Камерная топка

Схема камерной топки
1 - горелка;
2 - топочная камера;
3 - обмуровка;
4- топчный экран;
5 - потолочный радиационный пароперегреватель;
6 - фестон.

Камерная топка - топка парового котла, выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры, в которой топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твёрдое пылевидное топливо под котлами паропроизводительностью от 50 до 2500 т/ч и более, а также газообразное и жидкое топливо - под котлами той же и меньшей производительности. Устанавливают камерную топку и к крупным водогрейным котлам.

Методика сжигания в камерной топке

В камерных топках твердое топливо сжигается непосредственно в топочном объеме. Для того чтобы частицы топлива в течение своего короткого пребывания в топочном объеме успели полностью сгореть, необходимо подавать их в топочную камеру в тонко измельченном виде, чем достигается увеличение поверхности соприкосновения топлива с воздухом. Измельчение топлива до пылевидного состояния осуществляется в специальных угольных мельницах. Для производительной и бесперебойной работы мельниц измельчаемое в них топливо должно быть подвергнуто сушке. Таким образом, котлы с камерными топками для сжигания твердого топлива должны быть снабжены системой устройств пылеприготовления. В этих устройствах топливо проходит следующие стадии подготовки: дробление, сушку и измельчение, для осуществления которых в систему пылеприготовления входит ряд элементов и транспортирующих звеньев. Приготовленное пылевидное топливо первичным воздухом подается в горелки топки для сжигания.

Класификация камерных топок

Вихревая топка

Камерные топки разделяют:

• По способу сжигания топлива:
  • Вихревые топки;
  • Факельные топки;
  • Топки с кипящим слоем.
• По способу удаления шлака:
  • с твердым шлакоудалением;
  • с жидким шлакоудалением:
    • однокамерные;
    • двухкамерные.

Вихревая (циклонная) топка

Циклонная топка
1 - частицы топлива
2 - газовоздушный поток

Вихревая (циклонная) топка - топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5-10 мм и более). В современных вихревых топках сжигаются куски твёрдого топлива размером 2-100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30—150 м/сек. В результате интенсивного горения в топке развиваются температуры, близкие к адиабатным (до 20000С). Зола угля плавится, жидкий шлак стекает по стенкам. Существуют горизонтальные и вертикальные циклонные предтопки, причём последние применяются значительно реже. Диаметр горизонтальных циклонных предтопков 1,2-4 м, относительная длина их не превышает 1,5-1,6.

Топки этого типа широко используются за рубежом. Вихревые топки характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры и степенью улавливания шлака до 90%. В другой топке тепловое напряжение объёма в 10-20 раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80%. Одна крупная вихревая топка позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150—180 т/ч, поэтому у котлов большой мощности устанавливают до 12-14 горизонтальных циклонных предтопков.

В данное время от применения таких топок отказались. Однако они продолжают применяться для сжигания серы с целью получения SO₂ в производстве H₂SO₄ (серной кислоты) и обжига руд.

Факельная топка

Факельная топка
1 - топливо;
2 - воздух.

Факельные топки - топки паровых и водогрейных котлов или печей, в которых топливо (угольная пыль, распыл, мазут или газ) сгорает в факелах, занимающих в отличие от слоевой топки большую часть объема топочной камеры. Факельные топки были разработаны для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе, что позволило с высокой надежностью и экономичностью использовать топливо пониженного качества, значительно повысить единичную производительность котлоагрегатов. Топливо перед подачей в топку очищают, измельчают и высушивают в системе пылеприготовления топлива. Факельные топки весьма удобны для сжигания газообразного и жидкого котельного топлива, при этом газообразное топливо не требует предварительной подготовки, а жидкое должно быть распылено форсунками.

Факельные топки для пылевидного топлива подразделяют на следующие:

• с удалением шлака в твердом состоянии (сухое шлакоудаление);
• с жидким шлакоудалением.

