Методы сжигания топлива. Классификация топочных устройств.

Топки делятся на две группы: слоевые и камерные. Слоевые – для сжигания твердого топлива в слое, на колосниковой решетке. Слой топлива может быть плотным фильтрационным и кипящим. В камерных топках сжигается топливо любого агрегатного состояния. Камерные топки по организации газового потока делятся на факельные и вихревые (циклонные). В последних сжигается твердое топливо крупного помола (дробленка).

При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух подается из зольника 1 к слою топлива 3 через свободное сечение колосниковой решетки 2. В топочной камере 4 над слоем горят газообразные продукты термического разложения топлива и вынесенные из слоя мелкие частицы топлива. Продукты сгорания вместе с избыточным воздухом из топки поступают в газоходы котла.

Слоевые топки получили широкое применение в котлах малой и средней мощности. Они разделяются:

- по способу обслуживания – ручные и механизированные не полностью и механизированные полностью;

- топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней плотным, фильтрующимся воздухом слоем топлива (а,в). При возрастании скорости воздуха, проходящего через слой топлива, последний может стать кипящим, т.е. частицы его приобретают возвратно-поступательное перемещение вверх-вниз до полного сгорания. Такой слой горит более интенсивно из-за развития контактной поверхности с воздухом, что улучшает ее теплопроизводительность. Процесс горения более эффективен при более мелком дроблении топлива.

- топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (б, г).

- топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой слоем топлива (д).

Простейшая слоевая топка с неподвижной колосниковой решеткой и ручным обслуживанием (а) применяется для сжигания всех видов твердого топлива. Ими оборудуются котлы малой паропроизводительности (1 – 2 т/ч).

В топке с неподвижной наклонной колосниковой решеткой (б) топливо по мере сгорания движется по решетке под действием силы тяжести. Эти топки применяются для сжигания влажных топлив (древесных отходов, кускового торфа) – паропроизводительность 2,5 – 6,5 т/ч.

В полумеханизированной топке (в) подача топлива на неподвижную колосниковую решетку осуществляется с помощью забрасывателя 5. Так сжигают каменный, бурый уголь, сортированный антрацит - паропроизводительность 2 – 10 т/ч.

Простейшей механизированной топкой является топка с шурующей планкой (г). Она состоит из неподвижной колосниковой решеткой, по всей ширине которой скользит планка 6 клиновидного сечения. Планка совершает возвратно-поступательные перемещения с помощью специального устройства. Применяются эти топки для сжигания бурых углей - паропроизводительность до 10 т/ч.

Наиболее распространенным типом механизированной слоевой топки является топка с цепной решеткой (д). Цепная решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна 2, движущегося вместе с лежащим на ней слоем горящего топлива. Каждая новая порция топлива, поступающего на решетку, движется вслед за слоем топлива. Скорость движения решетки можно изменять в зависимости от расхода топлива (режима работы котла) от 2 до 16 м/ч.

Эти топки применяются для сжигания сортированного антрацита и неспекшихся углей с умеренной влажностью и зольностью и выходом летучих веществ – 10 – 25 %. Существующие модификации топок с цепными решетками позволяют применять их для сжигания и других топлив - паропроизводительность 10,5 - 35 т/ч.

При факельном процессе в топочную камеру 1 через грелки 2 непрерывно поступает смесь мелкодисперсного топлива и воздуха. Эта смесь воспламеняется и сгорает, образуя факел. Отвод продуктов сгорания осуществляется в верхней части топочной камеры. В факельной топке твердое топливо сжигается в виде пыли или мелкой крошки; жидкое топливо при входе в топку распыляется с помощью форсунки; газообразное – без предварительной подготовки.

В циклонных топках камера сгорания выполняется в виде цилиндра, расположенного почти горизонтально либо вертикально. Дробленое топливо с первичным воздухом через горелку 1 поступает в камеру 2. Вторичный воздух вводится в камеру сгорания тангенциально с большой скоростью через отверстие 3. Образующийся в циклонной камере сильно закрученный вихревой поток способствует интенсивному смесеобразованию и горению. высокий температурный уровень, достигаемый в циклонной камере, обеспечивает расплавление золы топлива в жидкий шлак, который вытекает из камеры через летку 5. Продукты сгорания удаляются из циклонной камеры через горловину 4 в дожигательную камеру. Циклонные топки можно использовать с любыми котлами.

Важнейшей характеристикой интенсивности процесса горения в топочном устройстве является видимое тепловое напряжение топочного объема, представляющего собой тепловую мощность топки, отнесенную к ее объему без учета потерь в топке, т.е.:

q_V = q / V_T = Bq^P_H / V_T

где В – расход топлива, кг/с или м³/с; q^P_H - низшая удельная или объемная теплота сгорания топлива; V_T – объем топочного пространства, м³.

Оптимальные значения q_V зависят от сорта топлива и способа его сжигания и составляет для слоевых топок – 230 – 460 кВт/м³, для пылеугольных – 140 – 230; для газомазутных – 230 – 460. При работе топки с повышенными против указанных значений q_V возрастают потери от химической и механической неполноты сгорания топлива, снижается кпд топки. Тепловая мощность топки может быть оценена в кВт или МВт/м³. Для слоевых топок применяют еще и характеристику интенсивности работы топки: видимое тепловое напряжение площади колосниковой решетки (зеркала горения)

q_R = Bq^P_H / R,

где R – площадь колосниковой решетки – зеркало горения-, м². Оптимальные значения q_R зависят от характеристик топлива и типа топки, составляют 930 – 2900 кВт/м². При повышении значений q_R возрастает потеря от механической неполноты сгорания.