Топки для факельного сжигания угольной пыли с твердым шлакоудалением

В пылеугольных топках поведе­ние шлакозолового остатка оказывает решающее влияние на производительность и экономичность топочного устройства. Развитие и совершенствование пыле­угольных топок в основном были связаны с решением вопроса улавливания и удаления шлака. В отличие от слоевого сжигания твердого топли­ва, где до 80 % золы остается в слое и только незначительная ее часть выносится в объем топочной камеры, а затем уносится газовым потоком в газоходы, при факельном сжигании вся зола проходит через топочный объем. Основная масса золы (85 – 95 %) уносится вместе с газовым по­током, а меньшая часть (5 - 15 %) выпадает в топочной камере.

Температура пылеугольного факе­ла, особенно его ядра, превышает температуру плавления золы t_ф > t_з. В связи с этим при выгорании горючего зола топлива плавится и в виде мельчайших капе­лек в жидком состоянии перемещается с газообразными продуктами сгора­ния. Следует подчеркнуть, что час­тицы топлива, выносимые в неболь­шом количестве в топочный объем при слоевом сжигании, имеют размер 200 – 300 мкм, в то время как при факельном сжигании средний размер частиц составляет всего 15 – 30 мкм. Поступление в топочный объем всего количества золы топлива при сжигании пыли и малый размер самих пылинок предопределяют большую суммарную поверхность оплавленных частиц. Расплавленный шлак, попа­дая на кирпичные стенки топочной камеры, зашлаковывает их и способ­ствует их износу. При попадании на холодные конвективные поверх­ности нагрева котла рас­плавленный шлак оседает на трубах, постепенно образуя шлаковые наро­сты. При этом резко возрастает сопротивление газового потока, а также ухудшается передача тепла поверхно­стям нагрева.

Широкое применение пылевидного сжигания стало возможным лишь при установке в топочной ка­мере охлаждаемых водой экранов, обеспечивающих защиту как стенок топки от разрушающего воздействия высокой температуры и химического взаимодействия с жид­ким шлаком, так и конвективных поверхностей нагрева от зашлаковывания. Кроме непосредственной защи­ты стенок топочной камеры от шлака, экраны воспринимают от газа и летя­щих частиц тепло радиации, снижая их температуру так, что при входе в конвективные элементы части­цы шлака находятся уже в затвердевшем состоя­нии и не налипают на трубы. Пылеугольные топки, в которых выпа­дающая зола удаляется в твердом (гранулированном) виде, называются топками с твердым шлакоудалением (рис. 29). То­почные экраны наряду с выполнением указанных защитных функций являются наиболее эффективно работающими поверхностями нагрева с тепловой нагрузкой 0,1 - 0,3 МВт/м². Для охлаждения оседающих в топке жидких шлаковых частиц нижнюю часть топки выполняют в виде полностью экранированной холодной шлаковой воронки. Наклон стенок воронки к горизонту составляет около 60° для обеспечения сползания гранулированного шлака в шлаковую шахту, которая находится под холодной воронк­ой.

Серьезным недостатком пылеугольных топок с твердым шлакоудалением является вынос из топочной камеры в газо­ходы агрегата основной массы золы топлива, что не позволяет значительно интенсифицировать передачу теплоты конвекцией во избежа­ние истирания труб золой при увели­чении скорости потока. При твердом шлакоудалении холодная воронка не­благоприятно влияет на процесс горе­ния, так как зона низкой температуры оказывается при этом в непосредствен­ной близости от горелок. В связи с этим стремятся отдалить горелки от холодной воронки, что приводит к увеличению высоты топки. Повы­шение температуры в области холод­ной воронки может привести к полу­чению не гранулированного (сыпу­чего) шлака, а вязкой массы, что вы­зовет шлакование холодной воронки.

Рис. 29. Схема топки с твердым шлакоудалением

При высокой степени экранирования топочной камеры воспламенение топлива вообще затрудняется; особенно это относится к малореакционным углям типа АШ. Для интенсификации зажигания, а также повышения устой­чивости горения малореакционных уг­лей применяется зажигатель­ный пояс, представляющий собой часть топочных экранов (в области горелок), покрытых огнеупорными материалами (рис. 30). Применяют два типа зажигательных поясов: покрытие гладких экранных труб фасонными кирпичами и обмазку ошипованных труб огнеупорной карборундовой или хромитовой массой. Высота пояса зависит от произ­водительности котла и достигает 3 - 4 м.

Для более полного выгорания пыли в хвостовой части факела необходимо иметь высокую температуру. Особенно это важно при сжигании малореакционных углей, для которых здесь требуется температура 1250 - 1300 °С. Такое требование, однако, всегда приходит в противоречие с необходимостью охладить газы в то­почной камере до температуры, исклю­чающей шлакование конвективных по­верхностей нагрева. Это противоречие, так же как и ряд других недостатков, присущих топкам с твердым шлакоудалением, устраняется при переходе на жидкое шлакоудаление.

Рис. 30. Зажигательный пояс