Идеальные циклы паросиловых установок

СЛОЕВАЯ ТОПКА
Слоевая топка - топка для сжигания твердого топлива в слое, который лежит на колосниковой решетке и продувается воздухом снизу вверх. Применяют в котельных агрегатах производительностью до 40 т/ч пара для сжигания бурых и каменных углей, полуантрацитов, кускового торфа, горючего сланца и древесных отходов. Нецелесообразно использовать слоевые топки для сжигания антрацитов, антрацитового штыба, бурых углей, фрезерного торфа и отходов углеобогащения, так как сжигание этих видов топлива происходит с большими потерями от механического и химического недожога. Слоевые топки — первые устройства для сжигания твердого топлива, которые широко применяют. Их разновидностью является шахтная топка, используемая для слоевого сжигания влажного твердого топлива (кускового торфа, дров). Она имеет развитую по высоте загрузочную горловину (шахту), в которой происходят подсушка, разогрев топлива и частичное выделение летучих веществ (за счет теплоты нижнего горящего слоя).
Слоевые топки разделяют на 3 класса: с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива; с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива; с движущейся колосниковый решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива. Наиболее проста слоевая топка с неподвижной горизонтальной колосниковой решеткой. На ней можно сжигать твердое топливо всех видов, но необходимость ручного обслуживания ограничивает область ее применения котлами малой паропроизводительности (до 2 т/ч). Топливо подается на колосниковую решетку сверху через загрузочную дверцу. При горении топлива слой по высоте можно разделить на 3 зоны: свежезагруженное топливо, горящий кокс и шлаковая подушка. В 1-й (верхней) зоне происходят подогрев, подсушка и выделение летучих веществ, состоящих из СО и других углеводородов; во 2-й — основные реакции горения углерода с образованием СО2 и СО, а также летучей серы с выделением 50г; в 3-й (твердой) — выделение золы, образование шлаков топливных и выжиг оставшихся кусочков топлива. В топках с неподвижным слоем шлак по мере прогорания слоя опускается вниз и скапливается на поверхности колосниковой решетки, образуя шлаковую подушку, которая защищает колосники от действия высокой температуры лежащей выше зоны горения кокса. Шлаковая подушка охлаждается снизу проходящим через нее холодным воздухом. Существенный недостаток таких топок — периодичность загрузки топлива и связанная с ней цикличность процесса горения. Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива основаны на различных принципах организации процессов движения и горения топлива. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки особой формы планкой, движущейся возвратно-поступательно по колосниковому полотну. Разновидностью такой топки является факелыю-слоевая системы С.В.Татищева, получившая применение для сжигания фрезерного торфа, а также бурых и камехшого углей. Отличие ее от обычной топки с шурующей планкой — наличие шахтного предтопка, в котором происходит предварительная подсушка фрезерного торфа дымовыми газами, засасываемыми в шахту специальным эжектором. В скоростных топках с вертикальной колосниковой решеткой системы В.В.Померанцева и наклонной решеткой топливо, поступающее в топку сверху, по мере сгорания сползает под действием силы тяжести в ее нижнюю часть, открывая возможность поступления новых порций топлива. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов, а шахтные топки — и для сжигания кускового торфа. В котельных установках малой мощности распространены топкие подачей топлива на неподвижную решетку с помощью ротационных забрасывателей. Наиболее эффективны топки, оборудованные пневмомеханическими ротационными забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками ПМЗ-РПК. Мелкие частицы топлива относятся воздухом и сгорают в объеме топки. Количество вторичного воздуха, подводимого к забрасывателю, составляет около 15 % общего количества, необходимого для горения топлива. Топки ПМЗ-РПК рекомендуются для котельных установок с паропроизводительностью до 65 т/ч. Топки с цепной решеткой очень чувствительны к качеству топлива. Слоевые топки с цепными решетками прямого хода применяют для сжигания сортиров, антрацитов (АС и AM), несортиров, каменных углей с умеренной спекаемостыо, кускового торфа и бурых углей с небольшими влажностью и зольностью. Для сжигания рядовых каменных и бурых углей и сланца с содержанием до 40% мелочи размером 0—6 мм применяют слоевые механические топки с комбинированным сжиганием топлива. Крупные куски сгорают в слое, а мелкие — во взвешенном соcтоянии в объеме топки. В таких топках топливо подается пневмо-механическими или пневматическими забрасывателями.
С появлением камерных топок слоевые топки стали применяться в котельных установках небольшой мощности и промышленных печах. Слоевые топки с кипящим слоем отличаются высокой интенсивностью горения топлива и возможностью очистки топочных газов от оксидов серы и азота путем введения в кипящий слой необходимых адсорбирующих веществ.

