять золу и шлак. В механических топках механизируется подача топлива в топку, перемещение его по поверхности топочной решетки и механически удаляется шлак. На кочегара возлагается только обязанность корректирования работы: изменение толщины слоя, скоростей продвижения топлива, дутья и, наконец, исправление и выравнивание слоя путем периодической шуровки через боковые окна.

В данной статье рассмотрим несколько наиболее распространенных моделей механических топок:

Механические топки с движущейся колосниковой решеткой типа ТЧ И ТЧЗМ, ТЛЗМ

Механические топки типа ТЧ и ТЧЗМ, ТЛЗМ применяются с котельными агрегатами производительностью от 4,0 до 30 МВт для сжигания сортированных и рядовых углей, содержащих не более 60% фракций 0-6 мм, а также сортированных антрацитов и полуантрацитов.

Механические топки с движущейся колосниковой решеткой бывают следующих видов:

механические топки с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ТЧ;
механические топки с чешуйчатой цепной решеткой обратного хода ТЧЗМ;
механические топки обратного хода с ленточным колосниковым полотном ТЛЗМ.

Цепная решетка топки ТЧ и ТЧЗМ и ленточное колосниковое полотно топки ТЛЗМ являются подобием ленточного транспортера, где цепь (полотно) состоит из колосников, связанных собой в одну бесконечную цепь, перекинутую через звездочки и шкивы; звездочки и шкивы одеваются на вал, один из которых присоединяется к электропроводу и является ведущим.

опливо, находясь сверху на колосниковом полотне, медленно передвигается и при движении горит. В процессе сгорания постепенно образуется шлак, который впоследствии сваливается в зольный бункер и канал золошлакоудаления по мере того, как полотно решетки переходит через звездочки в нижнюю часть.

В топках ТЧ, ТЧЗМ и ТЛЗМ топливо при помощи транспортера топливоподачи подается в верхнюю часть котельного здания, откуда подается в загрузочные бункеры топок и поступает на полотно колосниковой решетки. При этом в топки ТЧ топливо из бункеров поступает на цепную решетку самотеком, а в топки ТЧЗМ и ТЛЗМ с помощью забрасывателей ЗП. Воздух с помощью дутьевого вентилятора подводится снизу решетки отдельными зонами, это дает возможность регулировать его поступление на отдельные участки колосникового полотна.

Устройство колосниковой решетки в топках ТЧ, ТЧЗМ и ТЛЗМ

В топке ТЧ и ТЧЗМ колосниковая цепная решетка состоит из цепи, на которую одеваются держатели колосников и сами колосники. Такая конструкция позволяет сделать ремонт и замену перегоревших колосников быстрыми и легкими. Колосниковое полотно топки ТЛЗМ состоит из плотно соприкасающихся колосников, одевающихся на соединительный штырь. Собирая колосниковое полотно и решетку, стараются до минимума сократить просыпание горючего и золы через решетку, для этого решетки снабжаются колосниками, взаимно перекрывающими друг друга.

При плавном движении колосников они в периоды прохождения под рабочей частью цепи не полностью очищаются от шлака. Для устранения шлаковых наростов над каналом шлакоудаления крепятся колосники шлакосниматели. Шлакосниматель увеличивает толщину шлакового покрова в конце решетки и уменьшает количество лишнего воздуха, проходящего через ее последнюю зону, он также переламывает надвигающиеся на него шлаковых пластин и отделяет их от полотна цепной решетки.

Провал через колосниковую решетку попадает в дутьевые зоны, откуда удаляется при периодическом открывании специально предусмотренных дверок, иногда провал перемещается шнеками в отдельные пункты, откуда он может удаляться путем эжектирования воздухом.

Регулирование работы цепной решетки топки ТЧ и ТЧЗМ, а также колосникового полотна ТЛЗМ производится за счет изменения первоначальной толщины слоя и скорости движения колосникового полотна. Чем больше скорость полотна, тем равномернее получается толщина слоя по решетке, тем меньше потребуется дожигать в топочном пространстве летучих горючих веществ, выделившихся из чрезмерно толстого слоя вблизи загрузочной горловины. Но для каждого топлива в зависимости от степени его горючести приходится устанавливать пределы скоростей цепи, иначе топливо загорается только на некотором расстоянии от загрузочной горловины и часть полотна решетки, таким образом, не используется.

