для чего предназначена топочная камера
Типы топок
Типы топок
Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой, В то же время типы топок служат теплообменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.
По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках — газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.
В современных котельных установках обычно используются три основных способа сжигания твердого топлива (рис. 14): слоевой, факельный, вихревой.
Слоевые топки. Типы топок, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят производительность и экономичность котельной установки.
Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.
Полу механическими топками называют те типы топок, в которых механизированы одна или две операции. К ним: относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы. Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в топку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.
Слоевые топки для сжигания твердого топлива (рис. 15). Типы топок делят на три класса: топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой (рис. 15, а и б).
На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1-2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч;
топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (рис. 15, в, г и д), к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч;
в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч;
топки с движущимися механическими ценными колосниковыми решетками (рис. 15, е и ж) двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.
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.
Рис. 16. Схемы камерных (факельных) топок:
По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.
Камера топки с твердым шлакоудалением (рис. 16, а) 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 (рис. 16, б) 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.
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.
Конструкция и виды каминных топок
Процесс горения дров происходит в такой части отопительной системы как топка. Камин будет работать с большей эффективностью, если при установке данного элемента соблюдены все нормы и правила.
Конструктивные элементы
Топки каминов состоят из следующих элементов, которые находятся в большинстве моделей независимо от их конфигурации:
Принцип работы
Современные отопительные приборы работают следующим образом. В камеру загружается топливо, которое поджигается. Если топка для каминов открытого типа, свежий воздух поступает непосредственно через портал, а если закрытого – то через несколько каналов.
Принцип работы камина
Основной поток перемещается через колосниковую решетку, что можно контролировать при помощи специальной задвижки. Также небольшая часть воздуха попадает из внешней среды, нагревается между двойными стенками и направляется на дверцу. Это препятствует образованию сажи на внутренней поверхности стекла.
Еще одна часть свежего воздуха поступает через заднюю стенку в дымосборник, где смешивается с газами, которые образуются в процессе горения. Данная смесь повторно воспламеняется, что повышает количество тепловой энергии, выделяемой отопительным прибором. Эта схема получила название «система вторичного дожига» и используется во многих современных топках каминов.
Тепловая энергия, которая выделяется от дров, может аккумулироваться внутри стенок отопительного прибора. При этом она будет постепенно выделяться в окружающую среду. Также нагретый воздух выходит из топочной камеры через вентиляционные решетки.
Из чего делают камеры для каминов?
Каминные топки со стеклянной дверцей или без нее могут исполняться из следующих материалов:
Чугунные топки – отличное решение для отопительной системы, поскольку они меньше подвергаются деформациям, чем стальные. Чугун хорошо переносит перепады температуры, которые образуются после регулярного использования агрегатов для обогрева дома.
Стальные топки для каминов изготовляют из жаропрочного металла. Он должен выдерживать жар от огня и частые перепады температуры при нагреве и остывании материала. Особенностью топок для камина из стали считается наличие сдвоенной стенки. Это позволяет повысить продуктивность отопительных приборов.
Чугунные топки, в отличие от стальных, не имеют такого разнообразного модельного ряда, но они более надежны и долговечны.
Любителям красивого спектакля огня посвящается…
Когда для топок камина применяется шамотный кирпич, необходимо дополнительно обустраивать фундамент. Учтите, что нельзя устанавливать данные агрегаты на деревянный пол.
Открытые и закрытые топочные камеры
Каминные топки в зависимости от типа исполнения разделяют:
Как еще разделяют топочные камеры?
Кроме закрытых и открытых топок для камина, выделяют встроенные агрегаты. Они выпускаются в виде кассет или инсертов. Каминные топки данного типа легко устанавливаются в открытый портал, поскольку не имеют высокого дымосборника.
Чтоб избежать проблем с этим агрегатом, нужно во время горения дров плотно закрывать дверцу. Это поможет не допустить задымления помещения, что часто встречается при использовании топки для каминов кассетного типа.
Встроенный камин с закрытой топкой
Камера для горения дров может быть дополнительно оборудована водяным или воздушным контуром. Топка для каминов может быть разной мощности от 4 кВт до 25 кВт. Этот показатель зависит от материалов, из которых изготовлен агрегат, от объема камеры для топлива.
