Топливо и котельные установки

Ручная колосниковая топка

У ручной колосниковой топки, изображенной схематически на рис. 6, различают следующие части: колосниковую решетку 1, зольник 2, Сопочную камеру 3, дверцы для загрузки топлива 4, устройство для подачи воздуха 5.

Колосниковая решетка набирается из отдельных чу­гунных плит или балочек, именуемых колосниками (рис. 7), опи­рающихся на балки. Между балочными колосниками имеются прозоры для ррохода воздуха. Плиточные колосники выполняются с круглыми или щелевидными отверстиями, через которые про­пускается под слой топлива воздух.

Топливо забрасывают на колосниковую решетку через загру­зочные дверцы. Воздух, необходимый для процесса горения, под­водится под слой топлива через зольник. Воздух поступает в топку и пронизывает слой топлива или под действием разрежения, со­здаваемого в'топочном пространстве дымовой трубой, или вслед­ствие нагнетания вентилятором либо пароструйным аппаратом. Летучие вещества и продукты сгорания, выделяющиеся на колос­никовой решетке при горении топлива, поступают в топочную камеру 3 (рис. 6), где происходит горение летучих веществ. Про­дукты сгорания отводятся затем по газоходам котла. Золу и шлак, остающиеся на решетке после сгорания топлива, удаляют из

5 Зак. Л° 2043

Топки через зольник и загрузочную дверцу. Провал топлива через прозоры между колосниками попадает в зольник.

Рассматривая условия горения топлива на ручной колоснико­вой решетке, следует отметить две особенности этой топки, знание которых необходимо для понимания процесса горения и оценки конструкции топки. Первая особенность заключается в том, что топливо загружается на решет-

1 Ку вручную, через некоторые ■ промежутки времени; следова­тельно, загрузка топли­ва на решетку осуще­ствляется периодически. Топ­ливо, попадающее на решетку, нагревается и воспламеняется с двух сторон: снизу, вследствие соприкосновения с горящим слоем топлива, и сверху — в ре­зультате излучения топочной

Обмуровки, а также теплопередачи от горячих газов. Таким обра­зом, на колосниковой решетке с верхним забросом топлива происходит двустороннее зажигание топлива. В этом заключается вторая особенность работы рассматриваемой топки.

Двустороннее зажигание топлива, как одна из отличительных особенностей колосниковой решетки с верхним забросом топлива, обеспечивает хорошую подготовку его для сжигания, интенсив­ную подсушку и выделение летучих веществ. Следствием этого является возможность устойчивого сжигания на колосниковой решетке влажных топлив, а также универсальность руч­ной колосниковой решетки, на которой ус­

Пешно можно сжигать разнообразйЫё посьойм качествам топлива. С другой стороны периодичность за­грузки топлива и чередование этапов горения делают работу топки неустойчивой в отношении экономичности процесса го­рения.

На рис. 8 приведена диаграмма, изображающая поступление и расход воздуха при сжигании сухого каменного угля с большим выходом летучих веществ.

На этой диаграмме линия аЬ изображает количество воздуха, поступающее в топку от одной загрузки топлива до другой. Из диа­граммы видно, что поступление воздуха в топку увеличивается по мере прогорания топлива на решетке вследствие снижения сопротивления слоя топлива проходу воздуха. Линия е/ соответ­ствует расходу воздуха, необходимому для сгорания топлива. Тотчас же после загрузки топлива, вследствие интенсивного вы­деления из него летучих веществ, потребность в воздухе резко возрастает, что изображается резким подъемом линии е\ затем, по мере прогорания топлива, воздуха требуется все меньше и меньше. 'Из всего количества воздуха, подаваемого в топку (линия аЬ)7 вследствие несовершенства режима горения, исполь­зуется только часть воздуха, изображенная на диаграмме ли­нией ей. Диаграмма доказывает, что в течение некоторого от­резка времени наблюдается недостаток воздуха. При этом про­исходит неполнота горения, сопровождающаяся образованием густого дыма вслед за загрузкой на решетку свежей порции топ­лива. Ё течение остального периода горение протекает с избыт­ком воздуха, все более возрастающим по мере прогорания топ­лива. Таким образом, процесс горения топлива на ручной колос­никовой решетке развивается в условиях неустойчивого режима воздухоснабжения. Несмотря на то, что полное количество воз­духа, поступившее в топку за время от одной загрузки топлива до другой, вполне достаточно, в отдельные периоды в топке ощу­щается недостаток воздуха, тогда как в остальное время его слишком много. Эта неустойчивость режима воздухоснабжения влечет за собой появление потерь от химической неполноты сго­рания и возрастание потерь тепла с уходящими газами. Отсюда следует, что при обслуживании ручной колосниковой решетки необходимо регулировать поступление воздуха в топку. После заброса топлива на решетку поступление воздуха в топку следует увеличить, а по мере прогорания топлива — постепенно уменьшать.