Скорость полотна в зависимости от состава топлива, его горючести и крупности кусков приходится изменять в пределах от 2 до 30 м/час, для чего применяется привод топки с частотным регулированием.

На приведение в движение колосникового полотна затрачивается незначительная мощность - 1,5 - 5 кВт.

Сжигание топлива в топках ТЧ, ТЧЗМ, ТЛЗМ

На цепную решетку топки ТЧ новая порция топлива попадает из загрузочной горловины и может загореться только за счет одностороннего зажигания излучением топочного факела, а также вследствие непосредственного контакта с уже загоревшимися кусками топлива. Условия зажигания сверху вниз не относятся к числу эффективных, поэтому топливо, трудно загорающееся, например, антрацит, не сразу вступает в реакцию с кислородом. Горение топлива, начиная с поверхности, постепенно проникает в толщу слоя. Топливо лежит неровным слоем на цепной решетке механической топки. Слой топлива постепенно движется от загрузочной воронки к шлакоснимателю, выгорает и делается тоньше. Слой шлака, наоборот, нарастает, что и дает возможность полностью механизировать не только загрузку топлива, но и отвод шлака в канал золошлакоудаления.

В первые зоны топки, где топливо еще только разгорается, подводят умеренное количество воздуха, иначе можно заглушить процесс розжига. Также не подают много воздуха в конец решетки, где выжигаются несгоревшие частички топлива из шлака. Предел форсировки топки ТЧ, так же как и в ручных решетках, устанавливается главным образом повышенной потерей от уноса.

В начале механической решетки, пока слой толст, происходят подсушка топлива, его газификация и горение с большой неполнотой, затем наступает период интенсивного полного горения, и в конце выжигается горючее из шлака. В конце решетки горение идет с повышенными избытками воздуха. Чтобы уменьшить объем топочного пространства и ускорить догорание летучих, излишне прошедший через последние элементы цепи воздух направляется при помощи заднего свода навстречу продуктам газификации. Кроме того, факел горящих летучих веществ сводом отжимается в направлении к слою топлива и тем улучшаются условия горения последнего. Для лучшего перемешивания газов в суживающуюся часть топочного пространства, наперерез движущемуся факелу, вводится дутье. Количество введенного таким путем воздуха составляет 10 - 15 % от общего расхода воздуха. Давление перед соплами берется около 100 -150 мм. вод. ст. и обеспечивает скорость воздушной струи до 30 - 35 м/сек. При эксплуатации было установлено, что ввод воздуха через небольшие сопла и с большими по сравнению с указанными скоростями не дает должного эффекта перемешивания продуктов сгорания.

Совмещение пневмомеханического заброса забрасывателем ЗП в топках ТЧЗМ и ТЛЗМ с движением слоя вместе с колосниковой решеткой обеспечивает полную поточность процесса горения, улучшает условия воспламенения топлива, позволяет удовлетворительно сжигать спекающиеся каменные и бурые несортированные угли без ручного вмешательства обслуживающего персонала.

На начальном участке, вблизи задней стены топки, происходит верхнее зажигание топлива. Однако на заднюю часть решетки подается только небольшая часть всего забрасываемого топлива, и тем облегчается его подготовка для горения. Основная часть топлива забрасывается на всю решетку, где протекает активный процесс горения. При этом, чем меньше скорость движения решетки, тем меньше начальный участок на котором происходит верхнее зажигание.

Опыт показывает, что при нормальных скоростях решетки в пределах 2-7 м/ч зажигание топлива в большинстве случаев достаточно надежное. Толщина активного слоя на начальном участке решетки около 50 мм, а в части интенсивного горения - около 25 мм. При этом повышение влажности топлива, как правило, приводит к утолщению слоя и ухудшению выжигания шлака, что особенно заметно при влажности рабочей массы угля более 30%.

Воздух в каналы топок поступает от того же вентилятора, который обеспечивает дутье под решетку. Быстрому загоранию и хорошему горению топлива на цепной колосниковой решетке сильно способствует горячее дутье. Воздух, пройдя воздухоподогреватель, направляется под решетку с температурой до 250° С, где он хорошо подсушивает топливо и тем ускоряет процессы зажигания и горения.