Для топок камина применяются различное стекло – плоское, овальное, призматическое, полукруглое, Г- и П-образное, и другие. Размер камеры для дров может быть от 40 см даже до 1,5 м, в зависимости от предназначения прибора.
Для топок каминов используется облицовка, что помогает значительно повысить продуктивность агрегата. С этой целью используется шамот, вермикулит, огнеупорная плитка и другие материалы.
Как правильно произвести монтаж?
Топка для каминов должна устанавливаться с применением следующих правил:
Видео: Установка печи-камина
Топочные устройства
Топочные устройства
Существующие топочные устройства можно разделить на слоевые и камерные. Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на колосниковой решетке. В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые (циклонные).
На рис. 19.1 показаны схемы слоевого, факельного и вихревого способов сжигания топлива. При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух подается к слою топлива через колосниковую решетку.
Уменьшение размеров топливных частиц приводит к возрастанию площади удельной поверхности контакта с окислителем. В горящем пылевоздушном факеле развивается высокая температура. Это способствует интенсификации прогрева топлива и его воспламенения.
Циклонный способ сжигания основан на использовании закрученных топливовоздушных потоков. Транспорт топлива осуществляется воздухом. Топливные частицы циркулируют по определенным траекториям в течение времени, необходимого для завершения их сгорания. Под действием центробежных сил частицы движутся в виде уплотненного пристенного слоя, интенсивно перемешиваясь с воздухом. Время пребывания частиц в циклонной камере выбирается достаточным для выгорания грубой пыли (размер частиц 200 мкм) или дробленого топлива (размер частиц до 5 мм).
Слоевые топки. По способу механизации операций обслуживания (подача топлива, шуровка слоя, удаление золы и шлака) слоевые топки делятся на ручные (немеханизированные), полумеханические и механические. В полумеханических топках механизирована часть операций. В механических топках механизированы все операции.
Классификация наиболее типичных и относительно широко распространенных топочных устройств со слоевым сжиганием топлива показана на рис. 19.2.
В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива слоевые топки можно разделить на три группы:
Рис. 19.1. Схемы способов сжигания твердого топлива
Рис. 19.2. Схемы слоевых топок
На рис. 19.2, е показана топка конструкции проф. Макарьева для сжигания кускового топлива с присадкой фрезерного торфа. Эта топка снабжена предтопком в виде шахты, в которой топливо подсушивается и подвергается частичной газификации. Подсушивающий горячий воздух поступает по каналам, расположенным на передней стенке предтопка.
Для сжигания антрацитов, слабоспекающихся каменных и бурых углей с Ар 42 кг/с) производительности.
Рис. 19.3. Пневмомеханический забрасыватель топлива
Основные преимущества камерных топок заключаются в следующем:
Пылеугольные топочные стройства можно классифицировать по расположению горелок (фронтальное, встречное, угловое) и способу удаления шлака из камеры (твердое или жидкое). Расположение горелок на стенках камерных топок показано на рис. 19.4. Потолочное и одноярусное фронтальное расположение горелок применяется для котлов производительностью до 33 кг/с (120 т/ч). Для котлоагрегатов производительностью свыше 33 кг/с рекомендуется боковое встречное и угловое тангенциальное расположение горелок. Применяется также многоярусная фронтальная установка горелок.
Предпочтительнее схема с установкой угловых тангенциальных горелок, так как в этом случае создается интенсивное (вихревое) перемешивание топлива с воздухом, развиваются более высокие температуры и процесс горения протекает более полно.
В топках с удалением твердых шлаков сжигают высокозольные бурые угли, каменные угли, фрезерный торф, сланцы.
Слабореакционное топливо (антрациты, полуантрациты, тощие каменные угли) целесообразно сжигать в топках с удалением жидких шлаков.
Рис. 19.4. Схемы расположения горелок в топочной камере
Естественно, что температура газов на выходе из топки всегда ниже температуры в зоне горения, так как часть теплоты передается экранным поверхностям. Если ее значение будет превышать температуру размягчения золы, то часть уносимой из топки золы, осаждаясь на стенках труб и обмуровке, будет препятствовать дальнейшей нормальной эксплуатации топки.
Рис. 19.5. Факельные топки для сжигания пылевидного топлива
Тонкость помола определяется сортом угля. Основным фактором, определяющим экономическую сторону помола пыли, является выход летучих. Топливо с большим выходом летучих сгорает интенсивнее, поэтому допускается его сжигание при более грубом помоле.
