Способы сжигания топлива. Виды топочных устройств, их характеристики

В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа подразделяются (рисунок ниже):

• на диффузионные;
• смешанные;
• кинетические.

Методы сжигания газа

а - диффузионный; б - смешанный; в - кинетический; 1 - внутренний конус; 2 - зона первичного горения; 3 - зона основного горения; 4 - продукты сгорания; 5 - первичный воздух; 6 - вторичный воздух

При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух — из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.

Процесс горения начинается после контакта между газом и воздухом и образования газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух - газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.

Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно, с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.

Достоинством диффузионного метода сжигания газа является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д.

К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся: высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени.

Недостатками этого метода являются: вероятность термического распада углеводородов, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа.

При смешанном методе сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.

При кинетическом методе сжигания к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле. Достоинство этого метода сжигания - малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелок. Недостаток - необходимость стабилизации газового пламени.

5.1. Способы сжигания твердого топлива

5.2. Сжигание жидких топлив

5.2.1. Качество мазута.

5.2.2. Проблемы подготовки мазута к сжиганию

5.2.3. Проблемы при использовании мазута на котельных и ТЭЦ

5.3. Сжигание газообразных топлив

5.3.1. Подготовка газа

5.3.2. Особенности процесса горения природного газа

5.3.3. Сжигание газообразного топлива

5.3.4. Газовые горелки

5.4. Комбинированные горелки

5.5. Приборы контроля пламени

5.6. Газоанализаторы

5.7. Примеры газовых горелок

5.7.1. БК-2595ПС

5.7.3.БИГ-2-14

5.8. Удаление продуктов горения.

5.1. Способы сжигания твердого топлива

Способы сжигания. Топочное устройство, или топка, являет­ся основным элементом котельного агрегата или огневой промышленной печи и служит для сжигания топлива наиболее эко­номичным способом и превращения его химической энергия в тепло. В топке происходят горение топлива, передача части теп­лоты продуктов сгорания поверхностям нагрева, находящимся в зоне горения, а также улавливание некоторого количества очаговых остатков (золы, шлака). В современных котельных агрега­тах и печах до 50 % теплоты, выделенной в топке, передается поверхностям нагрева излучением. В топочной технике обычно используют следующие основные способы сжигания твердого топлива: слоевой, факельный (камер­ный), вихревой и сжигание в кипящем слое (рис. 5.5). Каждый из этих способов имеет свои особенности, касающиеся основных прин­ципов организации аэродинамических процессов, протекающих в топочной камере. Для сжигания жидких и газообразных топлив применяется только факельный (камерный) способ сжигания.

Слоевой способ. Процесс сжигания этим способом осуществляют в слоевых топках

(см. рис. 5.5а ), имеющих разнообразные конструкции. Слоевой процесс горения характерен тем, что в нем поток воздуха встречает при своем движении неподвижный или медленно движущийся слой топлива и, взаимодействуя с ним, превращается в поток топочных газов.

Важной особенностью слоевых топок является наличие запаса топлива на решетке, увязанного с его часовым расходом, что по­зволяет осуществлять первичное регулирование мощности топки только изменением количества подаваемого воздуха. Запас топли­ва на решетке обеспечивает также определенную устойчивость процесса горения.

В условиях современной топочной техники слоевой способ сжигания топлива является устаревшим, так как его различные схемы и варианты непригодны или трудно приспосабливаемы к крупным энергетическим установкам. Однако слоевые методы сжига­ния твердого топлива еще длительное время будут применяться в котельных малой и средней энергетики.

На рис. 5.6 6 показаны принципиальные схемы слоевых топок. При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух пода­ется из зольника 1 к слою топлива 3 через свободное сечение ко­лосниковой решетки 2. В топочной камере 4 над слоем горят газооб­разные продукты термического разложения топлива и вынесенные из слоя мелкие частицы топлива. Продукты сгорания вместе с из­быточным воздухом из топки поступают в газоходы котла.

