Топки для сжигания твердого топлива

В плотном слое

Конструкции топок весьма разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания твердого топлива и его расходу.

Топки для сжигания твердого в слое делятся на три класса:

1 - с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива;

2 - с неподвижной колосниковой решеткой и подвижынм слем топлива;

3 - с подвидной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива.

К первому классу относятся топки с ручной горизонтальной колосниковой решеткой (РКР) и топки сзaбpacывaтелем. На РКР можно сжигать, все виды твердого топлива, но из-за ручного обслуживания ее применение ограничено расходом топлива, не более 250 кг/ч, с котлами тепловой мощностью до 1 МВт.

Полумеханические топки с забрасывателем с неподвижным слоем и решеткой могут быть использованы с котлами тепловой мощностью до 4 МВт.

Свежее топливо непрерывно подается плунжерным забрасывателем на поверхность колосниковой решетки. Забрасыватель доплнительно оборудуется боковыми соплами подачи воздуха. С помощь поворотных колосников шлак сбрасывается в шлаковый бункер котла. Шуровка, подрезка топлива и сброс шлака в бункер осуществляются вручную кочегаром.

Ко второму классу относятся топки с шурующей планкой (ТШП) и топки с наклонной колосниковой решеткой. В ТШП топливо перемещяется по колосниковой решетке специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение. Применяют их для сжигания каменных и бурых углей с котлами тепловой мощностью до 1,2 МВт.

В топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки, создавая возможность для поступления в топку свежего топлива. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами мощностью до 1,5 МВт.

Скоростные шахтные топки с вертикальным зеркалом горения системы В. В. Померанцева используются для сжигания древесных отходов, кускового торфа с котлами тепловой мощностью от 1,5 до 40 МВт.

Слоевые топки с движущейся колосниковой peшеткой перемещающей лежащий ней слой топлива. К ним относятся топки с механической цепной решеткой прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от пердней стенки топки в сторону - задней стенки, топливо на колосниковую решетку поступает самотеком.

Цепная решетка обратного хода движется от задней стенки топки к ее передней стенке, топливо на колосниковую решетку подается забрасывателем.

Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами тепловой мощностью от 2 до 20 МВт.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива. Топка с ручной колосниковой решеткой 4 (рис. 1.2) состоит из чугунных колосников 4, опираюшпхся на подколосниковые балки.

Топливо в топку подается через загрузочное отверстие 2, закрываемое дверцей, а воздух, необходимый для горения топлива, подводится через отверстие 3 и регулируется поворотной заслонкой. Поступление воздуха в топку осуществляется за счет разрежния, создаваемого дымососом или дымовой трубой.

Рис. 1.2 . Слоевая топка с ручной колосниковой решеткой:

1 - ограждение (обмуровка); 2 - загрузочное окно (дверца); 3 - дверца подачи дутьевого воздуха; 4 - колосники; 5 - шлако-золовой бункер топки; 6 - слой топлива; 7 - автоматический шлаковый затвор

Механизированная подача топлива на неподвижный слой осуществляется тремя типами забрасывателей: механическими, пневматическими и пневмомеханическими. Регулирование подачи топлива осуществляется специальными устройствами - плунжерами.

В качестве механических забрасывателей применяют метательные лопатки, пневматическое забрасывание производится сжатым воздухом.

Наибольшее распространение получили полумеханические топки с пневмпмеханическими забрасывателями типа ПМЗ или плунжерными забрасывателями (ПЗ) с поворотной колосниковой решеткой РПК2.

Топка с ПЗ (рис. 1.3) состоит из неподвижной колосниковой решетки 4 типа РПК с чугунными поворотными колосниками, набранными в несколько рядов и насаженными на валы прямоугольного сечения. При повороте вала с помощью рукоятки на угол до 30° в каждую сторону ряды колосников наклоняются и через образовавшиеся между ними просветы шлак с решетки просыпается в шлаковый бункер 4.

