Механические слоевые топки с цепными решетками

Значительное распространение в промышленности имеют слоевые топки с цепными решетками. Характерной особенностью таких топок является непрерывное перемещение топлива вместе с колосниковой решеткой, представляющей собой транспортер, выполненный в виде бесконечного полотна.

На рис. 19 показан продольный разрез чешуйчатой цепной решетки ЧЦР прямого хода (полотно с топливом перемещается от фронта топки к задней стенке). Решетка ЧЦР выпускается взамен изготавливавшихся ранее у нас цепных беспровальных решеток БЦР и устанавливается под котлами малой и средней мощности (10-20 т/ч) для сжигания антрацитов марки АС и АМ. Живое сечение колосникового полотна для прохода воздуха составляет 7-8 %. Скорость движения колосникового полотна решетки может регулироваться от 2 до 15 м/ч.

В топку с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода типа ЧЦР топливо из бункера 2 поступает на непрерывно движущееся от фронта топки колосниковое полотно 4. Последнее состоит из нескольких шарнир-ных цепей, на которые набираются профильные колосники. Колосники перекрывают друг друга, образуя подобие чешуи. Движение колоснико-вому полотну сообщает передний вал 1, звездочки которого перемещают ролики колосникового полотна и толкают его. Колосниковое полотно в хвостовой части опирается на шкивы заднего вала 5. В конце решетки установлен шлакосниматель 6, сбрасывающий шлак в бункер 8. Толщина слоя топлива, поступающего на решетку, регулируется шибером 3. Кусочки провала собираются в карманах нижней части колосников. При сходе цепи вниз колосники опрокидываются и уловленный провал сбрасывается в бункер. Воздух проходит в слой через узкие щели в местах прилегания колосников друг к другу. Чешуйчатые цепные решетки имеют длину 5600-8000 мм при ширине 2330-4550 мм.

Рис. 19. Топка с цепной решеткой прямого хода типа ЧЦР:

1 - передний вал; 2 - угольный ящик; 3 - регулятор толщины слоя;

4 - колосниковое полотно; 5 - задний вал; 6 - шлакосниматель;

7 - окна для подвода воздуха; 8 – шлаковый бункер

Секционное дутье. Процесс горения в топке с цепной решеткой в отличие от топки с периодической загрузкой топлива протекает непрерывно. Однако по длине решетки процесс горения достаточно четко разделяется на следующие этапы: подготовка топлива (прогрев, подсушка, выделение летучих); горение кокса и летучих; выжиг и удаление шлака. Так как для различных этапов горения требуется различное количество воздуха, применяется позонное (секционное) дутье. Через последнюю, шлаковую зону, имеющую слой малой толщины, воздух подают в большем количестве, чем это необходимо для дожигания шлака, чтобы обеспечить охлаждение решетки. Позонное дутье улучшает горение топлива. Одновременно снижаются и потери тепла с уходящими газами в связи с понижением общего для всей топки коэффициента расхода воздуха.

Зажигание слоя. Особенностью горения топлива в топке с цепной решеткой является одностороннее верхнее его зажигание, так как свежее топливо из загрузочного ящика ложится на относительно холодные колосники. В данном случае получается схема поперечного движения топливного и газовоздушных потоков. Схема зажигания слоя на цепной решетке показана на рис. 20.

Основным источником тепла, определяющим прогрев и воспламенение свежего топлива, является излучение газов из топочного объема. Скорость распространения слоя высокой температуры и скорость распространения горения ω_рг направлены поперечно движению слоя, перемещающегося со скоростью движения решетки ω_реш . Поэтому фронт начала выхода летучих и фронт воспламенения располагаются с наклоном в сторону движения решетки.

Рис. 20. Схема зажигания слоя на цепной решетке

Зажигание топлива от непосредственного его соприкосновения с горящими частицами играет небольшую роль в общем процессе воспламенения топлива. Так, скорость распространения горения от непосредственного контакта частиц составляет всего 0,2-0,5 м/ч, в то время как перемещение слоя вместе с решеткой имеет скорость, в десятки раз большую. В связи с указанной особенностью прогрева и воспламенения топлива при сжигании малореакционных и влажных топлив значительная часть цепной решетки может оказаться занятой предварительной подготовкой топлива. При сжигании таких топлив на цепной решетке приходится принимать меры для интенсификации подготовительных этапов.

Так, для интенсификации зажигания антрацита - топлива с малым выходом летучих - применяют топочную камеру специальной конфигурации (рис. 21а). Топка выполняется с сильно развитым и низко расположенным задним сводом, благодаря чему горячие газы, образующиеся в зоне наиболее активного горения, направляются к начальному участку слоя, способствуя зажиганию свежего топлива. Кроме того, имеющийся после шлаковой зоны избыточный горячий воздух при таком расположении свода направляется в зону наиболее активного горения. Свод выполняют из кирпича, раскаляющегося во время работы, что также способствует более полному выгоранию горючих из шлака.