Для получения удовлетворительных результатов при сжигании углей в топках с цепными решетками и ленточным колосниковым полотном, чтобы обеспечить равномерное выжигание кусков по всей длине, требуется предварительная сортировка углей. Так, при сжигании антрацита получаются хорошие результаты для сортированных марок, в частности для АС и AM, более крупные фракции уже труднее сжечь на цепных решетках, куски во всяком случае не должны превышать 40 мм. Высокий КПД достигается у слабо спекающихся углей, например, газовых, сильно спекающиеся угли плохо сжигаются на цепных решетках. Спекание уменьшает унос - это достоинство, но спекание кокса в отдельные глыбы ведет к неравномерности процесса, получается горение отдельными кратерами, падает мощность топки и одновременно увеличивается унос из незашлаковавшихся участков слоя, появляется потребность в обслуживании топки сбоку.

В таких случаях топки должны быть сконструированы так, чтобы в них происходил излом слоя топлива и разрушение образующихся спекшихся пластин. Наиболее пригодными в этом отношении являются топки с нижней подачей топлива типа ТЧ.

Ранее указывалось, что колосниковая решетка механизирует подачу топлива и удаление шлака, однако при сжигании шлакующегося, спекающегося или многопольного топлива требуется обслуживать топку с боков через специально оставляемые для этих целей дверки. Такие шуровки требуют рабочей силы, причем число шуровок в час особенно возрастает для таких топлив, как спекающиеся или плохо сортированные угли. Это приходится учитывать при решении вопросов выбора топочного оборудования. Растопка цепных решеток при работе их на антраците ведется на легко загорающемся пламенном угле или дровах и затем уже переходят на антрацит.

Необходимость применения сортированного топлива являлась существенным недостатком механических топок. В большинстве случаев котельные установки получают рядовые угли, т. е. несортированное топливо с наличием крупных кусков и мелочи. В подобных условиях топливо приходится пропускать через дробилку, чтобы не иметь кусков более 40 мм, разумеется после указанной операции количество мелочи (от 0 до 6 мм) еще более увеличивается, часто превышая 50%.

Механические топки с ленточным колосниковым полотном прямого хода ТЛПХ

Механические топки ТЛПХ по принципу работы и механизму сжигания топлива, схожи с топками ТЧ, топливо поступает на колосниковое полотно самотеком из бункера наполнителя, и вместе с колосниковым полотном ленточного типа движется и сбрасывается в канал золошлакоудаления. Колосниковое полотно ленточного типа аналогично полотну топки ТЛЗМ и собирается из колосников закрепляемых соединительным штырем. Отличие топок ТЛПХ от топок ТЧ заключается в области их применения, механические топки ТЛПХ применяются с котлоагрегатами мощностью от 1,5 до 4,0 МВт, тогда как топки типа ТЧ применяются с котлами от 10 МВт, а ТЛЗМ от 4,0 МВт.

Механические топки с переталкивающими колосниковыми решетками

Процесс горения топлива на ступенчатой переталкивающей решетке по существу мало отличается от процесса горения на цепной решетке. Топливо также поступает из загрузочной горловины топки на полотно решетки и зажигается вследствие непосредственного контакта с уже горящим топливом, а главное за счет излучения светящегося факела. Механические топки с переталкивающими решетками снабжаются в своей нижней части полого расположенными колосниками, предназначенными для выжигания горючего из шлака. В эту часть решетки аналогично с цепью проходит много лишнего воздуха, который и направляется задним сводом навстречу продуктам газификации.

Полотно цепной решетки, охлаждаясь при обратном ходе к фронту, менее подвержено влиянию высоких температур, чем ступени переталкивающей решетки, поэтому ступенчатая механическая решетка применяется преимущественно для сжигания низкосортных зольных и влажных углей и в первую очередь бурых типа подмосковного. Высокосортные угли с малым выходом летучих, когда отсутствует охлаждающий слой "транзитный" воздух, не следует сжигать на подобных топках, так как будут гореть колосники.

Для изготовления наклонных механических решеток расходуется меньше металла, и поэтому они конкурируют с цепными решетками преимущественно в установках среднего масштаба, где увеличенные первоначальные затраты на оборудование могут не окупиться выгодой, получаемой от повышения экономичности топливоиспользования.

Переталкивающая решетка хорошо справляется с сжиганием многозольных бурых углей как "оживляющая" процесс горения слоя.

При взаимном перемещении частиц топлива - шуровке происходит сбрасывание с их поверхности золы, кроме того, перемешивание слоя топлива способствует равномерному горению и более раннему зажиганию.