Полотно решетки набирается из узких ребристых колосников «беспровального профиля». Колосниковое полотно решетки собирается из одно-, двух- и трехсекций шириной от 900 до 2700 мм и длиной от 915 до 3660 мм и может быть использовано в топках с ручной загрузкой, так и в топках с механизиринавной подачей топлива.

Заброс топлива в топку осуществляется плунжерным забрасывателем 2, состоящим из бросающего, питательного, плунжерного механизмов 2а и редуктора, смонтированных в общем корпусе, который крепится к каркасу котла.

Бросающий механизм питателя выполнен в виде барабана с чугунными лопатками и ротора, вращающегося в подшипниках качения, корпуса которых оборудованы водяным охлаждением. Плунжерный механизм сталкивает определенные порции топлива на ротор, который своими лопатками разбрасывает его по колосниковой решетке, одновременно мелкие фракции развеиваются воздухом, поступающим в забрасыватель.

Рис. 1.3. Полумеханическая топкм ПЗ-РПК2: 1 - топливный бункер; 2 - плунжерный збрасыватель; 2а - плунжер; 3 - дверца подачи дутьевого воздуха; 4 - колосники (ручные поворотные); 5 - шлако-золовой бункер топки; 6 - слой топлива; 7 - автоматический шлаковый затвор

Величина порций топлива, поступающих из угольного бункера котла, регулируется передвижным ползуном, т.е. изменением хода плунжера. Дальность заброса топлива регулируется передвижением плиты, являющейся основаннем плунжера питательного механизма.

Забрасыватель работает от электродвигателя через трехступенчатую передачу, позволяющую регулировать частоту вращения: 500, 600 и 700 об/мин.

Со стороны фронтовых плит устанавливают воздуховоды, подводящие воздух к забрасывателям, некоторое количество воздуха подается через боковые сопла. Из всего количества воздуха, необходимого для горения, 80-85 % его подастся через воздуховоды 3 под колосниковую решетку.

Для нормальной работы топки с пневмомеханическими забрасывателями топлива рекомендуемоеи давление воздуха под колосниковой решеткой 500-800 Па (в зависимости от топлива). Давление воздуха перед соплами забрасывателя до 500 Па.

Полумеханические топки с ПЗ предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей различных марок с выходом летучих веществ выше 20 % и содержанием мелочи (до 6 мм) до 60 %. Максимальный размер кусков топлива 30-40 мм. Комплектуются с котлами типа ДКВР и КЕ.

При сжигании топлива с малым выходом летучих (антрацита) наилучшие результаты достигаются при добавках 20-30 % каменных или бурых углей.

Для снижения уноса мелкого топлива топки ПЗ снабжают устройствами для возврата уноса в топку.

Процесс горения твердого топлива на горизонтальной колосниковой решетке состоит из следующих фаз: подсушки топлива, выделения, воспламенения и горения летучих веществ (надслойное пламя), зажигания и горения кокса топлива, выжигания шлака и образования шлаковой подушки. Воздух, проходящий через слой топлива, лежащего на колосниковой решетке, должен обеспечить как полное сжигание кокса в слое, так и полное выгорание летучих над слоем топлива. Для этого поддерживают на колосниковой решетке определенную толщину слоя топлива, которая зависит от качества и вида сжигаемого топлива: для бурых углей 300-600 мм, каменных углей и антрацита 80-250 мм.

Топливо, загруженное на решетку, поджигается нижележащим раскаленным слоем. Этот процесс называется нижним зажиганием. Одновременно загруженное топливо поджигается сверху пламенем горящих в топочном пространстве летучих веществ. Такое зажигание называется верхним.

Следовательно, в топках с неподвижным слоем топливо зажигается как снизу, так и сверху, это позволяет эффективно сжигать в этих топках топливо с высокой влажностью.

