Потери тепла от наружного охлаждения и с физическим теплом шлаков

Наружная поверхность топки и газоходов, опускные и пароотводящие трубы экранов, коллекторы экранов, пароперегревателей и во­дяных экономайзеров, барабаны, трубопрово­ды, воздухопроводы и газопроводы при рабо­те котельного агрегата всегда имеют температуру, болеевысокую, чем температура окру­жающей среды. За счет конвекции (и частич­но излучения) происходит отдача тепла этими поверхностями в окружающую среду.

Потери тепла от наружного охлаждения котельного агрегата зависят от размераи температуры его наружной поверхности, а также от температуры окружаю­щего воздуха.

Количество тепла, теряемое в окружающую среду котельным агрегатом, пропорционально его тепловой мощности, т. е. полезно исполь­зованному теплу ( ).

Увеличение поверхности охлаждения очень сильно отстает от роста производительности котельного агрегата. Поэтому по абсолютной величине потери тепла в окружающую среду котельных агрегатов малой производитель­ности часто не намного меньше, чем у котлов большой мощности. Так как количество тепла, вносимое в котельный агрегат в час, примерно пропорционально его производительности, то потеря тепла от наружного охлаждения, выраженная в процентах от располагаемого тепла,

будет тем больше, чем меньше производитель­ность котла.

Потери тепла при работе котельного агрегата имеют место и за счет удаления из топки шлака, температура которого бывает достаточ­но высока. В пылеугольных топках с сухим шлакоудалением температура шлака до­стигает 600–700° C. В топ­ках с жидким шлакоудалением температура шлака примерно на 100°С выше температуры начала жидкоплавкого состояния. Тепло шлака в котельном агрегате еще не используется.

Потеря с физическим теплом шлака

здесь физическое тепло шлака, кДж/кг, которое подсчитывается по формуле:

где – температура шлака, °С;

с₃ – средняя теплоемкость золы от 0°С до температуры шлака, кДж/кг°С.

Классификация топочных устройств.

Определения.

В общем случае, под топкой подразумевается устройство, в котором происходит сжигание топлива. В любом топочном устройстве топливо претерпевает существенные изменения. В рабочей массе топлива происходят процессы, в результате которых образуются горючие соединения, обычно значительно отличающиеся от веществ, составляющих горючую часть исходного топлива.

Условия протекания, продолжительность и конечные результаты топочных процессов зависят не только от свойств топлива, но и от ряда химических и физических факторов. Например, полнота сгорания топлива обусловливается температурным режимом в топке, наличием необходимого количества воздуха, интенсивностью перемешивания летучих соединений с воздухом, скоростью подвода воздуха, временем пребывания горючего в топке и т.д..

Процесс сжигания топлива можно представить разделенным на ряд стадий. Для твердого топлива это следующие стадии: подогрев, испарение влаги, выход летучих веществ, горение летучих и горение коксового остатка. Жидкое топливо проходит лишь три стадии: подогрев, испарение и горение. Для газообразного топлива существует две стадии: подогрев и горение. Такая разбивка процесса горения условна, хотя эти стадии и протекают последовательно, они частично налагаются друг на друга.

Рис. 6.1.1.

G – вес частицы топлива

Р_{в –} сила напора воздуха_.

Все топки по аэродинамическому признаку (рис.6.1.1.) разделяются на четыре группы:

1 – при G >> Рв – топки с плотным слоем;

2 – при G ≈ Рв – топки с кипящим (псевдосжиженным) слоем;

3 – при G < Рв – камерные топки;

4 – при G << Рв – вихревые топки.

Указанные группы топок различаются расчетными характеристиками, к которым относятся:

- коэффициент избытка воздуха в топке, ;

- потеря тепла от химической неполноты сгорания,

- потеря тепла от механической неполноты сгорания,

- доля золы топлива в уносе,

- сопротивление слоя топлива, Р_сл;

- тепловое напряжение зеркала горения

- тепловое напряжение топочного объема

Слоевые топки.

Под слоевой топкой подразумевается колосниковая решетка, поддерживающая слой горящего топлива и топочное пространство. Работа слоевой топки складывается из трех стадий:

- загрузка топлива,

- шуровка слоя,

- выгрузка шлака.

По степени механизации этих стадий топки делятся на: ручные, полумеханические и механические (рис. 6.2.1.).

Рис. 6.2.1. Классификация слоевых топок.

а) топка с неподвижным слоем топлива; б) топка с наклонной решеткой; в) топка с наклонно-переталкивающей решеткой; г) топка с шурующей планкой; д) топка с цепной решеткой; е) факельно-слоевая топка

Ручные слоевые топки (рис. 6.2.2.). Про­стейшими из всех слоевых топок являются топки с не­подвижной горизонтальной решеткой. Колосниковая решетка поддержива­ет слой сжигаемого топлива и одновременно служит для равномерного распределения воздуха, поступающего в топку. Полотно колосниковой решетки состоит из чугун­ных колосников балочной или плиточной формы. Для усиления жесткости и улучшения отвода теплоты от ко­лосников они снабжены ребрами. Колосники укладыва­ются по ширине и длине топки рядами на специальные чугунные опорные балки, укрепленные в боковых стенах топки. Число рядов колосников по длине топки зависит от размеров топки и способа загрузки топлива. При руч­ной загрузке топлива длина колосниковой решетки боль­ше 2–2,5 м не делается, так как трудно ее обслужи­вать. Балочные колосники на концах и в середине имеют утолщения; поэтому при их укладке между колосни­ками образуются зазоры, через которые воздух прохо­дит в слой. В колосниках плиточной формы для прохо­да воздуха делают щелевые или круглые отверстия, рас­ширяющиеся книзу. Это сделано для того, чтобы зола и кусочки шлака не застревали в них.