Бурые и каменные угли с относительно высоким выходом летучих и низкой механической прочностью размалываются в молотковых (быстроходных) мельницах.
На рис. 19.6 показана быстроходная молотковая мельница для размола топлива с шахтой для гравитационной сепарации пыли. Эта топка предназначена для сжигания бурых углей, каменных углей (Vr > 30 %), фрезерного торфа, сланцев. Топливо подается в шахту по течкам 3. Куски топлива падают вниз и размалываются при соударении с молотками, насаженными на ротор, который вращается с большой скоростью. Часть воздуха подводится по воздуховоду 2. Мелкая пыль подхватывается потоком воздуха и по шахте 4 направляется в топку через амбразуру 5. Через сопла 6 в топку подается остальное количество воздуха. Более крупные частицы, которые не уносит воздух, под действием собственного веса вновь падают вниз шахты для дальнейшего измельчения.
Сжигание твердого топлива в факеле. Большое значение для работы пылеугольных топок имеет конструкция применяемых горелок. Горелки должны обеспечивать хорошее перемешивание топлива с воздухом, надежное зажигание аэросмеси, максимальное заполнение факелом топочной камеры и легко поддаваться регулированию по производительности в заданных пределах.
В настоящее время для факельного сжигания твердого топлива широкое распространение получили вихревые горелки с закрученными потоками аэросмеси и вторичного воздуха и щелевые прямоструйные горелки.
В щелевых горелках пылевоздушная смесь подается в топку через узкие щели. Дальнобойность факела при таком вводе аэросмеси в топку получается значительной. Эти горелки используют для встречной или угловой установки в топочной камере.
Вихревые горелки дают факел небольшой длины и устанавливаются на фронтальной стене топочной камеры.
Различные схемы подачи аэросмеси и вторичного воздуха в топку показаны на рис. 19.7. На рис. 19.7, а, б показаны варианты ввода потоков аэросмеси и воздуха в щелевые прямоструйные горелки. По условиям зажигания топлива подача аэросмеси по периферии горелки (см. рис. 19.7, а) более рациональна, чем его подача по центральному каналу (см. рис. 19.7, б), так как в последнем случае прогреву частиц топлива до воспламенения препятствует относительно холодный (по сравнению с температурой в топке) слой вторичного воздуха.
На практике часто используется схема подачи аэросмеси и вторичного воздуха закрученными струями. В этом случае надобность в установке рассекателя отпадает, так как при такой организации движения потоков надежность зажигания и стабилизации факела достигается вследствие рециркуляции продуктов сгорания в зону разрежения.
Рис. 19.6. Конструкция топки с молотковой мельницей.
Рис. 19.7. Принципиальные схемы горелок для сжигания пылевидного твердого топлива.
Рис. 19.8. Принципиальные схемы мазутных форсунок
Сжигание мазута и газов в топочных устройствах. Жидкое топливо, сжигаемое в топках, подвергается предварительному распылению с помощью форсунки, являющейся элементом горелки. Под горелкой в общем случае понимается агрегат, включающий помимо форсунки воздухонаправляющий аппарат, запальное устройство и механизм управления.
Качественное сжигание жидкого топлива обусловливается тонкостью его распыления. Для этой цели используют форсунки, которые, кроме того, обеспечивают необходимый диапазон регулирования расхода топлива и устойчивое зажигание смеси.
В зависимости от способа распыления топлива форсунки подразделяются на четыре класса: механические, паровые, воздушные (пневматические) и комбинированные. На рис. 19.8 показаны принципиальные схемы применяемых форсунок.
В центробежных форсунках (рис. 19.8, б, в) топливо распыляется под действием центробежных сил, возникающих при закручивании топливного потока. Вращательное движение топливу сообщается путем тангенциального подвода его к вихревой камере форсунки (см. рис. 19.8, б) или специальным завихрителем, устанавливаемым на выходе из форсунки (см.рис.19.8,в).
В ротационных форсунках (рис. 19.8, г) топливо подается внутрь быстро вращающегося распыливающего стакана, где оно растекается под действием центробежных сил, образуя тонкую пленку. На выходной кромке стакана тонкая пленка подхватывается подводимым первичным воздухом.