Во избежание зашлаковывания отверстий в колосниках расплавленной золой на решетке обязательно оставляют слой шлака толщиной до 50 мм, это обеспечивает нормальную работу колосниковой решетки. Шлаковый слой предохраняет колосники от действия высокой температуры, развивающейся в слое горящего кокса, а при сжигании топлива с легкоплавкой золой предотвращают покрытие решетки расплавленным шлаком.

По мере работы на колосниковой решетке накапливается шлак. С увеличением толщины шлаковой подушки увеличивается сопротивление прохождению воздуха, в результате ухудшается горение. Для улучшения прохождения воздуха через слой шлака последний подрезают или подламывают ломом или резаком. Когда слой шлака увеличится, и подрезка не улучшает горения, приступают к чистке колосниковой решетке.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и подвижным слоем топлива. Топка с шурующей планкой (ТШП). Топка ТПШ (см. рис. 1.4) снабжена колосниковой решеткой, составленной из отдельных плитчатых беспровальных колосников. Топливо поступает из топливного бункера 5 на колосниковую решетку 7 и постепенно перемещается по ней шурующей трехгранной планкой 4 в сторону дожигательной решетки 9. Планка приводится в движение шарнирными цепями-штангами 3, которые при обратном ходе планки в сторону бункера убираются в трубу.

Рис. 1.4. Топка с шурующей планкой (ТШП): 1 - обмуровка котла; 2 - топливный бункер; 3 - направляющие штанги; 4 - планка; 5 - колосники; 6 - воздуховоды для подачи дутьевого воздуха; 7 - шлако-золовые бункера; 8 - слой движущегося топлива

Шарнирные цепи штанги 3 приводятся в движение от электродвигателя через редуктор. Решетка с шурующей планкой отличается периодической подачей топлива на неподвижное колосниковое полотно; одновременно осуществляется механизированная шуровка слоя топлива.

Сделав несколько неполных ходов, планка делает полный ход до конца решетки, при этом сбрасывает шлак в бункер или на дожигательную решетку с опрокидывающимися колосниками.

В передней части решетки имеется корыто, образующее поджигающий очаг из горящего топлива. Планка захватывает часть горящего топлива, в результате происходит более быстрое зажигание топлива, лежащего на решетке.

Передняя грань шурующей планки 4, обращенная к шлаковому бункеру, расположена под углом 40-55° к горизонтали, а грань, обращенная в сторону бункера с топливом, имеет угол 15-16°. Вследствие такого расположения граней топливо из бункера, при каждом ходе планки, поступает в топку в большем количестве, а при обратном движении увлекается в меньшем количестве.

Во время хода планки вперед все топливо, лежащее на решетке, получает волнообразное движение, способствующее его перемешиванию, а во время обратного хода планки часть раскаленного топлива с середины решетки перемещается к фронту, вследствие чего улучшатются условия воспламенения угля.

К достоинствам ТПШ можно отнести: возможность работы на рядовых углях; нечувствительность к сильной спекаемости углей; нечувствительность к повышенной зольности топлива и автоматическое удаление шлаков; кроме того, шурующее действие планки препятствует образованию прогаров и кратеров. ТПШ относится к механизированым топкам.

Шахтная топка с наклонным зеркалом горения для сжигания кускового торфа (рис. 1.5) состоит из шахты 3, в которую загружают топливо из бункера 1. Ниже установлены наклонные колосники 4.

Рис. 1.5. Топка с наклонными колосниками для сжигания торфа и древесных отходов: 1 - топливный бункер; 2- топливный затвор; 3 - шахта; 4 - наклонные колосники; 5 - верхние горизонтальные колосники; 6 - нижние горизонтальные колосники; 7 - смотровые дверцы; 8 - воздухоподводящие окна; 9 - зонные перегородки; 10 - поворотные заслонки

Наклонная ступенчатая решетка перекрывается сводом 3 так, чтобы тепловые лучи отражались от него на верхнюю часть решетки, куда поступает свежее топливо. Зеркалом горения в шахтной топке является площадь, идущая от отсечного свода, расположенного в конце загрузочной горловины, до конца нижнего ряда горизонтальных колосников.

