2.6 Контактні котли

1. Контактні та контактно-поверхневі котли.

2. Конструктивні елементи котлів.

3. Особливості процесу теплообміну, що відбувається у контактній камері

газових контактних водонагрівачах.

1. Для підвищення економічності котельних установок можуть бути використані пристрої, в яких додаткова теплова енергія передається від продуктів спалювання до води контактним або контактно-поверхневим методом. Димові гази в контактних і контактно-поверхневих теплообмінних апаратах охолоджуються до температури 40 – 50 ⁰С, так що від продуктів спалювання відбирається теплота за рахунок їх охолодження, а в контактних теплообмінниках і теплота конденсації водяної пари, яку отримали в результаті спалювання палива. Це суттєво підвищує ККД котлів.

В контактних теплообмінниках передача тепла відбувається при безпосередньому контакті димових газів і теплоносія. В контактно-поверхневих теплообмінниках передача тепла від димових газів до теплоносія відбувається без безпосереднього їх контакту. Вони мають перевагу перед контактними апаратами за рахунок чистоти нагріваємої води, мають менший гідродинамічний опір, і можливість створення циркуляції теплоносія без розриву струмини.

2. Основними конструктивними елементами котлів є: топки, пальникові пристарої, тяго-дуттьові пристрої, запірно-регулююча арматура, запобіжна арматура, водопоказуючі прилади, гарнітура, каркас, обмуровка, трубопроводи, витратоміри, живильні пристрої. Додатковими конструктивними елементами для парових котлів є: економайзер, повітропідігрівач, пароперегрівач.

Розглянемо деякі із цих конструктивних елементів.

Топка

Топкою або топочним пристроєм називається частина котельного агрегату, призначена для спалювання палива з метою перетворення його хімічної енергії в тепло. Це камера з колосниками або без них, зольник, пристрій для подачі палива і повітря і для видалення шлаку. Топка повинна забезпечити повне і стійке згоряння палива з найменшими втратами тепла. В топці відбувається тепловіддача випромінюванням (радіацією) до екранів.

За способом спалювання палива всі топки поділяють на шарові та камерні.

Шарові топки призначені для спалювання твердого кускового палива, а камерні – для спалювання пилоподібного твердого, рідкого і газоподібного палива. В шарових топках тверде паливо спалюють на колосниковій решітці. Простір під колосниковою решіткою називається піддувалом.

Рисунок 2.17 – Схема організації топочних процесів.

а – шарова топка; б – факельна топка; в – вихрова топка.

1 – підвід повітря; 2 – колосникова решітка; 3 – шар палива; 4 – топочна камера; 5 – підвід пиловидного палива (аеропилу); 6 – підвід вторинного палива; 7 – камера згоряння; 8 – надходження палива; 9 – вихід продуктів згоряння.

В залежності від розташування топки по відношенню до котла розрізняють внутрішні, нижні і виносні топки.

Внутрішніми топками називаються топки, які повністю або майже повністю обмежені поверхнями нагріву, які сприймають значну частину променевого тепла. У внутрішніх топках успішно спалюють висококалорійне паливо – природний газ і мазут.

Нижніми топками називаються топки, які знаходяться під котлами, головним чином горизонтально-водотрубними і вертикально-циліндричними. В цих топках можна спалювати паливо всіх видів, за винятком, дуже вологих.

Виносні топки застосовують для спалювання твердих палив з великою вологою (дрова, торф) і розміщують їх спереду котла.

Всі шарові топки за способом завантаження палива та обслуговування поділяють ручні, напівмеханічні та механічні.

В камерних топках відсутня колосникова решітка. Топочний об’єм являє собою призматичну камеру близьку до паралелепіпеда. З точки зору аеродинаміки камерні топки ділять на факельні і вихрові (циклонні).

Факельний метод спалювання характеризується безперервним рухом палива разом з повітрям і продуктами згоряння в топці.

Вихровий метод спалювання оснований на транспортуючій здатності вихорів. Вихрові топки ще називаються циклонними.

В теперішніх котельних агрегатах економічно-оптимальною температурою продуктів згоряння на виході з топки є:

• при спалюванні зольних палив (торф, сланці) – 950 – 1000 ⁰С;

• кам’яне вугілля і антрацити – 1100 – 1200 ⁰С;

• рідке і газоподібне паливо – 1200 – 1300 ⁰С.

Економічність роботи топок оцінюється їх кількісними і якісними характеристиками, які залежать від типу топок, марки і сорту палива, способу його спалювання.

До кількісних характеристик належать такі:

Навантаження або теплова потужність – це кількість тепла, що утворюєтеся при спалюванні певної кількості палива за одиницю часу (МДж/сек).

Об’ємне теплове навантаження топки є відношення навантаження до активного об'єму топкової камери, для різних топок воно рівне 0,18 – 0,35 МДжІм³.

Форсування топки – підвищення теплової потужності топки шляхом спалювання додаткової кількості палива. Форсування можливе лише до певної межі, бо збільшуються втрати тепла.

Втрати тепла (хімічне і механічне недопалювання, втрати в навколишнє середовище) дають якісну характеристику топкам.