Слоевые топки получили широкое применение в котлах малой и средней мощности. Они разделяются по нескольким классифи­кационным признакам. В зависимости от способа обслуживания бывают топки с ручным обслуживанием (см. рис. 5.6, а), немехани­зированные, полумеханизированные (см. рис. 5.6, б, в) и механизи­рованные (см. рис. 5.6, г, д). Представленные на рис. 5.6 слоевые топки могут быть разделены на три группы

Рис. 5.5. Способы сжигания твердого топлива

а – в плотном слое; б – в пылевидном состоянии; в – в циклонной топке; г – в кипящем слое.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемеща­ ющимся по ней слоем топлива (см. рис. 5.6, б, г).

Топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой сло ем топлива (см. рис. 5.6, д).

Простейшая слоевая топка с неподвижной колосниковой ре­шеткой и ручным обслуживанием (см. рис. 5.6, а) применяется для сжигания всех видов твердого топлива. Такими топками оборудуют котлы лишь очень малой паропроизводительности - 0,275...0,55 кг/с (1... 2 т/ч).

В топке с неподвижной наклонной колосниковой решеткой (см. рис. 5.6, б) топливо по мере сгорания движется по решетке под действием силы тяжести. Эти топки применяют для сжигания влажных топлив (древесных отходов, кускового торфа) под кот­лами паропроизводительностью 0,7... 1,8 кг/с (2,5...6,5 т/ч).

В полумеханизированной топке (см. рис. 5.6, в), подача топлива на неподвижную колосниковую решетку осуществляется с помо­щью забрасывателя 5. В этих топках сжигают каменные и бурые угли, сортированный антрацит под котлами паропроизводитель­ностью 0,55...2,8 кг/с (2... 10 т/ч).

Простейшей механизированной топкой является топка с шу­рующей планкой (см. рис. 5.6, г). Она состоит из неподвижной лосниковой решетки, по всей ширине которой скользит план­ка б клиновидного сечения. Планка совершает возвратно-посту­пательные перемещения с помощью специального устройства. При­меняют эти топки для сжигания бурых углей под котлами паро­производительностью до 2,8 кг/с (10 т/ч).

Наиболее распространенным типом механизированной сло­евой топки является топка с цепной механической решеткой (см. рис. 5.6, д). Цепная механическая решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна, движущегося вместе с лежащим на нем слоем горящего топлива. Каждая новая порция топлива, поступающая на решетку, движется вслед за слоем топлива. Скорость движения решетки можно изменять в зависимо­сти от расхода топлива (режима работы котла) от 2 до 16 м/ч.Эти топки применяют для сжигания сортированного антрацита и неспекающихся углей с умеренной влажностью и зольностью и выходом летучих веществ У т = 10...25 %. Существующие модификации топок с цепными решетками позволяют применять их для сжигания и других топлив. Топки с цепными решетками устанавлиавают под котлами паропроизводительностью 3...10 кг/с (10,5...35 т/ч) и выше.

Факельный способ. В отличие от слоевого этот процесс (См рис. 5.5, б) характеризуется непрерывностью движения в топочном пространстве частичек топлива вместе с потоком воздуха и продуктов сгорания, в котором они находятся во взвешенном состоянии.

Для обеспечения устойчивости и однородности горящего фа­кела, а следовательно, и газовоздушного потока с взвешенным в нем топливом частички твердого топлива размалываются до пылевидного состояния, до размеров, измеряемых микронами (от 60 до 90 % всех частиц имеют размер менее 90 мкм). Жидкое топливо предварительно распыливается в форсунках в очень мел­кие капли, чтобы капельки не выпадали из потока и успевали полностью сгореть за короткое время нахождения в топке. Газо­образное топливо подается в топку через горелки и не требует I особой предварительной подготовки.

Особенностью факельных топок является незначительный за­пас топлива в топочной камере, отчего процесс горения неустой­чив и весьма чувствителен к изменению режима. Регулировать мощ­ность топки можно, лишь одновременно изменяя подачу в топоч­ную камеру топлива и воздуха. При факельном сжигании (рис. 5.7 твёрдое топливо предварительно размельчается в системе пылеприготовления и в виде пыли вдува­ется в топку, где оно сгорает во взвешенном состоянии. Размол топлива резко увеличивает повер­хность его реагирования, что спо­собствует лучшему сгоранию.