Рис. 6.2.2. Слоевая топка с ручной колосниковой решеткой.

1 – воздушный канал; 2 – заслонка; 3 – рукоятка; 4 – дверка; 5 – загрузочное отверстие; 6 – топочная камера; 7 – колосниковая решетка; 8 – подколосниковая балка; 9 – поворотный колосник; 10 – зольник; 11 – шлаковый затвор

При горении топлива в слое по высоте можно выделить три зоны: свежезагруженного топлива, горения кокса и шла­ковой подушки. В первой (верхней) зоне – свежезагруженного топлива – происходят подогрев, подсушка и вы­деление летучих, состоящих из СО, СН₄, Н₂ и других уг­леводородов. Во второй зоне – горения кокса – проис­ходят основные реакции горения углерода с образованием СО₂ и СО, а также летучей серы с выделением SO₂. В третьей зоне – шлаковой подушки – происхо­дят выделение золы, образование шлаков 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.

Полумеханические слоевые топки с забрасыва­телями. Совершенствование топочных устройств являет­ся одной из основных задач в области механизации тру­доемких процессов в котельных установках малой мощ­ности. В слоевых топках одной из самых трудоемких операций, подлежащих механизации, является подача топлива в топку. В котельных установках малой мощности получили распространение топки с подачей топлива на неподвижную колосниковую решетку с помощью рота­ционных забрасывателей. Наиболее эффективными являются топки, оборудованные пневмомеханическими ротационными забрасывателями и решеткой с поворотны­ми колосниками (рис. 6.2.3.). Топка ПМЗ—РПК относится к факельнослоевым устройствам с неподвижной горизонтальной колосниковой решеткой, непрерывным забросом топли­ва на неподвижный горящий слой и периодическим уда­лением шлака. Мелкие частицы топлива относятся воз­духом и сгорают в объеме топки. Количество вторично­го воздуха, подводимого к забрасывателю, составляет около 15 % общего количества воздуха, необходимого для горения топлива. Давление вторичного воздуха до 800 Па. Топки ПМЗ – РПК рекомендуются для котель­ных установок с паропроизводительностью до 1,8 кг/с.

Рис. 6.2.3. Топка ПМЗ-РПК ЦКТИ с пневмомеханическим забрасывателем.

1 – шлаковый затвор; 2 – воздухоподводящий трубопровод; 3 – рукоятка; 4 – чугунный короб для подвода воздуха к соплу забрасывателя топлива; 5 – забрасыватель в цилиндрическом лотке; 6 – регулирующая плита; 7 – бункер для топлива; 8 – топочная камера; 9 – боковые сопла для топлива; 10 – гляделки; 11 – колосниковая решетка; 12 – вал для поворота колосников; 13 – шлаковый бункер

Механические слоевые топки с цепными решет­ками (рис. 6.2.4. – 6.2.7.). Характерной особенностью механических топок сцепными решетками являются непрерывное перемеще­ние топлива вместе сколосниковой решеткой, представ­ляющей собой транспортер, выполненный ввиде беско­нечного полотна. Чешуй­чатая цепная решетка ЧЦР выполнена из наклонно рас­положенных беспровальных колосников и имеет длину 5600 – 8000 мм, ширину 2330—4550 мм. По длине решетки процесс горения достаточно четко разделяется на сле­дующие этапы: подготовка топлива (подсушка, выделе­ние летучих); горение кокса и летучих; выжиг и удале­ние шлака. Учитывая, что для различных этапов горе­ния требуется разное количество воздуха, принимают позонное дутье.

Слой топлива на решетке условно можно разделить на следующие характерные зоны: 1 – свежего топлива; 2–выхода и горения летучих; 3–горения кокса; 4 – восстановительных реакций; 5 – выжига шлака. Для различных зон горения топлива потребность в воздухе по длине колосниковой решетки неодинакова. Наименьшее количество воздуха требуется в начале и в конце решетки (т.е. там, где происходят воспламенение топ­лива и выжиг шлака). В средней части решетки, где происходит активное горение топлива, расход воздуха должен быть максимальным. Этим определяется целе­сообразность применения в цепных решетках позонного подвода воздуха.

Рис. 6.2.4. Топка с цепной решеткой прямого хода ВТИ-Комега-БЦР.

1 – цепи; 2 – зубчатое колесо-звездочка; 3 – предтопок; 4 – наклонная плоскость; 5 – скребковый питатель; 6 – колосниковое полотно; 7 – шлакосниматель; 8 – задний ролик; 9 – шлаковый бункер; 10 – зонные воздушные камеры

Рис. 6.2.5. Топка с цепной решеткой обратного хода ПМЗ-ЛЦР

Рис. 6.2.6. Шахтная топка для кускового торфа.

1 – горизонтальный нижний колосник; 2 – балка с водяным охлаждением; 3 – горизонтальный верхний колосник; 4 – подвод воздуха; 5 – шиберы для межзонных перегородок; 6 – нижний наклонный колосник; 7 – верхний наклонный колосник; 8 – шуровочная дверца; 9 – загрузочный бункер; 10 – самозакрывающийся загрузочный шибер

Рис. 6.2.7. Топка с шурующей планкой.

1 – корыто нижнего зажигания; 2 – шурующая планка; 3 – редуктор; 4 – звездочка; 5 – электродвигатель; 6 – труба для цепей-штанг; 7 – прижимной ролик; 8 – шарнирные цепи-штанги; 9 – топливный бункер; 10 – канал подвода вторичного воздуха; 11 – колосниковая решетка; 12 – панель; 13 – дожигательная решетка