В топках с наклонным подвижным слоем горение топлива происходит в три фазы: на верхних наклонных колосниках протекает первая фаза (зажигание слоя), на нижних наклонных колосниках - вторая фаза (горение слоя) и на горизонтальных колосниках - третья фаза (дожигание).

Подвод воздуха на горение осуществляется по зонам в разных количествах, для этого пространство под колосниками разделено горизонтальными перегородками 9 на три зоны; каждая зона снабжена дверцами 7, для подвода воздуха в стенках топки сделаны воздухоподводящие окна 8, а для сброса золы из каждой зоны имеются заслонки 10.

Воздух на горение подается вентилятором под напором 400-500 Па. Шахта топки должна быть заполнена топливом, чтобы оно успевало хорошо подсохнуть. Под своей массой топливо постепенно (по мере сушки) спускается на наклонные колосники 4, где воспламеняется. На горизонтальных колосниках 5 и 6 топливо догорает.

Скоростная топка ЦКТИ системы Померанцева предназначена для сжигания древестных отходов с размером кусков не более 100 мм и влажностью не свыше 60 %, с содержанием опилок до 30 % (см. рис. 1.6).

Топливо в топку поступает из бункера 1 по шахте 3, разделенной по высоте на две части пережимом 4.

Стенка шахты, обращенная к котлу, выполнена в виде решетки 6, состоящей из труб переднего топочного экрана, к которым через одну трубу приварены плавники (шипы) 7, предназначенные для уменьшения выноса мелких фракций топлива в топочную камеру. В верхней части шахты 3 пpoиcxoдит подсушка топлива, а в нижней - его горение.

Рис. 1.6. Скорстная топка системы Померанцева с вертикальным зералом горения: 1 - топливный бункер; 2 - автроматический затвор; 3 - шахта; 4 - пережим; 5 - порожек; 6 - трубная решетка; 7 - плавники; 8 - каналы подвода воздуха

Первичный воздух поступает в слой топлива по воздухопроводу 8, а вторичный в количестве 20-30 % по воздуховоду 9. Продукты сгорения выходят в топочную камеру между трубами решетки 6. При проходе топлива из верхней части шахты в нижную оно задерживаются в месте пережима шахты и порожка 5, обеспечивающих достаточную пористость слоя, необходимую для хорошего горения.

Топки с движущейся колосниковой решеткой. Топка с цепной решеткой прямого хода ЧЦР (рис. 1.7) состоит из беспровальных фасонных колосников чешуйчатой формы, которые монтируют на цепях специальной конструкции, надеваемых на два зубчатых колеса (звездочки) 3, насаженных на валы, укрепленные в раме решетки. Решетка приводится в движение электродвигателем через редуктор, коробку скоростей и передний вал. Колосниковое полотно движется от передней стенки топки к задней.

Топливо из бункера подается по загрузочному рукаву и под действием силы тяжести поступает на цепную решетку 4. Толщину слоя топлива на решетке регулируют шибером, расположенным в загрузочном рукаве. Скорость движения полотна зависит от качества и вида топлива и колеблется от 2 м/ч (для антрацитов) до 30 м/ч (для торфа и древесных отходов).

Особенностями работы цепной решетки являются горизонтальное расположение слоя топлива и его непрерывное движение вместе с решеткой, обеспечивающее лучшее распределение фаз процесса горения топлива.

Беспровальность колосниковой решетки достигается тем, что нижняя часть колосников выполнена в виде чашки, в которой во время движения решетки скапливается незначительное количество провала, препятствующее его дальнейшему поступлению. Вверху колосники несколько перекрывают друг друга по длине полотна.

