Лекция № 3 топочные устройства
Для сжигания органического твердого, жидкого и газообразного топлива служат различные топочные устройства (топки) паровых котлов.
Топки для слоевого сжигания топлива. Наиболее простой по конструкции является топка с горизонтальной колосниковой решеткой и ручной загрузкой топлива (рис. 1).
Рис.1 Схема слоевой топки:
1 — подвод воздуха, 2 — колосниковая решетка, 3— слой топлива, 4 — топочная камера
Топки с ручным обслуживанием применяют в настоящее время только для котлов малой мощности (чугунных секционных, жаротрубных и др.). Для котлов мощностью 2 т/ч и выше применяют топки с механизированной загрузкой топлива.
В топках с колосниковой цепной решеткой все операции, начиная от подачи топлива на решетку и кон чая удалением с нее шлака, полностью механизированы.
Цепные решетки выпускают с прямым ходом (движение полотна колосниковой решетки от фронтовой стены топки к задней) и обратным (движение полотна решетки в сторону фронта). Они предназначены для слоевого сжигания бурых и каменных углей, антрацитов и кускового торфа в топках котлов паропроизводительностью до 35 т/ч.
Для повышения устойчивости слоя и уменьшения потери с уносом было бы целесообразно увеличение размеров топливных частиц. Однако это приведет к уменьшению относительно площади поверхности реагирования и снижению скорости сгорания топлива. На практике в слоевых топках сжигают твердое топливо с частицами 20—30 мм и более. Закон измельчения топлива: затрата энергии на измельчение топлива прямопропорциональна величине, образующейся поверхности пыли.
При слоевом процессе количество горящего топлива на решетке составляет около 700—1000 кг на 1 м3 объема слоя.
Процесс в кипящем слое. При увеличении скорости дутья создаваемая потоком подъемная сила может достигнуть значения, равного силе тяжести частиц, и устойчивость частиц в слое нарушается; соответствующая этому скорость дутья называется критической. С дальнейшим увеличением интенсивности дутья начинается «кипение» слоя, состоящее в том, что основная масса топливных частиц поднимается над решеткой и совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз; при этом происходит интенсивное перемешивание топлива с окислителем.
В кипящем слое скорость дутья превышает предел устойчивости плотного слоя, однако средняя скорость газа в топке над слоем далека от скорости витания основной массы частиц, т.е. скорости, при которой частицы оказываются взвешенными в потоке.
По сравнению с исходным (плотным) слоем при кипении слой увеличивается в объеме в 1,5—2 раза. В 1 м3 кипящего слоя одновременно находится и реагирует около 400—600 кг топлива. Частицы топлива совершают в слое возвратно-поступательные движения до тех пор, пока их масса не уменьшится настолько, что они выносятся из слоя газовым потоком и догорают в потоке газов над слоем.
На практике процессы в кипящем слое осуществляются для материалов с возможно более равномерным составом мелких частиц. Топки с кипящим слоем применяют для котлов малой и средней мощности. Широкое применение они находят также при обжиге различных серосодержащих материалов (колчедана, медной и цинковой руд и др.).
Модернизированная беспровальная цепная решетка прямого хода БЦР-М. показана на рис. 3. Топливо из угольного ящика 3 поступает на переднюю часть решетки, где подсушивается горячим воздухом и за счет теплоты, отраженной сводами топки, загорается и сгорает по мере движения полотна. Задняя часть решетки перекрыта шлакоснимателем 8, который задерживает на конце полотна шлак и остатки несгоревшего топлива для окончательного сжигания. По мере накопления шлак сбрасывается в шлаковый бункер. Положение шлакоснимателя регулируется вручную с помощью цепей и рычагов.
Рис.3. Модернизированная беспровальная цепная решетка прямого хода (БЦР-М)
1- фронтовой кожух, 2,9- передний и задний валы решетки, 3- угольный ящик, 4- рама, 5- полотно колосниковой решетки, 6 - охлаждающая панель, 7 - междузонные перегородки, 8 - шлакосниматель, 10 - опорные катки, 11- болты крепления балок нижнего настила, 12 - затворы бункеров, 13 - болты крепления башмаков, 14 – башмак рамы.