Для сильно влажных углей и торфа, который также можно сжигать на подобных решетках, механические топки иногда снабжаются подсушивающим предтопком, работа которого не отличается от работы предтопков шахтноцепных топок. Конструктивно подсушивающие очаги образуются при помощи ступенчатой решетки с наклонно располагаемыми ступеньками, позволяющими золе ссыпаться вниз и в дальнейшем - на наклонную решетку.

Горячее дутье способствует улучшению и ускорению процесса сгорания, и его можно доводить при низкосортных влажных углях до 200 - 250° без боязни вызвать пережог колосников. Газовое сопротивление топки 20 - 50 мм вод. ст.

Наклонно - механическая топка как производящая изламывание слоя могла бы справиться с сжиганием высокосортных спекающихся углей, однако в подобных случаях приходится беспокоиться за прочность и долговечность ее полотна. Поэтому для сжигания высокосортных спекающихся углей надо предпочесть топку с нижней подачей топлива.

Механические топки с наклонными колосниковыми решетками

По принципу действия наклонные механические решетки могут быть разбиты на три варианта. Первый из них, наиболее примитивная, состоит в том, что к обычного типа ступенчатой решетке добавляется несколько рядов движущихся колосников, способствующих продвижению вниз топлива. Такие механические топки при значительной засоренности бурых углей не найдут применения, так как пространство между неподвижными ступеньками быстро заполняется золой и шлаком, что требует частой прочистки этих мест резаком вручную. Вариант второй имеет чередующееся расположение подвижных и неподвижных ступеней, и, следовательно, застоя золы и шлаков в верхних частях решетки здесь наблюдаться не будет.

Наилучшим вариантом переталкивающей решетки следует признать третий, где подвижные колосники разбиты на несколько групп, приводимых в движение от раздельных приводов, что позволяет менять ход и скорость движения на отдельных участках слоя в зависимости от сорта топлива и его поведения в процессе сжигания. В механических топках с переталкивающей решеткой такого типа непременным требованием, как и при цепной решетке, является позонный ввод воздуха, вдуваемого под топку, что позволяет регулировать расход воздуха на отдельных участках слоя. Решетка обычно снабжается боковыми охлаждаемыми панелями, которые желательно включить в циркуляционный поток котла.

Процесс горения регулируется величиной хода (50 - 70 мм и доходит до 150), скоростью движения ступенек (от 0,2 до 4 м/час), а также толщиной слоя топлива, которая фиксируется вертикально располагаемым шибером. Угол наклона ступенчатых решеток может изменяться при эксплуатации и колеблется в пределах 15 - 35°, а для шлаковых колосников - 10°, последним желательно давать перемещения вперед и одновременно вниз, затем назад и вверх, тогда они лучше разламывают шлаковые пластины. Длина зеркала горения доходит при очень мощных топках до 10 м, включая сюда 7 - 7,5 м по наклонной части и 2 - 2,5 м - по шлаковым колосникам.

Часть колосников, как подвижных, так и неподвижных, располагающихся в верхней части решетки, где еще идет подсушка и воздуха не требуется, выполняется без отверстий. Это мероприятие, если не устраняет полностью, то также уменьшает возможность загорания угля в воронке до поступления его на решетку.

Механические топки с неподвижным колосниковым полотном и шурующей планкой ТШПМ

Механически топки ТШПМ применяются с котлами мощностью 0,8- 3,0 МВт, работающих на каменных и бурых сортовых углях.

Топочное полотно топки ТШПМ собирается из последовательно и внахлест шарнирно смонтированных колосников. Топливо поступает из бункера самотеком при открытии секторного питателя. Одновременно с поступление новой порции топлива на колосниковую решетку приводится в движение шурующая планка.

Шурующая планка обеспечивает перемещение горящего топлива по колосниковой решетке, обеспечивая разрыхление поверхности слоя угля и образовавшегося шлака и обеспечивая интенсивный доступ кислорода воздуха ко всему объему сгорающего топлива. Постепенно прогоревшее топливо перемещается в зону догорания, где располагаются поворотные колосники, приводимые в движение вручную рычагом. При повороте колосников происходит сброс шлака в канал золошлакоудаления.

Воздух в механические топки ТШПМ подается вентилятором и имеет позонное регулирование.