В зависимости от расположения горелок факелы могут не иметь поворота в топке (при подовом или сводовом расположении горелок) либо поворачиваться на 90° (при горизонтальном расположении горелок) или на 180° (U-oбразный факел). Температура факела в ядре горения доходит до 2000°С, постепенно снижаясь примерно до 1000°С на выходе из топки. Для факельных топок характерно интенсивное теплоизлучение пламени на стены топки. Стены топки обычно покрыты экранами из водоохлаждаемых труб, а у современных мощных паровых котлов состоят из плавниковых труб, сваренных между собой. При этом тяжеловесная наружная обмуровка из огнеупорных кирпичей, применявшаяся на старых котлах, заменяется лёгкой изоляцией, навешиваемой с наружной стороны на экранные плавниковые трубы. Большая часть современных топок – факельные.

Топка с кипящим слоем

Топка с кипящим слоем

Топка с кипящим слоем занимает промежуточное положение между топками слоевого сжигания и факельными. Со слоевыми топками их объединяет, прежде всего, возможность сжигания "дробленки" с размером кусков до 10-20 мм и наличие решетки, через которую в слой подается воздух. При повышении скорости воздуха, продуваемого через слой, наступает момент, когда аэродинамическая сила, действующая на каждую частицу топлива, преодолевает силы взаимного трения частиц. Дальнейшее увеличение расхода воздуха приводит к псевдоожижению частиц топлива, слой как бы кипит (отсюда название "кипящий слой"), высота и пористость его увеличивается.

Минимальную скорость, при которой начинается псевдоожижение, называют первой критической скоростью W_кр1; при второй критической скорости W_кр2 аэродинамическая сила становится равной силе тяжести частиц топлива, и начинается их интенсивный вынос из слоя. Оба эти параметра имеют строго определенные значения только для монодисперсного материала с постоянной плотностью, а слой, как известно, состоит из полифракционного инертного материала и частиц топлива разной плотности.

Реальные топочные устройства с кипящим слоем работают со скоростями от W_кр1 до W_кр2.

Различают топки с обычным, или стационарным кипящим слоем (когда скорость в нем близка к W_кр1) и топки с циркулирующим кипящим слоем (когда скорость близка к W_кр2). В последнем случае из слоя выносится значительная часть недогоревшего топлива, которое затем улавливается в горячих циклонах и возвращается для дожигания.

Важно отметить, что в топках с кипящим слоем количество горючего материала составляет обычно небольшую долю от массы слоя, основу его составляет инертный материал или зола топлива (при сжигании высокозольных углей). Интенсивное перемешивание твердых частиц под воздействием сжижающего воздуха, проходящего через слой зернистого материала, обеспечивает повышенный тепло- и массообмен в слое. Погружение в кипящий слой поверхностей нагрева позволяет поддерживать температуру на таком уровне, при котором не происходит зашлаковки слоя.

Достоинста топки с кипящим слоем

• Обеспечивается высокий коэффициент теплопередачи;
• Длительное пребывание частиц в слое позволяет сжигать уголь с повышенной зольностью и отходы производства;
• Появляется возможность создать более компактное топочное устройство без системы пылеприготовления, при этом снижаются удельные капитальные затраты на сооружение котельной, а также ремонтные расходы;
• Добавка известняка в слой связывает серу топлива с зольным остатком, что уменьшает выбросы сернистого ангидрида с дымовыми газами в атмосферу;
• Низкие температуры в слое (800-950°С) обеспечивают отсутствие термических оксидов азота, что в некоторых случаях сокращает выбросы оксидов азота в атмосферу.

Преимущества камерных топок

• Возможность экономичного использования практически всех сортов угля, в том числе и низкокачественных, которые трудно сжигать в слое;
• Хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет работать с небольшим избытком воздуха (α=1,2-1,25);
• Возможность повышения единичной мощности котельного агрегата;
• Относительная простота регулирования режима работы и, следовательно, возможность полной автоматизации топочного процесса.