При периодической загрузке топлива на ручную колоснико­вую решетку топочный процесс нарушается, кроме того, еще и тем, что для загрузки топлива на колосниковое полотно с горя­щим слоем топочную дверцу необходимо держать некоторое время открытой.

Так как в топке, вследствие тяги дымовой трубы, имеется раз - ^'режение, то через открытые топочные дверцы в топку будет проникать в значительном количестве наруж ный холодный воздух. В результате этого произойдут резкое снижение температуры топки и падение производитель­ности котла; кроме того, на нагрев проникшего в топку холодного воздуха должно быть затрачено тепло, что приводит к увеличе­нию потерь тепла с уходящими газами. Допускать такой коле­блющийся температурный режим топки нельзя, особенно в слу­чае сжигания влажных, многозольных и трудновоспламеняю- щихся топлив. Для того чтобы уменьшить количество воздуха, поступающего в топку через дверцу при забросе топлива или вы­гребе золы и шлака, эти операции следует выполнять быстро, а дверцу — держать открытой только самое короткое время. Одно­временно надо прикрывать дымовую заслонку котла для умень­шения разрежения в топке.

Для предотвращения излишнего поступления воздуха через топочные дверцы наиболее рационально устраивать дутье под решетку. Воздух при этом подается в зольник топки с избыточ­ным давлением; равным сопротивлению решетки и слоя топлива. Это давление, например в топках для подмосковного угля, должно равняться 60—70 мм вод. ст. При этом в топочном объеме может быть установлено атмосферное давление, вследствие чего при от­крытом положении топочных дверец наружный воздух не будет поступать в топку и нарушения температурного режима топки значительно уменьшатся.

Для подачи воздуха под колосники применяются или вен тиляторное дутье от вентилятора, специально устанавлй - ваемого для этой цели, или паровое дутье, при котором воздух подается в зольник при помощи специального пароструй­ного аппарата.

Подвод воздуха под решетку под избыточным давлением поз­воляет увеличить скорость движения его по каналам, образую­щимся между частицами топлива. Это способствует более интен­сивному подводу к ним кислорода.

Таким образом, применение подачи воздуха вен­тилятором приводит к ускорению процесса го­рения топлива и к повышению теплового на­пряжения колосниковой решетки.

Тепловое напряжение колосниковой решетки и интенсивность горения топлива в слое еще более повышаются в случае приме­нения горячего дутья, осуществляемого путем подачи подогретого воздуха в зольник топки под давлением.

Надо заметить, что температура горячего дутья в колоснико­вых топках ограничена температурными условиями работы ко­лосников и других металлических деталей топки.

Проходящий через слой топлива газовый поток выносит мел­кие частицы топлива в топочное пространство. Количество уноса зависит от скорости газового потока, фракционного состава топ­лива, его спекаемости, а также от формы и удельного веса час­тиц. Чем больше тепловое напряжение и нагрузка колосниковой решетки, чем выше коэффициент избытка воздуха в топке, тем значительнее вынос мелких частиц топлива из слоя. При больших скоростях газового потока, сжигании мелкого неспекаюшегося топлива и неравномерном его распределении по колосниковой ре­шетке слой топлива на всей решетке или в отдельных ее местах может дойти до такого состояния, что он становится как бы под­вижным. При этом через отдельные участки с тонким слоем топлива прорываются фонтаны выносящегося из слоя мелкого уноса. Если этот унос не сгорит в топочной камере, то он явится потерей, которая, как известно из рассмотрения теплового ба­ланса котла, является наиболее крупной составляющей частью потерь от механической неполноты горения. Для того чтобы со­кратить количество уноса топлива, следует поддерживать слой топлива равномерным, подмешивать к сжигаемому топливу спе­кающиеся угли, не допускать повышенного давления дутья, не работать с тепловыми напряжениями решетки, превосходящими величину, допустимую для данного сорта топлива. Вместе с тем должны быть обеспечены благоприятные условия для горения ле­тучих веществ и для* лучшего выгорания уноса в топочном объеме.

Задача борьбы с уносом при сжигании мелких и неспекаю - щихся топлив исключительно важна и должна быть разрешена при конструировании топки. В этом отношении весьма благо­приятный эффект дает применение так называемого острого дутья. В топочный объем через соответственным образом вы­полненные и расположенные сопла вводится при этом с большой скоростью (до 50 м/сек) воздух в небольшом количестве (около 5% от общего количества воздуха, поступающего в топку). Ост­рое дутье способствует лучшему перемешиванию в топочном объеме летучих веществ и уноса с воздухом; унос несколько за­держивается в топочном объеме и полнее выгорает в нем.