К недостаткам этого способа можно отнести высокую стоимость оборудования системы пылеприготовления, расход электроэнергии на размол, более низкие удельные тепловые нагрузки камеры горения (примерно вдвое), чем при слоевых топках, что заметно увеличивает объемы топочных пространств.

Пылеприготовление из кускового топлива состоит из следующих операций:

удаление из топлива металлических предметов при помощи магнитных сепараторов;

дробление крупных кусков топлива в дробилках;

сушка и размол топлива в специальных мельницах.

При рабочей влаге W Р < 20 % сушка топлива производится в мельнице одновременно с процессом размола, для чего в мельницу подается горячий воздух из воздухоподогревателя котла. Тем­пература воздуха доходит до 400 °С, и он одновременно служит для выноса пыли из мельницы.

При размоле топлива образуются пылинки размером 0...500 мк. Основной характеристикой пыли является тонкость ее помола, ко­торая по ГОСТ 3584-53 характеризуется остатком на ситах с ячей­ками 90 и 200 мк, обозначаемые R 90 и R 2 оо. Так, R 90 = 10 % означает, что на сите с размером ячеек 90 мк осталось 10 % пыли, а вся остальная пыль прошла через сито.

Оптимальная тонкость помола (тонина) определяется суммар­ным фактором: минимальным расходом электроэнергии на помол топлива и потерями от механического недожога. Тонкость помола зависит от реакционной способности топлива, характеризуемой в основном выходом летучих веществ. Чем выше содержание в топливе ле­тучих веществ, тем грубее помол.

Размольные свойства топлива ха­рактеризуются коэффициентом размолоспособности, (для антрацита Кло = 1; для тощего угля К ло = 1,6; Для подмосковного бурого угля Кл 0 = 1,75).

Основными недостатками этой схемы являются отсутствие за­паса пыли, что снижает надежность работы котла, и сильный из­нос мельничного вентилятора, через который пропускается вся угольная пыль.

На рис. 5.9 дана схема пылеприготовления с промежуточным бункером. Отличие ее состоит в том, что за сепаратором ставится циклон 6, в который и направляется готовая пыль. В циклоне 90...95% пыли отделяется от воздуха и осаждается, а затем на­правляется в промежуточный бункер 9. Пыль из циклона в бункер спускается через клапаны (мигалки) 8, которые открываются при давлении на них определенной порции пыли. Воздух с остат­ком тонкой пыли отсасывается из циклона мельничным вентилятором 12 и нагнетается в трубопровод первичного воздуха, куда в свою очередь поступает пыль из промежуточного бункера с помо­щью шнековых или лопастных пылепитателей 10. Схема пылеприготовления с промежуточным бункером, как наиболее гибкая и надежная, получила наиболее широкое распространение.

Для размола топлива применяют мельницы различных типов. Выбор типа мельницы зависит от размольных характеристик топлива, выхода летучих веществ и влажности топлива. Различают мельницы тихоходные и быстроходные.

Для размола антрацита и каменных углей с небольшим выхо­дом летучих веществ, сжигаемых котлоагрегатами средней и большой паропроизводительности, применяют тихоходные ша­ровые барабанные мельницы (ШБМ).(Рис.5.10). Основными достоинствами барабанной мельницы являются хорошая регулируемостьтонкости помола, и надежность помола. К недостаткам этих мельниц следует отнести: громозкость, высокую стоимость, повышенный удельный расход электроэнергии, значительный шум, сопровождающий работу мельницы.

Быстроходные мельницы применяют двух типов: молотковые и мельницы-вентиляторы.

Мельница-вентилятор (МБ) предназначена для размола, главным образом, высоковлажных бурых углей и фрезерного торфа. Применяют топки с МВ в котлоагрегатах средней произ­водительности. Мелющим органом МВ является массивная крыль­чатка 1 (рис. 5.12) с частотой вращения 380... 1470 об/мин, рас­положенная в бронированном корпусе 6.