Топки для камерного сжигания топлива. В камерных топках (рис.4) топливо сжигается во взвешенном состоянии. В них можно сжигать твердое, жидкое и газообразное топливо.
Топочная камера 1 представляет собой призматическую камеру прямоугольного или квадратного сечения, в верхней части которой устраивается газовое окно 5, предназначенное для выхода дымовых газов, а в нижней — под 6. Конструктивное исполнение пода определяется видом сжигаемого топлива. При сжигании газообразного и жидкого топлива, а также твердого с жидким шлакоудалением под выполняют горизонтальным или слабонаклоненным, а при твердом шлакоудалении - с крутонаклонными скатами 8, образующими так называемую холодную воронку. Для удаления жидкого шлака в поде имеется летка 7.
Рис.4. Топочные устройства для газа и мазута (а) и для твердого топлива с жидким и твердым шлакоудалением (б,в)
Внутренние стенки топочной камеры покрыты трубами, образующими топочные экраны 3, внутри которых непрерывно движется рабочая среда - пароводяная смесь, воспринимающая часть теплоты сжигаемого топлива. Для снижения потерь теплоты топочные камеры имеют теплоизоляционную обмуровку 4.
Топливовоздушная смесь, состоящая из угольной пыли и воздуха, подается в топочную камеру через горелочные устройства (горелки) 2, к которым подводится необходимый для сжигания топлива дополнительный воздух (его называют вторичным в отличие от воздуха, с помощью которого транспортируется угольная пыль, называемого первичным).
Циклонные (вихревые) топки. Недостаток сжигания топлива в факеле заключается в том, что его частицы находятся в топочном объеме ограниченное время (2—3 с), определяемое скоростью движения факела и продуктов сгорания в топке.
Рис.5. Схема горизонтального циклонного предтопка
Циклонные вихревые топки лишены этого недостатка. К топке котла пристраивается цилиндрический предтопок — циклон (рис.5), в котором пылевоздушная смесь энергично закручивается по спирали вторичным воздухом 2. Внутренняя поверхность циклона защищена ошипованными экранными трубами, покрытыми огнеупорной набивной массой. Мелкие частицы топлива сгорают на лету в объеме предтопка. Крупные частицы топлива центробежной силой отбрасываются на стены и полностью сгорают на пленке из жидкого шлака независимо от длительности пребывания продуктов сгорания в циклоне и скорости их перетекания в камеру дожигания (топку) через амбразуру 3 циклона.
В предтопке улавливается от 60 до 85% золы, которая в виде жидкого шлака удаляется через летку 4. Несмотря на ряд преимуществ, циклонные топки менее надежны в эксплуатации и более трудоемки при ремонте. Они не получили широкого распространения.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ШЛАКА
Для удаления шлака из топок мощных котлоагрегатов применяют механизированные устройства непрерывного действия.
Устройство со скребковым транспортером, передвигающим шлак по дну ванны, заполненной водой, показано на рис. 12, а.
Уровень воды в ванне поддерживается переливной трубой. Скребковый транспортер сбрасывает шлак в шлакодробилку, а затем в канал гидрозолоудаления. Для топок с гранулированным шлакоудалением надобность в шлакодробилке для некоторых топлив (особенно для бурых углей) отпадает, так как при попадании в воду шлак растрескивается.
Другая конструкция механизированного шлакоудаляющего устройства со шнеком, расположенным под углом 17° к горизонту, представлена на рис. 12, б. Шнек, вращаясь, подает шлак в дробилку. На верхнем конце шнека расположен шарнир, позволяющий валу шнека приподниматься при попадании кусков шлака под виток и избежать повреждения шнека.
Описанные устройства применяют для топок как с твердым, так и с жидким шлакоудалением.