Механические топки котельных

Механические топки. Трудность снабжения небольших потребителей сортированным топливом определенных вид он и месторождений, недостаточная квалификация обслуживающего персонала и большая доля ручного труда при обслуживании требуют полной механизации топочных устройств небольших котлоагрегатов. Трудоемкими и тяжелыми операциями является загрузка топлива на колосниковую решетку, удаление с нее шлака, шуровка слоя. Если в топочном процессе эти операции механизированы, то топка может считаться механической, во всех других случаях она является полумеханической.
Исходя из указанных положений в серийно выпускаемых в СССР топочных устройствах к котлоагрегатам малой производительности предусмотрены механизация процессов подачи топлива на решетку и удаление с нее шлака.
На рис. 3-6 показаны механические топки с забрасывателем топлива на горящий слой, оборудованная качающимися колосниками, дан разрез топочного устройства с пневмомеханическим забрасывателем топлива 3, колосниковой решеткой 1, приводом к колосникам, бункером для топлива 4, дверцами топочной камеры, коробом для подачи воздуха в бункер, предназначенный для сбора провала и шлака, шлаковым затвором.

Рис. 3-6. Разрез и общий вид фронта механичсекой топки с ПМЗ и решеткой из поворотных колосников. 1 - поворотные колосники; 2 - свод над топочной дверцей; 3 - забрасыватель топлива ПМЗ; 4 - угольный ящик-бункер; 5 - привод ПМЗ.
Общий вид пневмомеханического забрасывателя ПМЗ показан на рис. 3-7. Топливо, поступающее в бункер с наклонными перегородками для предупреждения зависания, каскадно-лотковый угольный ящик Л, перемещается к плунжерному питателю 6, имеющему высоту 50 мм и максимальную длину хода плунжера 42 мм.
Движение плунжеру передается через редуктор 7 и кулисный механизм с эксцентриком, при помощи которых можно изменять длину хода плунжера в 2,2 раза. Кулиса соединяется с приводным валом плунжера собачкой и рычагом, которые позволяют отключить питатель, не останавливая вращения ротора 7, и проводить тонкую регулировку производительности питателя.
Шатун кулисы связан с эксцентриком, сидящим на промежуточном валу, вращаемом через две пары зубчатых колес от вала ротора 1. Плунжер сталкивает топливо на разгонную плиту 5. Передвигая плиту с помощью маховика, можно изменять дальность заброса топлива на решетку. Высота плиты 150 мм, угол наклона к горизонту 45°.
С разгонной плиты топливо попадает в цилиндрический лоток 2. Ротор с лопастями 1 в лотке вращается с частотой от 600 до 1100 оборотов в минуту. Топливо забрасывается в топочную камеру сверху на слой двумя рядами сплошных лопастей волнообразного профиля; в зависимости от ширины забрасывателя в каждом ряду ставят по две или три лопасти. Ротор имеет диаметр (по краям лопастей) 216 мм, лоток - 232 мм. Топливо забрасывается веером с углом раскрытия в 40°. Со стороны топки к лотку примыкает чугунная фурма из колосников Д под которые подается воздух с давлением в 500 - 800 Па (50 - 80 ты вод. ст.).

