Здравствуйте! В котлоагрегатах средней и большой мощности топливо сжигается в пылевидном состоянии. В настоящее время на всех тепловых электростанциях, работающих на твердом топливе, устанавливаются котлоагрегаты с камерными топками. Пылевидное сжигание топлива позволило рационально использовать местные многозольные топлива, которые трудно сжигать в слоевых топках (бурые угли, отходы при добыче топлива в виде мелочи и антрацитового штыба).
Камерные топки позволяют полностью механизировать процесс горения. Твердое топливо для камерных топок подвергается перед сжиганием предварительному дроблению и размолу. Наиболее широкое применение при сжигании каменных углей получила схема пылеприготовления с шаровыми барабанными мельницами, а при сжигании бурых углей и фрезерного торфа — шахтномельничные топки с молотковыми мельницами. Шаровые мельницы обычно применяются при размоле топлив повышенной прочности и с малым выходом летучих (тощие угли, антрациты). В них достигается более тонкий помол этих видов топлива для лучшего воспламенения и более полного сжигания (уменьшения механического недожога).
Шаровая барабанная мельница представляет собой горизонтальный цилиндрический барабан, вращающийся со скоростью около 20 об/мин. Часть объема барабана заполняется стальными шарами диаметром 30—40 мм. В барабан подается топливо. При его вращении шары перекатываются и попадающее между ними топливо размалывается. Во избежание быстрого износа барабана внутренняя поверхность его покрыта броневыми плитами. Через мельницу продувается горячий воздух, который уносит мелкие фракции топлива. После мельницы угольная пыль подается в топку или отделяется от воздуха и, направляется в бункер, в котором содержится необходимый для работы котлоагрегата запас топлива. Преимущество шаровых мельниц заключается в тонком размоле топлива.
Угольная пыль подается в топку через горелки, которые бывают круглыми и щелевыми. Схема щелевой горелки показана на рис.1.
По внутренней щели 1 поступает пылевоздушная смесь, которая рассекателем 2 направляется к вторичному воздуху, подводимому по наружным щелям 3. Щелевые горелки обычно устанавливают сверху топки, при этом факел направляется сверху вниз, делает петлю и поворачивает вверх к выходу из топочной камеры. Для топлив с малым выходом летучих применяют горелки, в которых происходит завихрение вторичного воздуха, увлекающего за собой угольную пыль после рассекателя. Важное значение для процесса горения имеет правильное размещение горелок в топочной камере, обеспечивающее полное сгорание пыли.
В шахтно — мельничных топках сжигаются влажные топлива с большим выходом летучих (более 30%), не требующие тонкого размола (бурые угли и фрезерный торф). Эти топочные устройства проще и дешевле по сравнению с пылеугольными топками, оснащенными шаровыми мельницами, и потребляют меньше энергии на размол топлива.
На рис.2 представлена схема шахтной мельницы. Рабочим органом молотковой шахтной мельницы является ротор, помещенный в защитный кожух. Измельчение топлива происходит с помощью шарнирно-закрепленных молотков или бил, которые при вращении ротора 1 размалывают топливо. Ротор вращается электродвигателем со скоростью 730 или 980 об/мин. Мельница через сепарационную шахту 3 и амбразуру 4 соединяется с топочной камерой. Топливо непрерывно подается в мельницу по каналу 2. Здесь оно измельчается и подсушивается горячим воздухом, подводимым из воздухоподогревателя, и образовавшаяся пыль уносится через шахту и амбразуру в топочную камеру, где сгорает во взвешенном состоянии. В шахте происходит сепарация крупных фракций топлива, которые падают обратно в мельницу. В мельницу подается 70—80% воздуха, необходимого для горения, а остальные 20—30% поступают непосредственно в топочную камеру.
Коэффициент избытка воздуха для шахтно-мельничных топок равен 1,2—1,3. Регулирование работы топки осуществляется изменением количества подаваемого в мельницу топлива и изменением скорости воздуха в шахте. В зависимости от производительности котлоагрегата на каждый котел устанавливается одна, две или более мельниц.
Устойчивая работа котлоагрегата при пылевидном сжигании зависит от его нагрузки. При нагрузке менее 60% (в зависимости от качества топлива) работа топки становится неустойчивой и возможны случаи затухания факела.
Камерные топки применяются также для сжигания газообразного и жидкого топлива (мазута). Для распыления мазута устанавливаются форсунки, которые бывают паровыми, механическими и воздушными. Паровые форсунки применяются редко и в основном для небольших установок, так как они расходуют значительное количество пара. Наиболее широкое распространение получили механические форсунки. Подача мазута в них осуществляется насосом под давлением 0,8—2 МПа после предварительного подогрева и очистки от механических примесей в фильтрах.
