Котельные установки

Работа слоевой топки

Образование первичной газообразной горючей смеси в толще топлива имеет достаточно сложный характер даже в случае сжигания чистого углерода. При сжигании твердого углерода в слое возникают все три процесса: окисле­ние твердого вещества до С02 кислородом воздуха, окисление твердого веще­ства кислородосодержащими молекулами продуктов полного сгорания (ССЬ и Н2О) (образуется СО и Н?), и, наконец, сгорание образовавшихся от предыду­щих процессов газообразных продуктов газификации в виде СО и Н2. Необхо­димый для этого кислород доставляется первичным воздухом. Здесь сложный процесс газификации твердого углерода имеет явно диффузный характер, так как протекает при значительном температурном уровне, когда скорость хими­ческих реакций становится несоизмеримо больше скорости смесеобразования.

Картина еще больше усложняется при сжигании натурального топлива, так как в процессе газообразования начинают участвовать выделяющиеся летучие. Поток первичного воздуха, проходя через слой горящего топлива, по­степенно меняет свой состав за счет присоединения к нему летучих, выделяе­мых прогретыми слоями топлива, продуктов газификации и частичного сгора­ния топлива.

Для получения полного сгорания в слое необходимо работать с очень тонкими слоями. На практике зачастую слой толще, чем размер кислородной зоны. Тогда в слое имеет место полугенераторный процесс. Получающиеся продукты должны дожигаться в объеме топочной камеры.

При этом отпадает необходимость в подаче всего воздуха под решетку. Воздух разделяют на первичный и вторичный.

Первичным воздух подается под решетку и используется в слое. Вторич­ный воздух вводится в топочную камеру. Вторичный воздух зачастую вводит­ся в виде острого дутья и служит не только для ввода в факел дополнительного окислителя, но и для перемешивания продуктов сгорания. Такое перемешивание необходимо, поскольку в продуктах сгорания имеются про­слойки неиспользованного воздуха.

Вторичный воздух служит для дожигания летучих продуктов газифика­ции, а также для догорания мелких частиц топлива, вынесенных из слоя пото­ком газов.

В топочном устройстве имеется колосниковая решетка, которая отделяет поддувало от топочной камеры. Через поддувало подается под колосниковую решетку воздух. Топочная камера предназначена для сжигания летучих веществ, выделяющихся в процессе пирогенетического разложения топлива.

Колосниковая решетка, набранная из колосников, служит для поддержа­ния горящего слоя топлива и обеспечения подвода к нему воздуха, необходи­мого для горения.

Балочные колосники, обычно отлитые из чугуна, имеют трапецеидаль­ное сечение, обеспечивающее необходимую их прочность и более надежную подачу воздуха, так как попадающие в прозоры частицы топлива провалива­ются в поддувало и не забивают каналов для подвода воздуха. Длина колосни­ка не превышает 1 метра, толщина нижней кромки колосников составляет 70- 80 % от верхней. Колосники укладываются в 2-3 ряда по длине топки, причем с зазором для обеспечения расширения. Поперечины для поддержания колос­ников изготовляют в виде чугунных или железных полос.

Плиточные колосники отливают из чугуна в форме плит, имеющих длинные щелевидные отверстия для подвода воздуха. Плиточные колосники обычно имеют меньшее живое сечение, чем балочные.

Отношение площади всех зазоров в колосниковой решетке, через которые поступает в слой воздух, ко всей площади решетки называют живым сечением решетки и выражают в процентах.

Необходимая величина живого сечения решетки зависит от рода сжи­гаемого топлива и крупности кусков. Так, для кускового торфа живое сечение колеблется в пределах 25-30 %. Для антрацита и бурых углей - всего 8-20 %.

Топка с неподвижным слоем и ручной загрузкой работает по схеме встречных потоков. Здесь весьма удобные условия для зажигания (снизу - раскаленный уголь, сверху - радиация кладки и факела). Но, несмотря на ряд преимуществ (простота устройства, универсальность по топливу, надежное зажигание), топка все же имеет и значительное количество недостатков. Пе­риодическая загрузка приводит к неравномерному тепловому режиму, увели­чению коэффициента избытка воздуха и понижению температуры в топке и к ряду других недостатков. Удаление из топки всего шлака при чистке приводит к оголению решетки и усиленному тепловому воздействию не нее раскаленной кладки и остатков горящего топлива. Это часто вызывает пережог колосников.

Наглядное представление о поступлении и потреблении воздуха в топке дает приводимая ниже диаграмма (рис. 7.7). На диаграмме по горизонтали отложено время, проходящее между за­грузками топлива (обычно т = 5-10 ми­нут).

Кривая 1 характеризует потребное по времени количество воздуха, которое следовало бы подать в топку для полного сжигания загруженного на решетку топ­лива (а = 1). Максимум кривой соответ­ствует времени наибольшего выделения летучих.

Если поступление воздуха в период между загрузками не регулируется, то общее количество воздуха, проходяще­го через слой в топку, изобразится линией 2. Постепенное увеличение подачи воздуха в топку связано с выгоранием слоя и уменьшением его сопротивления для прохода воздуха.

Не весь прошедший через слой воздух используется для его горения, а также для горения в объеме летучих и уносимых из слоя пылинок. Отдельные струйки воздуха, в связи с несовершенным смесеобразованием, проходят через топку неиспользованными. Воздух, который мог бы использоваться, на диаграмме показан линией 3.

Из рис. 7.7 видно, что в период интенсивного выделения летучих возду­ха для горения не хватает (см. заштрихованную площадь), что приводит к по­явлению неполноты горения (q3), хотя общий избыток воздуха в топке состав­ляет значительную величину (ат = 1,4).

К концу периода между загрузками топлива в топочных газах имеется значительное количество лишнего воздуха, что определяет повышенную поте­рю тепла с уходящими газами (q2). Чем больше выход летучих, тем больше не­хватка воздуха, тем круче подъем кривой 1. По мере приближения к антраци­там эта кривая сглаживается.

Потеря q3 имеет место до точки ""а", а затем процесс идет с избытком воздуха. Это увеличивает потерю q2.

Для уменьшения этого недостатка часть воздуха необходимо подавать непосредственно в топочное пространство в виде вторичного воздуха, что уменьшит потерю q3.