При сжигании кускового торфа, имеющего значительную влажность (W_р = 40-50 %), для интенсификации подготовительных этапов применяют специальные предтопки. На рис. 21б показана схема шахтно-цепной топки, открывшей возможность эффективно сжигать кусковой торф в агрегатах малой и большой производительности. Торф из загрузочной воронки 1 поступает в кирпичный предтопок 2. По мере опускания торф в предтопке подсушивается и затем поступает на цепную решетку. Подсушка торфа происходит благодаря очагам горения, образующимся на ступеньках 3 предтопка. Газы, образовавшиеся при горении задержавшегося на ступеньках торфа, пронизывают массу топлива, подсушивают его и уходят в топочную камеру. Основная часть воздуха, необходимого для горения торфа, поступает из воздухоподогревателя при температуре около 250 ºС позонно через колосниковую решетку в слой. Часть горячего воздуха направляется в предтопок для поддержания горения торфа на ступеньках. Толщина слоя на решетке определяется положением балки 4. Для регулирования слоя балку можно перемещать по вертикали.

а) б)

Рис. 21. Схемы топок с цепной решеткой:

а – для антрацитов; б – для торфа

В качестве подсушивающей шахты в топках с цепными решетками для торфа применяют также предтопок Померанцева, отличающийся наклонным расположением ступенек, чем обеспечивается их самоочистка от золы. Для предварительной подсушки влажного топлива перед решеткой применяют также отсос специальным вентилятором горячих газов из топки через слой топлива со сбросом этих газов под решетку.

Острое дутье в слоевых топках. Газы, выходящие из горящего на цепной решетке слоя топлива, наряду с инертными продуктами полного горения содержат горючие составляющие, а также кислород.

Во избежание значительных потерь тепла от химического недожога продукты горения, содержащие горючие компоненты и кислород, необходимо в топочной камере хорошо перемешать для завершения горения. Весьма эффективным способом интенсификации процесса перемешивания газов в топке является применение «острого» дутья, т.е. ввод в топочную камеру относительно тонких струй воздуха с большой скоростью (50-70 м/с). Расход воздуха на острое (вторичное) дутье составляет 5-10 % от общего количества воздуха. Место ввода острого дутья в слоевую топку показано стрелками на рис. 21.

Выжиг и удаление шлака. Для уменьшения потери химически связанного тепла шлака необходимо максимально интенсифицировать его выжиг на шлаковом участке решетки. Эффективными в этом отношении являются низко расположенные горячие кирпичные своды. При налаженном процессе горение на решетке должно полностью заканчиваться примерно на расстоянии 0,3-0,5 м от места сброса шлака с решетки. В месте схода шлака устанавливается шлакосниматель (см. рис. 19), который несколько замедляет движение шлака, способствуя его выжигу, а также защищает решетку от оголения. Чтобы избежать образования наростов шлака на боковых стенах топочной камеры, на уровне верхнего полотна цепной решетки с боковых ее сторон устанавливаются водоохлаждаемые панели, представляющие собой круглые коллекторы, включенные в систему циркуляции котла.

Применение горячего дутьевого воздуха способствует интенсифи-кации горения топлива в слое. Предел подогрева воздуха лимитируется условиями работы решетки. Так, при сжигании на решетке антрацита - топлива с малым выходом летучих, для которого тепловыделение происходит, в основном, в слое, воздух подогревается до 150-170 ºС. При сжигании топлив с большим выходом летучих, для которых тепловыделение в значительной степени переносится в топочный объем, температура горячего воздуха составляет 200-250 ºС.

Слоевые топки с цепными решетками прямого хода применяются для сжигания сортированных антрацитов (АС и АМ), несортированных каменных углей с умеренной спекаемостью, кускового торфа, а также бурых углей с небольшой влажностью и зольностью.

Для сжигания рядовых каменных и бурых углей и сланца с содержанием мелочи размером 0-6 мм до 40 % находят применение факельно-слоевые механические топки. В таких топках на движущееся колосниковое полотно топливо подается пневмомеханическими или пневматическими забрасывателями. Характерной отличительной особенностью факельно-слоевых топок является комбинированное сжигание топлива: крупные кусочки сгорают в слое, а мелкие - во взвешенном состоянии в объеме топки.

Для топок ПМЗ-ЧЦР с цепной решеткой обратного хода (полотно со слоем топлива движется от задней стенки топки к фронту агрегата) конструкция колосникового полотна аналогична полотну топки ЧЦР (рис. 19). Топливо подается на решетку при помощи пневмомеханических забрасывателей. Более крупные фракции топлива, попадая на дальнюю от фронта топки часть решетки, проходят более длинный путь. Мелкие частицы ложатся на горящий слой топлива ближе к фронту. Воздух для горения топлива подводится под колосниковую решетку. Сжигание топлива происходит в тонком слое. Имеются также топки с ленточной цепной решеткой (ЛЦР) обратного хода. Ленточное полотно решетки набирается из ребристых колосников.

При сжигании в таких топках каменных углей типа кузнецких Г и Д, донецких Г и Д, бурых типа артемовского и других работа топки характеризуется следующими показателями: q_R = 1,4-1,75 МВт/м² ; q_V = 0,28-0,47 МВт/м³ ; α_т = 1,3-1,4 ; q₃ = 0,5-1,0 % ; q₄ = 3-7 % .

Давление воздуха под решеткой - около 500 Па, температура 150-200 ºС (для каменных углей используется также холодный воздух).