На рис. 19.9, а, б показаны конструкции соответственно центробежной механической и паровой форсунок.
В соответствии с общими положениями теории горения газообразного топлива (см. § 18.4) газовые горелки бывают:
На рис. 19.10 показаны основные принципиальные схемы газовых горелок. В инжекционной горелке (рис. 19.10 а) вытекающий из сопла газ эжектирует (подсасывает) воздух и перемешивается с ним. Газовоздушная смесь в инжекционной горелке горит в непосредственно примыкающей к ней насадке (туннеле) из огнеупорного материала. Из-за высокой температуры внутренней поверхности насадки горение готовой газовоздушной смеси протекает почти мгновенно и завершается внутри насадки. По этой причине такие горелки получили условное название беспламенных.
Объем топочной камеры, приспособленной к беспламенному сжиганию газа, может быть значительно уменьшен, и при выборе габаритов камеры исходят не из необходимости обеспечить завершение в ней процесса горения, а из условия получения наибольшей площади поверхности нагрева.
Схема простейшей горелки с принудительной подачей воздуха показана на рис. 19.10,б. В кольцевое пространство между внутренними трубами подается газ, а в кольцевое пространство между средней и наружной трубами поступает воздух, при этом конструкцией предусматривается завихрение газовых и воздушных потоков. Газ зажигается через внутреннюю трубу, через нее же наблюдают за работой горелки. Газ смешивается с воздухом в расширяющейся амбразуре, устроенной в обмуровке топки.
Рис. 19.9. Мазутная форсунка.
Рис. 19.10. Схемы горелок для сжигания газа.
Процесс смешения существенно улучшается, если газ подавать мелкими струями, вытекающими из мелких отверстий (рис. 19.10,в). Воздушный поток закручивается специальным завихрителем.
Смешение газа с воздухом заканчивается в пределах амбразуры.
Помимо чисто газовых горелок в некоторых установках применяют горелки для совместного сжигания газа и мазута или комбинированного сжигания низкокалорийного газа с пылевидным топливом и др. Конструкции горелок, используемых под котлами и в промышленных печах, описаны в специальной литературе.
Для надежной и экономичной работы котельного агрегата важен не только тип горелки, но и их число. Как правило, в топках котлоагрегатов устанавливают несколько горелок. Это необходимо для того, чтобы факел максимально заполнил топочный объем и можно было, регулировать топочные процессы в требуемом диапазоне изменения теплопроизводительности при переменном режиме работы котельного агрегата. Каждый тип горелки имеет ограниченный диапазон регулирования по теплопроизводительности. Варьируя расход топлива и коэффициент избытка воздуха на каждой горелке в допустимых пределах, можно добиться определенной глубины регулирования и теплопроизводительности котлоагрегата.
Рис. 19.11. Поперечный разрез кольцевой печи.
Рис. 19.12. Принципиальная схема туннельной печи.
Рис. 19.13. Схема пересыпной шахтной печи.
Горячие газы движутся навстречу вагонеткам (принцип противотока), а со стороны выхода вагонеток подается холодный воздух, который охлаждает обожженные изделия, сам при этом нагревается и используется для сжигания топлива и частично в сушилках. В качестве горючего применяют чаще всего газ, твердое порошкообразное топливо с запрессовкой большей части его в сырец, а также кусковое, загружаемое через щели свода или сжигаемое в выносных топках.
Для обжига вяжущих (известь, цемент, гипс и т.п.) применяют вращающиеся и шахтные печи.
По способу отопления шахтные печи делят на пересыпные с выносными топками и отапливаемые газом. В пересыпные печи твердое топливо (антрацит) и обжигаемый материал обычно загружают послойно в соотношении, определяемом особенностями обжига (рис. 19.13).
Рис. 19.14. Общий вид вращающейся печи диаметром 5 м и длиной 185 м.
Сыпучие материалы плавят в ванных или горшковых печах, выложенных из огнеупорных материалов. Эти печи отапливают, сжигая в них газ или мазут, но в последнее время начали применять электрообогрев, а также предусматривают, разработку установки для плавки сыпучих материалов во взвешенном состоянии.
Подробное описание конструкции топочных устройств и печей, применяемых в промышленности строительных материалов, приводится в специальных курсах по тепловым установкам.