В ихревой способ. В рассмотренных факельных топках частицы топлива сгорают в объеме топки на лету. Длительность пребыва­ния их в топочном пространстве не превышает времени "пребыва­ния продуктов сгорания в топке и составляет 1,5... 3 с. В циклон­ных топках, которые предназначены для сжигания мелкодробле­ного топлива и грубой пыли, крупные частицы угля находятся во взвешенном состоянии столько времени, сколько это необходи­мо для полного выгорания их независимо от длительности пребы­вания продуктов сгорания в топке.

В них сжигают достаточно мелкие частицы угля (обычно мельче 5 мм), а необходимый для горения воздух подают с огромными (до 100 м/с) скоростями по касательной к образующей циклона-В топке создается мощный вихрь, вовлекающий частицы в циркуляционное движение, в котором они интенсивно обдуваются потоком (см. рис. 5.5, в).

Значительная удельная поверхность мелких частиц, большие зна­чения коэффициентов массоотдачи между потоком и частицами высокие концентрации горючего в камере обеспечивают получение больших теплонапряжений объема топки (q= 0,65... 1,3 МВт/м 3 при a= 1,05... 1,1), в результате чего в топке развиваются температуры, близкие к адиабатным (до 2000 °С). Зола угля плавится, жидкий шлак, стекая по стенкам, тормозит движение частиц, налипающих на его поверхность, что еще больше увеличивает скорость их омывания потоком, а значит и коэффициент массоотдачи.

Поскольку центробежный эффект уменьшается с увеличением радиуса циклона, диаметр последнего обычно не превышает 2 м, что позволяет получить тепловую мощность 40...60 МВт.

В нашей стране применяются в основном технологические цик­лонные топочные камеры, например для сжигания серы (в целях получения SО 2 - сырья для производства Н 2 SО 4 ; при этом ис­пользуется и теплота горения), для плавления и обжига руд и нерудных материалов (например фосфоритов) и т.д. В последнее время в циклонных топках осуществляют огневое обезвреживание сточных вод, т. е. выжигание содержащихся в них вредных приме­сей за счет подачи дополнительного (обычно газообразного или жидкого) топлива.

В топочных камерах, в которых топливо сгорает при высоких температурах, образуется большое количество крайне токсичных оксидов азота. Предельно допустимая концентрация (ПДК) N0, безопасная для здоровья людей, в воздухе населенных пунктов составляет 0,08 мг/м 3 .

Поскольку образование оксидов азота существенно уменьша­ется при снижении температуры, в последние годы энергетики проявляют все больший интерес к так называемому низкотемпе­ратурному (в отличие от высокотемпературного - с температу­рой 1100°С и выше) сжиганию в псевдоожиженном слое, когда устойчивое и полное горение каменных и бурых углей удается обеспечить при 750...950 "С.

Сжигание в кипящем слое. Слой мелкозернистого материала, продуваемый снизу вверх воздухом со скоростью, превышающей предел устойчивости плотного слоя, но недостаточной для выно­са частиц из слоя, создает циркуляцию. Интенсивная циркуляция частиц в ограниченном объеме камеры создает впечатление бурно кипящей жидкости. Значительная часть воздуха проходит через такой слой в виде пузырей, сильно перемешивающих мелкозернистый материал, что еще больше усиливает сходство с кипящей жидкостью и объясняет происхождение названия.

Способ сжигания в псевдосжиженном (кипящем) слое (см. рис. 5.5, г) является в определенном смысле промежуточным между слоевым и камерным. Его преимуществом является возможность сжигания относительно мелких кусочков топлива (обычно мельче 5... 10 мм) при скорости воздуха 0,1...0,5 м/с.

Топки с кипящим слоем широко используются в промышленности для сжигания колчеданов в целях получения SО 2 , обжига различных руд и их концентратов (цинковых, медных, никелевых, золотосодержащих) и т. д.

