Сжигание кускового топлива

Сжигание кусков топлива в слое - самый сложный про­цесс горения и по изобилию различных химических реакций, и по многообразию происходящих физических процессов.

На самом верху слоя происходит сушка топлива и его сухая перегонка. Смола - продукт сухой перегонки - испаряется и крекируется с выделением газов, кокса и сажи.

В нижние горизонты слоя поступают куски топлива, почти лишенные смол и других летучих компонентов; здесь они входят в соприкосновение с кислородом и влагой дутья и взаимодейст­вуют с ними, в результате чего образуются СО₂, СО, Н₂ и золь­ный остаток.

Присутствие между кусками горящего топлива, помимо уг­лекислоты, одновременно кислорода и оксида углерода, побудило многих исследователей считать, что СО является первичным продуктом химического взаимодействия углерода и кислорода.

В условиях реального слоя, где горят большие кус­ки топлива и где развиваются высокие температуры, преиму­щественное взаимодействие происходит при столкновении мо­лекул кислорода и углерода, в результате чего образуются как СО₂, так и СО.

В слое потоки СО от первого ряда кусков топлива частично сгорают за счет мощных потоков воздуха, протекающего меж­ду кусками.

Для практики слоевого сжигания самым важным является процесс восстановления углекислоты углеродом кокса, так как в одних случаях над слоем нужно получать как можно больше СО и Н₂ (генераторный процесс), а в других - минимум горю­чих (топочный процесс).

Топки с механической подачей топлива

В металлургических печах кусковое топливо применяют ред­ко, а если и применяют, то в печах небольшого размера; боль­шие печи, как правило, отапливают газообразным топливом или мазутом. Поэтому широко известные в котельной технике меха­нические топки (например, цепные, переталкивающие) в метал­лургических печах не нашли применения.

Топки с механическими забрасывателями. Из механизирован­ных топок наиболее целесообразными для металлургических пе­чей являются топки с верхней подачей. Здесь топливо подается питателем и забрасывается на поверхность слоя лопастями за­брасывателя, вращающегося на валу. Число оборотов вала из­меняется, благодаря чему регулируется подача и дальность полета кусочков и, следовательно, обеспечивается равномер­ность загрузки поверхности слоя топлива. Для обеспечения надежности действия и длительности срока службы механизмы питателя и разбрасывателя помещены в охлаждаемую водой арматуру.

При применении пневмозабрасывателей порции топлива по­даются питателем на специальную плиту и с нее сдуваются рас­плющенной струей воздуха, сжатого до 3925 н/м² или 400 мм вод. ст.

Топки с нижней подачей топлива. В такие топки (рисунок 13) топливо из бункера подается с помощью шнека. Воздух подводят в толщу подымающегося кверху топлива, тоже снизу. Воз­дух и топливо взаимодействуют как бы в параллельном потоке, что очень затрудняет зажигание слоя и сохранение устойчивости горения. Поэтому в топках с нижней подачей нельзя сжигать неподсушенные бурые угли.

Рисунок 13 - Топка с нижней подачей:

1 — бункер для угля; 2 - шнек; 3 — горящий слой угля; 4 — воздушная коробка; 5 — подвод воздуха

При сжигании в таких топках антрацита и каменного угля с малым выходом летучих (менее 20%) колосники сильно нагре­ваются и срок их службы сокращается. Но, если топливо подо­брано удачно, топка с нижней подачей может работать хорошо и надежно без надзора в течение целой смены. Подача воздуха в этих топках автоматически регулируется по подаче топлива.

Иногда вместо шнекового ставят поршневой питатель, кото­рый позволяет сжигать более крупный уголь, чем в топке со шнеком.

Топки с нижней подачей строят производительностью от 8 до 100 кг/ч.

Расчет топок

Прежде всего нужно правильно, в соответствии со свойства­ми топлива, выбрать высоту слоя, затем выбрать основной ра­счетный параметр слоевых топок—тепловое напряжение зеркала горения или напряжение колосниковой решетки, показываю­щее, сколько тепла производится в течение часа на 1 м² ре­шетки.

Процесс горения протекает в диффузи­онном режиме, и поэтому в слое небольшой толщины можно получить очень высокое напряжение зеркала горения, если сжи­гается беззольное топливо. При этом предел будет определяться только уносом кусков топлива с поверхности слоя, а также по­явлением прогаров и выразится очень большой цифрой - поряд­ка 800 кг/(м²ч). Чем меньше в топливе золы, тем она более тугоплавка, тем большие напря­жения колосниковой решетки достигаются. Поэтому ясна перс­пективность конструкций топок с жидким шлакоудалением. В них шлакование слоя как тормоз интенсификации горения исчезает.

Площадь колосниковой решетки рассчитывают по формуле

R=ВQ^P_нφ/r м² (11)

где В — расход топлива, кг/ч

Q^P_н— теплота сгорания топлива, кдж/кг;

φ — полнота топливовыделения в топке; обычно провал не превышает 4 %; унос также составляет 4 %. Следова­тельно φ ~ 0,92;

r — тепловое напряжение зеркала горения, кдж/(м²ч), которое берется по справочным данным.

Главной задачей остается обеспечение топки необходимым коли­чеством воздуха (дутья). Это можно сделать после того, как будет правильно установлено требуемое давление дутья, опре­деляемое сопротивлением горящего слоя, шлаковой подушки и самих колосников.

Обычно вполне достаточное давление дутья под решеткой составляет 687—981 н/м².

Объем топок рассчитывают в зависимости от того, в какой мере факел надо переносить в рабочее пространство печи.

Для плавильных и, как правило, для нагревательных печей желательно весь факел выносить в рабочее пространство печи. Это можно осуществить полностью лишь тогда, когда сжигают газ, мазут, угольную пыль.

При отоплении печей кусковым топливом перенос факела в рабочее пространство тоже необходим. Желательно, чтобы в этом случае объем топки был наименьшим. Поэтому объем то­пок рассчитывают по напряжениям топочного объема, значи­тельно превышающим напряжения объема котельных топок. Объем печных топок для твердого топлива рас­считывается по формуле

V=ВQ^P_нφ/ρ м³ (12)

где ρ — тепловое напряжение топочного объема, в/м³.

Литература: 4 осн. [54-140].

Контрольные вопросы:

1. Конструкции топливосжигающих устройств (газообразное топливо, горелки).

2. Топливосжигающие устройства сжигания жидкого топлива.

3. Сжигание топлива в виде пыли (устройства)

4. Сжигание кускового топлива.

5. Расчет топок.