При воздушном распиливании воздух подается в форсунку под давлением 2—7 кПа и, проходя в топку через кольцевую щель вокруг ствола форсунки, по которому подается топливо, распиливает его. Однако вследствие небольшой скорости движения воздуха распыливание топлива происходит плохо, что вызывает повышенные потери топлива при горении. Поэтому воздушные форсунки большого распространения не получили.
Развитие газовой промышленности привело к широкому использованию природного газа как топлива для котельных установок. Природный газ сжигается в топках, подобных мазутным и применяемых для котлоагрегатов различной паропроизводительности. Горелки для сжигания газа из-за его высокой теплоты сгорания имеют небольшие выходные сечения. Различают газовые горелки низкого и высокого давления. Через горелку в топку поступает смесь газа с воздухом, причем процесс смешивания происходит в самой горелке.
Для сжигания природного газа в котлоагрегатах большой паропроизводительности устанавливают горелки низкого давления с принудительной подачей воздуха. Наиболее распространены различные конструкции круглых горелок, но иногда применяются и щелевые. Среди круглых газовых горелок большой производительности можно отметить горелки, в которых газ вводится в поток воздуха из периферийной кольцевой камеры через большое количество мелких отверстий. Это конструктивное решение оказывается очень удобным при выполнении комбинированных горелок. Скорость выхода воздуха в газовых и газомазутных горелках принимается равной 20—35 м/с, а скорость выхода газа из щелей 25—150 м/с.
Для сжигания фрезерного торфа в котлоагрегатах производительностью до 20 т/ч применяется пневматическая вихревая топка системы Шершнева (рис. 3). Основная масса воздуха (до 80%) после воздухоподогревателя по соплам 1 поступает в нижнюю часть топочной камеры со скоростью 30—40 м/с. Навстречу потоку воздуха по каналу 3 подается фрезерный торф. Конфигурация топочной камеры 2 и направление струи воздуха таковы, что в нижней части топки образуется газовоздушный вихрь с горизонтальной осью вращения. Самые мелкие фракции топлива быстро воспламеняются и сгорают. В верхней расширенной части топки скорость газовоздушной струи снижается, что приводит к сепарации частиц топлива. При этом крупные и более тяжелые фракции выпадают вниз и снова подхватываются потоком, а мелкие частицы догорают в верхней части топочной камеры.
Основное достоинство этой топки заключается в простоте конструкции и относительно высокой экономичности работы. Недостатками топки являются шлакование ее при работе на сухом торфе и трудность регулирования коэффициента избытка воздуха.
Вихревые топки циклонного типа применяются в качестве предтопка для камерных топок. Различают топки с горизонтальными и вертикальными циклонными камерами. Циклонная камера (рис. 4) экранируется витками из труб небольшого диаметра, к которым привариваются шипы, покрываемые слоем огнеупорной массы.
Пылевоздушная смесь и вторичный воздух, тангенциально подаваемые в камеру со скоростями 100—120 м/с, создают в ней мощный вихрь, в котором происходит интенсивное горение топлива. Тепловые напряжения топочного объема циклонных камер очень высоки, и температура горения в них достигает 1700° С. Из-за небольшой длины камеры горение в ней полностью не заканчивается, и окончательное дожигание горючих происходит в камере 3, где также поддерживается высокая температура. Из камеры 3 продукты сгорания выходят в сильно экранированную камеру — факельную топку 2. Вследствие высокой температуры в циклонной камере происходит плавление золы, и шлак удаляется из топки в жидком состоянии. В результате в дымовых газах, поступающих в камеру 2, остается около 10—20% золы, топлива.
Применяются также циклонные топки с твердым золоудалением для сжигания низкокалорийных сортов топлива. Процесс горения в них идет при относительно низкой температуре, и зола топлива в твердом виде выносится в газоходы котла. Эксплуатация циклонных топок с жидким шлакоудалением показала высокую их эффективность. Преимуществами циклонных топок являются:
1) высокое теплонапряжение топочного объема, что приводит к сокращению габаритов топки;
2) улавливание в пределах камеры и удаление в жидком виде до 80—90% золы топлива (это дает возможность в ряде случаев отказаться от установки золоуловителей);
3) возможность работы с малым избытком воздуха (α = 1,05—1,1), что снижает потери теплоты с уходящими газами;
4) возможность работы на дробленом топливе или пыли грубого помола — это позволяет упростить систему пылеприготовления и снизить расход электроэнергии на топливоприготовление.
К недостаткам относятся трудность сжигания углей с малым выходом летучих, а также высоковлажных углей и повышенный расход электроэнергии на дутье. Исп. литература: 1) Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Спасибо за такое доступное объяснение. Без Вас бы не разобрался.
Если честно, не вполне понятен такой момент-применимы ли такие (описанные) агрегаты в быту. в том смысле, что не встречался с большинством из них.
Я помню время когда у нас в частной застройке повсеместно устанавливались угольные котлы. Как же хорошо, что сейчас можно обогревать эти дома газом, насколько меньше мороки))
Ну это сугубо личное мнение.