Топочные устройства или топка является основным элементом котельного агрегата или огневой печи и служит для сжигания топлива наиболее экономичным способом и превращении наиболее экономичным способом и превращении его химической энергии в тепло. Существуют следующие основные способы сжигания твердого топлива: 1) слоевой; 2) факельный (камерный); 3) вихревой; 4) сжигание в кипящем слое. Для сжигания жидких и газообразных топлив применяют только факельный способ. 1. Слоевой способ – процесс сжигания осуществляется в слоевых топках. Слоевые топки можно разделить на 3 группы: 1) топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней плотным слоем топливом. При возрастании скорости топлива, проходящего через слой топлива. Последний может стать кипящим. Такой слой топлива горит более интенсивно вследствие увеличения контактной поверхности с воздухом. 2. Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающихся по ней слоев топлива. 3. Топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой слоем топлива.

1 – зольник; 2 – колосниковая решетка; 3 – слой топлива; 4 – топочная камера; 5 – фурма для подачи воздуха; 6 – окно для подачи топлива.

Топка предназначена для сжигания всех видов топлива.

Стандартная колосниковая решетка типа РПК – Состоит из колосников, набранных в несколько рядов и насаженных валы прямоугольного сечения. При повороте валов на поворотный угол 30 0 ряды колосников наклоняются под тем же углом, и через образовавшиеся просветы шлак с решетки просыпается в зольник. Решетки имеют размеры в ширину от 900 до 3600 мм и в длину от 915 до 3660 мм. Наиболее распространенным типом слоевых топок является механизированная слоевая топка с цепной механической передачей. Механическая решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна движущегося глубину топки вместе с лежащим на нем слоем горящего топлива. Топливо проходит, все стадии горения и в виде пыли ссыпается в шлаковый бункер. Скорость движения решетки можно изменять в зависимости от расхода топлива от 2 до 16 м/ч. Эти топки применяются для сжигания сортированного антрацита с размером кусков до 40 мм. Особенностью слоевых топок является наличие запаса топлива на решетке что позволяет регулировать мощность топки изменением количества подаваемого воздуха и обеспечивает устойчивость процесса горения. Слоевой способ не пригоден для крупных энергетических установок, а в установках малой и средней мощности данный способ находит широкое применение. 2. Факельный способ. В отличие от слоевого характеризуется непрерывностью движения в топочном пространстве частичек топлива вместе с потоком воздуха и продуктов горения, в котором они находятся во взвешенном состоянии. На рисунке показана камерная топка с факельным сжиганием топлива. Она состоит из горелки 1. топочной камеры 2, кипятильных труб3, труб заднего экрана 4, шламовой воронки 5. Предварительно измельченное топливо виде угольной пыли и газовая смесь подаются в горелку 1, туда же через ряд отверстий вдувается вторичный воздух. Газовоздушный поток с взвешенными частицами твердого топлива зажигается на выходе из горелки в топку 2. В топочной камере топливо сгорает с образованием горящего факела. Тепло выделяемое при сжигании топлива в виде излучения и конвективным путем передается воде циркулирующей в кипятильных трубах и трубах заднего экрана. Остаток от сгоревшего топлива поступает, шлаковую воронку, а затем выводится. Основным достоинством данного способа сжигания является возможность создания мощных топок паропроизводительностью до 2000 т/ч и возможность экономичного и надежного сжигания зольных, влажных и отбросных топлив под котлами различной мощности. К недостаткам данного способа можно отнести: 1) Высокую стоимость системы пылеприготовления; 2) Высокий расход электрической энергии на размол; 3) Несколько пониженные тепловые нагрузки камеры сгорания, чем у слоевых топок, что способствует условию объемов топочных пространств. Пылеприготовление из кускового топлива состоит из следующих операций: 1. Удаление из топлива металлических предметов с помощью магнитных сепараторов. 2. Дробление крупных кусков топлива в дробилках до размера 15-25 мм. 3. Сушка и размол топлива в специальных мельницах и классификация топлив. 4. Классификация. Для дробления крупных кусков можно использовать шаровые, валковые, конусные дробилки. В качестве размалывающего оборудования в системе пылеприготовления используется тихоходные шаровые барабанные мельницы, быстроходные молотковые мельницы с аксиальным и тарельчатым подводом сушильного агента. Для сжигания пылевидного топлива применяются круглые и щелевые горелки. Они размещаются фронтально передней стенке топки, встречно на боковых стенках, а также по углам топки. Для фронтального и встречного распыления применяют круглые турбулентные горелки, создающие короткий факел.

Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплобменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.

По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках - газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.

Современные котлы обычно используют три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой.

Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят, производительность и экономичность котельной установки.

Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.

Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу,- выносными.

В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные.

Ручными топками называют те, в которых все три операции - подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки - производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.

Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы.

Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в толку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.

Слоевые топки для сжигания твердого топлива делят на три класса:

• топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижнолежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой. На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1-2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч;
• топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива, к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч; в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч;
• топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на Колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.

Камерные (факельные) топки. Камерные топки применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках - углеразмольных мельницах, а жидкое топливо - распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.

Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности.

Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб - топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.

По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.

Камера топки с твердым шлакоудалением снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину попадают в шлакоприемное устройство. Камеру топки б с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный шлак, выпавший из факела на под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку в шлакоприемную ванну, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.

Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.

В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака. Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее. Горелки бывают прямоточными и завихривающими.

Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.

Если за определяющий параметр взять скорость движения воздуха w в относительно скорости движения частиц топлива v т, то по этому параметру выделяют четыре технологии сжигания топлива.

1. В плотном фильтрующем слое (w в >> v т).

Применяется только для кускового твердого топлива, которое распределяется на колосниковой решетке. Слой топлива продувается воздухом со скоростью, при которой устойчивость слоя не нарушается и процесс горения имеет кислородную и восстановительную зону.

Видимое тепловое напряжение колосниковой решетки составляет Q R = 1,1…1,8 МВт/м 2 .

2. В кипящем или псевдоожиженным слое (w в > v т).

При увеличении скорости воздуха динамический напор может достигнуть, а затем и превысить гравитационную силу частиц. Устойчивость слоя нарушится и начнется беспорядочное движение частиц, которые будут подниматься над решеткой, а затем совершать возвратно-поступательное движение вверх и вниз. Скорость потока, при которой нарушается устойчивость слоя, называется критической.

Увеличение ее возможно до скорости витания частиц, когда они выносятся потоком газов из слоя.

Значительная часть воздуха проходит через кипящий слой в виде «пузырей» (газовых объемов), сильно перемешивающих мелкозернистый материал слоя, в результате процесс горения по высоте протекает практически при постоянной температуре, что обеспечивает полноту выгорания топлива.

Для кипящего псевдоожиженного слоя характерна скорость воздуха 0,5…4 м/с, размер частиц топлива 3…10 мм, высота слоя не более 0,3…0,5 м. Тепловое напряжение объема топки Q V = 3,0…3,5 МВт/м 3 .

В кипящий слой вводят негорючий заполнитель: мелкий кварцевый песок, шамотную крошку и др.

Концентрация топлива в слое не превышает 5 %, что позволяет сжигать любое топливо (твердое, жидкое, газообразное, включая горючие отходы). Негорючий наполнитель в кипящем слое может быть активным по отношению к вредным газам, образующимся при горении. Введение наполнителя (известняка, извести или доломита) дает возможность перевести в твердое состояние до 95 % сернистого газа.

3. В потоке воздуха (w в ≈ v т) или факельный прямоточный процесс. Частицы топлива оказываются взвешенными в газовоздушном потоке и начинают перемещаться вместе с ним, сгорая во время движения в пределах топочного объема. Способ отличается слабой интенсивностью, растянутой зоной горения, резкой неизотермичностью; требуется высокая температура среды в зоне воспламенения и тщательная подготовка топлива (распыливание и предварительное перемешивание с воздухом). Тепловое напряжение объема топки Q V ≈ 0,5 МВт/м 3 .