Таким образом, работа топочного объема, в ос­новном, сводится к сжиганию горючих летучих веществ, выделившихся из слоя топлива, и к дожиганию продуктов неполного сгорания уноса топлива. Для более совершенного выполнения этих функций топочный объем должен иметь достаточные размеры и целесообразную конфигурацию, создаваемую путем хорошо про­думанного расположения сводов и обмуровки.

По мере прогорания топлива на колосниковой решетке накап­ливаются зола и шлак, причем часть золы падает в зольник че­рез прозоры между колосниками. При сжигании каменных углей и антрацита зола, вследствие высокой температуры слоя, расплав* ляется, образуя шлак, который может обволакивать частицы топлива. Возникающие при этом потери топлива будут тем больше, чем выше зольность топлива и чем разнообразнее раз­меры его кусков.

Зола топлива может быть легкоплавкой или тугоплавкой. Легкоплавкая зола заливает прозоры колосниковой( ре­шетки, закупоривает их, вследствие чего резко повышается гид­равлическое сопротивление колосниковой решетки, сокращается и даже прекращается поступление воздуха к слою топлива, про­исходит снижение теплового напряжения топки и падение произ­водительности котла. При сжигании углей с тугоплавкой золой может случиться, что колосниковая решетка не будет покрыта шлаком и окажется в непосредственном соприкоснове­нии с горящим углем; это может привести к прогоранию ко­лосников.

Нужно следить за тем, чтобы сгорание угля обязательно про* исходило на шлаковой подушке, лежащей непосредственно на колосниковой решетке и предохраняющей последнюю от воздей­ствия высокой температуры слоя топлива. Это особенно необхо­димо при сжигании углей с тугоплавкой золой.

При сжигании углей с легкоплавкой золой следует применять воздушное дутье с примесью пара; при этом на решетке обра­зуется более пористый шлак; одновременно лучше охлаждаются и колосники.

По мере прогорания топлива шлак накапливается на решетке и его следует периодически удалять, выгребая его через топоч­
ные дверцы, или спуская предварительно в зольник через колос­никовую решетку.

Форма колосников должна выбираться в соответствии со свойствами топлива. Балочные колосники (рис. 7, а) применя­ются для сжигания крупнокускового топлива; достаточно разви­тая высота колосника обеспечивает необходимую поверхность для охлаждения его протекающим воздухом. На концах и посе­редине колосников имеются утолщения, вследствие чего между колосниками образуются прозоры для прохода воздуха.

Плиточные колосники (рис: 7, б) предназначаются для сжи­гания разных топлив, в том числе и мелкокускового топлива и антрацита. Плитки делаются разных размеров, наиболее употре­бительны размеры 520X210 мм. В плитах имеются круглые или щелевидные отверстия, расширяющиеся книзу. Верхний диаметр круглых отверстий принимается в 7—10 мм, нижний — около 30 мм. Для увеличения прочности и улучшения охлаждения воз­духом плитки снабжаются ребрами. Так как плитки при нагрева­нии расширяются, между ними следует оставлять зазоры в 3—5 мм. Опорами для колосников обычно служат чугунные балки или трубы, заделанные в обмуровку топки.

Обозначим сумму площадей всех прозоров между колосни­ками или отверстий в колосниковых плитах (живое сечение ре­шетки) через &жм2. Обычно живое сечение выражается в виде отношения Яж к полной площади колосниковой решетки /? (м2), выраженного в процентах. Величина живого сечения зависит от крупности кусков и рода сжигаемого топлива; она принимается для разных топлив в следующих значениях (меньшие величины живого сечения принимаются для мелких топлив):

Дрова и торф Подмосковный уголь Каменный уголь Антрацит

Скорость, воздуха, проходящего через прозоры решетки, в за­висимости от ее нагрузки, обычно колеблется в пределах от 0,75 до 2 м/сек при естественной тяге и от 2 до 4 м/сек при ис­кусственной тяге.

Для удобства обслуживания решетки ее длина не должна превышать 2,1 - и, а ширина колосникового полотна, приходя - щаяся на кдждую загрузочную дверцу,— 1,0-г-1,3 м.

При сжигании дров на колосниковых решетках, размещенных в жаровых трубах, рекомендуется устраивать так называемые фартучные тепки (рис. 9), успешно справляющиеся со своей ра­ботой при сжигании дров влажностью до 35—40%. Основной деталью этой топки является наклонная чугунная плита (фар­тук), имеющая форму трапеции и снабженная отверстиями для прохода воздуха. Дрова загружаются на эту плиту вплоть до по­

Рога, заполняя все сечение жаровой трубы. Таким образом соз­дается горизонтальный утолщенный слой дров от фартука до порога, чем обеспечивается возможность горения топлива с не­большим избытком воздуха. Порог выкладывается в два кирпича

На цементном растворе. В этой топке зеркалом горения условно считается поперечное сечение жаровой трубы? Нормально в топке должно быть разрежение в 6—7 мм вод. ст.