4.2.3. Типы топочных устройств

Топочным устройством или топкой называется часть промышлен-

ной установки, предназначенная для сжигания топлива с целью получения

продуктов сгорания с высокой температурой и энтальпией.

С точки зрения химической технологии топочное устройство представ-

ляет собой своеобразный реактор, в котором поддерживается необходимый

59

уровень протекания окислительного процесса и производительность кото-

рого определяется вводимой в него в единицу времени массой горючей смеси

и объемом отводимых продуктов сгорания.

В зависимости от вида и свойств сжигаемого топлива топочные устройства

делятся на слоевые и камерные.

В __________слоевых топках основная масса твердого топлива сжигается в слое.

В камерных топках может сжигаться топливо любого агрегатного состояния.

Поэтому, если сжигание газообразного и жидкого топлива не требует предва-

рительной подготовки, то твердое топливо должно быть предварительно

размолото до пылевидного состояния в специальных пылеприготовительных

установках.

Промежуточным типом между слоевыми и камерными топками явля-

ются топки с так называемым «кипящим» слоем топлива, когда слой

топлива разрыхляется потоком воздуха, проходящим через слой с большой

скоростью.

Основным показателем, характеризующим работу топки, является

тепловое напряжение топочного объекта qv (кВт/м3), представляющее

собой отношение:

т

р

н

V

BQ

qv = , (4.18)

где В _ массовый расход топлива, кг/с; Qр

н _ низшая теплота сгорания

рабочей массы топлива, кДж/кг; Vт _ объем топочного пространства, м3.

Оптимальное значение qv лежит в пределах 140 _ 460 кВт/м3 и за-

висит от конструкции топки, качества топлива и способа его сжигания.

Для топок слоевого сжигания необходимой характеристикой, кроме

того, является тепловое напряжение зеркала горения, кВт/м2:

S

BQ

qs

р

= н __________, (4.19)

где S _ площадь колосниковой решетки (зеркала горения), м2.

Оптимальные значения qs лежат в пределах 900 _ 3000 кВт/м2 и

зависят от характеристики топлива и типа топочного устройства.

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания имеет место в том

случае, если в дымовых газах появляются продукты неполного горения (СО,

Н2 и др.). Химическая неполнота сгорания увеличивается при недостаточном

количестве воздуха в топке или недостаточно интенсивном перемешивании

воздуха с горючими газами в топке, низкой температуре в топке или недоста-

точно развитом объеме топочной камеры.

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания связана с тем,

что частицы твердого топлива не сгорают полностью, а уносятся из топки с

дымовыми газами, проваливаются через прорезы колосниковой решетки или

удаляются из топки со шлаками. Потери от механической неполноты сгора-

60

ния зависят также от свойств топлива, конструкции топочного устройства и

ее конфигурации, а также от тепловой нагрузки зеркала горения.

При расчете теплообмена в топке важной характеристикой является

теоретическая температура горения, под которой понимают адиабати-

ческую температуру горения при существующем коэффициенте избытка

воздуха в топке. Теоретическая температура горения _ это температура,

которую можно получить при отсутствии теплообмена в топке и она является

максимально возможной при сжигании данного топлива.

Вследствие интенсивного лучистого теплообмена в топочной камере

температура продуктов сгорания всегда ниже. Наряду с теоретической

температурой горения важным параметром, характеризующим работу топки,

является температура газов, покидающих топку. Эта температура должна

быть ниже размягчения золы данного топлива.

Для большинства отечественных твердых топлив она составляет

~1100 ｰС. Снижение температуры в топке до этого значения достигается

чаще всего установкой дополнительных трубчатых теплообменных поверх-

ностей, которые называются экранами.

Камерные топки для сжигания газообразного и жидкого топлива.

Если сжигается газовое или жидкое топливо (или газовое вместе с жидким),

то топочная камера выполняется с горизонтальным или слегка наклонным

подом. Тепловое напряжение топочного объема при сжигании газового и

жидкого топлив одно и то же, поэтому в камерных топках для сжигания газа

можно сжигать и мазут. Форсунки для подачи и распыления жидкого топли-

ва, а также газовые горелки располагаются фронтально, встречно или по

углам топки.

По способу распыления жидкого топлива форсунки делятся на механи-

ческие, паровоздушные и комбинированные. Распыление топлива в механи-

ческих форсунках (рис. 4.5, а - в) происходит под действием кинетической

энергии струи самого мазута, вытекающего через сопловые отверстия на

выходе из форсунки.

Рис. 4.5. Форсунки для жидкого топлива: а – прямоугольная,

б – центробежная, в – вращающаяся, г – высокого и

д – низкого давления

В паровоздушных форсунках (рис. 4.5, г, д) для распыления мазута

используется кинетическая энергия струи пара (или воздуха). Тонкость

61

распыления связана со скоростью паровой струи. В комбинированных

форсунках мазут распыляется за счет, совместного действия давления струи

топлива и энергии распыляющей среды. Паровые форсунки просты по

конструкции, но расходуют много пара и поэтому применяются лишь в

качестве растопочных устройств.

Более экономичны форсунки с механическим распылением. Тонкость

распыления в механических форсунках зависит от размера отверстий

форсунок и вязкости мазута. Для уменьшения вязкости мазут перед подачей

подогревают до 100 _120 ｰС. В этом случае оборудование получается более

дорогим, однако расходы на 1 кг сжигаемого топлива ниже, чем при паровых

форсунках.

Мазут к форсункам подается насосом под давлением 2,5 _ 3,5 МПа.

Производительность механических форсунок составляет 0,055 _ 1,1 кг/с.

При сжигании мазута в установках средней и большой производительности

стены топочной камеры экранируют, а под выкладывают огнеупорным

кирпичом с воздушным или

водяным охлаждением.

В последние годы для

сжигания мазута часто исполь-

зуют циклонные топки.

Принципиальная схема

циклонного процесса горения

показана на рис. 4.6.

В зависимости от давле-

ния подаваемого газа горелки

делятся на горелки низкого (до