Основные характеристики камерных топок

Топочное устройство предназначено для сжигания топлива и превращения химической энергии топлива в тепловую.

Основное назначение каждой топки и топочного устройства — обеспечение наиболее полного и экономичного сжигания топлива, которое зависит от типа топки и свойств сжигаемого топлива.

Любая топка состоит из двух частей топочной камеры и горелочного устройства.

Горелочное устройство служит для непрерывного подвода топлива и воздуха на горение и для тщательного перемешивания их.

Топочная камера служит для окончательного перемешивания и сжигания топлива.

Топка должна обеспечивать:

1. Наиболее полное сжигание топлива с наименьшим коэффициентом воздуха;

2. Малое и легкоустраняемое шлакование топки и поверхностей нагрева;

3. Высокую надежность в эксплуатации;

4. Удобство и простоту обслуживания;

5. Герметичность и экономичность;

6. Возможность быстрого регулирования нагрузки в широких пределах;

7. Хорошие условия тепловосприятия.

Классификация камерных топок:

- по ме­тоду сжигания топлива камерные топки разделяются на факельные с прямым выходом газов из топки и вихревые,

- по числу камер — на топ­ки однокамерные и двухкамерные,

- по виду сжигаемого топлива — на топки пылеугольные и газомазут­ные,

- по способу удаления шлака — на топки с твердым и жидким шлакоудалением.

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.

Рисунок 2.2 - Схемы процессов сжигания топлива:

а – слоевого, б – факельного, в – вихревого.

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 1. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину 3 попадают в шлакоприемное устройство 2. Камеру топки 6 с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом 7, 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 9 в шлакоприемную ванну 8, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы. Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.

Рисунок 2.3 – Схемы камерных (факельных) топок: а – для пылевидного топлива с твердым шлакоудалением, б – для пылевидного топлива с жидким шлакоудалением;

1 – шлаковая холодная воронка, 2 и 8 – шлакоприёмные устройства и ванна, 3 – горловина, 4 и 6 – топки, 5 – горелка, 7 – под, 9 – летка.

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.

Геометрически топочная камера характеризуется линейными размерами: шириной фронта а, глубиной b и высотой h_Т, расчет которых определяется количеством сжигаемого топлива, его тепловыми физико-химическими характеристиками. Произведение f_Т = аb, м² – сечение топочной камеры, через которое с достаточно большой скоростью (7-12 м/c) проходят раскаленные топочные газы. На уровне расположения горелок в сечении топки выделяется огромное количество теплоты и резко растет температура топочной среды.

Основной тепловой характеристикой топочных устройств паровых котлов является тепловая мощность топки, кВт,

Характеризует количество теплоты, выделяющейся в топке при сжигании расхода топлива В, кг/с, с теплотой сгорания Q, кДж/кг. Если отнести все тепловыделение в зоне горения топлива к сечению топки, то получим расчетную характеристику — тепловое напряжение сечения топочной камеры

Глубина топочной камеры b = 6 ¸ 10,5 м определяется размещением горелок на стенах топочной камеры и обеспечением свободного развития факела в сечении топки так, чтобы высокотемпературные языки факела не касались охлаждающих настенных экранов. Глубина топки возрастает до 8¸10,5 м при использовании более мощных горелок с увеличенным диаметром амбразуры и при их расположении в несколько (два-три) ярусов на стенах топки.

Ширина фронта топки а = 9,5 ¸ 31 м и зависит от вида сжигаемого топлива, тепловой мощности (паропроизводительности) котла и может быть получена из ранее принятых значений f_Т и b. С увеличением мощности парового котла размер а растет, но не пропорционально росту мощности, характеризуя таким образом увеличение тепловых напряжений сечения топки и скорости газов в ней.

Высота топочной камеры h_Т = 15 ¸ 65 м должна обеспечить практически полное сгорание топлива по длине факела в пределах топочной камеры и размещение на ее стенах поверхности экранов, необходимых для охлаждения продуктов сгорания до заданной температуры.

Значения допустимых тепловых напряжений топочного объема также нормируются. Они изменяются от 120 кВт/м³ при сжигании углей с твердым шлакоудалением до 210 кВт/м³ при жидком шлакоудалении. Значение q_V определяет среднее время пребывания газов в топочной камере. С увеличением теплового напряжения q_V время пребывания газов в топочной камере уменьшается.