Рис. 3-7. Пневмомеханический забрасыватель ПМЗ-ЦКТИ.
Лоток, в котором вращается ротор, имеет в средней части откидную плиту для осмотра и удаления застрявших предметов и кусков, топлива. С боков забрасывателя установлены два сопла 4 сечением 40X40 мм, оси которых пересекаются внутри топки и составляют с осью забрасывателя угол 20,5°. Фурма и сопла служат для подачи воздуха под летящие куски топлива для подхвата мелких частиц и сжигания их в объеме топочной камеры.

Рис. 3-8. Толщина слоя и фракционный состав топлива по длине решетки РПК при подаче рядового угля ПМЗ.
Вал ротора соединен шарнирной муфтой и клиновой ременной передачей с асинхронным, электродвигателем мощностью в 1,1 кВт.
Забрасыватель может обеспечить в зависимости от его ширины в 350, 400 и 600 мм производительность котлоагрегата в 2; 2,2 и 3,3 кг/ч (7, 8, и 12 т/ч) соответственно.
Иногда забрасыватели выполняют со скребковым или пластинчатым питателем вместо плунжерного. Колосниковая решетка с ПМЗ выполняется обычно из поворотных колосников с ручным приводом - РПК.
Колосники в виде пластин размером 300X189 мм имеют ширину 14, 28 и 42 мм; свободно насаживаются на вал с прямоугольным сечением 40X60 мм, перекрывая скосами соседний ряд колосников. Живое сечение решетки составляет около 5%, а сама решетка исключает провал топлива. Расстояние между осями валов 305 мм, ширина каждой секции может составлять от 900 до 1300 мм, длина решетки - от 1525 до 3660 мм, включая переднюю плиту длиной 495 мм.
Камерные топки
Топки с твердым шлакоудалением применяют для сжигания бурых и каменных углей, фрезерного торфа и сланцев. В большинстве случаев они имеют призматическую форму. Специфика горения пыли твердого топлива и значительное содержание золы обусловливают ряд особенностей организации топочного процесса.
Температура воспламенения частиц твердого топлива довольно велика и у топлива с малым выходом летучих веществ сильно повышается, доходя у антрацитовой пыли до 1000— 1200 °С. Наоборот, при сжигании топлива с большим выходом летучих веществ и особенно высокореакционных бурых углей воспламенение начинается почти у самих горелок, вследствие чего и приходится принимать меры для удаления ядра факела от горелок во избежание обгорания и шлакования последних.
Большую роль играет поведение в топке минеральных составляющих твердого топлива. Чаще всего частицы золы в камерных топках расплавляются или по меньшей мере размягчаются. Такие частицы легко зашлаковывают экранные поверхности. Поэтому аэродинамика горелок и топочной камеры в целом должна обеспечить отсутствие интенсивного омывания экранов потоками газов, несущих частицы расплавленной золы. В топках с сухим шлакоудалением это условие должно соблюдаться для любой части топочной камеры.
Топочные камеры, работающие с твердым шлакоудалением, по конструкции выполняют открытыми, т.е. без изменения сечения топки по высоте. По характеру движения факела они разделяются на топки с прямоточным, вертикально-вихревым и горизонтально-вихревым факелами (рис. 7.19). Отличительной особенностью этих топок является наличие в нижней части топки холодной воронки, образованной путем сближения фронтового и заднего экранов с большим уклоном (50—60°) до расстояния Ь = 1-1,2 м. Глубина устья холодной воронки /?_{х в} = 1—1,2 м. Крупные котлы (?>>444.44 кг/с (1600 т/ч)) могут иметь две воронки. В таком случае расстояние от устья воронки до места пересечения осей нижнего яруса горелок с осью топки должно быть не менее 10 м. За счет этого снижается температура газов в нижней части топки, выпадающие из ядра факела расплавленные шлаковые частицы, попадая в эту зону,