Свежее топливо, поступающее на решетку, укладывается на чистые и холодные колосники, поэтому в этих топках происходит верхнее зажигание слоя в результате восприятия тепла от уже горящего топлива, раскаленных сводов, стен и продуктов горения топлива. Процесс розжига слоя идет сверху вниз и спереди назад от передней стенки топки к задней.

Рис. 1.7. Механизированная топка с цепной решеткой прямого хода: 1 - обмуровка топки; 2 - топливный бункер котла; 3 - ведущая звездочка колосникового полотна; 4 - цепная решетка (колосниковое полотно); 5 - каналы подвода воздуха на горение; 6 - золовые бункеры; 7 - шлаковый бункер; 8 - шлакосниматель; 9 - слой горящего топлива

Для очищения решетки и с целью улучшения выжига топлива в конце решетки устанавливают шлакосниматель 8. Зонные воздушные каналы подвода воздуха располагаются под верхним полотном решетки и отделены друг от друга герметическими металлическими перегородками

Процесс горения топлива в топке с цепной решеткой прямого хода изображен на схеме (рис. 1.8). Топливо, перемещаясь вместе с полотном решетки, проходит все стадии горения, а в конце решетки остается шлак.

Рис. 1.8. Схема выгорания топлива на цепной решетке прямого хода: 1 - свежее топливо; 2 - зона прогрева, сушки, испарения влаги и газификации топлива; 3 - окислительная зона, горение углерода; 4 - восстановительная зона, горение углерода; 5 - зона выжигания шлака; 6 - шлак

Топка с цепной решеткой обратного хода (рис. 1.9) состоит из ленточного колосникового полотна ЛЦР или беспровального полотна БЦР. Эти топки снабжают механическими забрасывателями топлива 3 или пневмомеханическими типа ПЗ. Полотно решетки движется от задней стенки топки к передней, вследствие чего создаются более благоприятные условия сжигания топлива.

При забросе топлива мелкие куски его выпадают в передней части решетки, крупные - в середине и к концу решетки, в результате происходит более рациональное сжигание топлива. Самые мелкие частицы топлива сгорают во взвешенном состоянии в топочном пространстве.

Условия зажигания топлива лучше, чем в топке с решеткой прямого хода, так как здесь происходит нижнее и верхнее зажигание топлива. Свежие частицы топлива летят по всей длине решетки и падают на слой горящего топлива. При полете в топочном пространстве под действием высокой температуры топливо подсушивается и частично газифицируется.

Рис. 1.9. Механизированная топка с ценной решеткой обратного хода с забрасывателем топлива: 1 - воздухоподводящий короб; 2 - шлаковый бункер; 3 - забрасыватель топлива; 4 - топливный бункер; 5 - ведущая звездочка; 6 - цепная решетка; 7 - ведомая звездочка

Технические характеристики слоевых топок. Основным назначением всякой топки и топочного устройства является обеспечение наиболее полного и экономичного сжигания топлива, которое зависит от типа топки и свойств сжигаемого топлива. Геометрической характеристикой слоевой топки является площадь колосниковой решетки (м²) и объем топочного пространства (м³).

Количество теплоты, которое выделяется с 1 м² площади колосниковой решетки при сжигании топлива, называется тепловым напряжением зеркала горения, с 1 м³ топочного объема - тепловым напряжением топочного объема и соответственно определяются

= BQ^н_р/R_з.г (1.1)

q_V = BQ^н_р/V_т (1.2)

где В - количество сжигаемого топлива, кг/с; Q^н_р - низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг; R_з.г - площадь зеркала горения решетки, м²; V_т - полный объем топки, м³.

В слоевых топках R_з.гможноопределять как произведение длины решетки на ее ширину. При ручном забросе топлива и сжигании бурых, каменных углей и антрацитов допустимые тепловые напряжения зеркала горения принимают 750-1500 кВт/м². Технические характеристики топок приведены в прилож. 1.