Локомобильные паровые котлы с паропроизводительностью 200 — 5000 кг'іЧас принадлежат к числу котельных установок малой мощ­ности.

Малая мощность котла и применение почти исключительно твердого топлива обусловливают выбор топочного устройства в виде топки для слоевого сжигания.

Эти топки для локомобилей выполняются двух типов: 1)топки с не­подвижным слоем топлива на плоской решетке и с ручной подачей топлива и 2) топки с движущимся под действием силы тяжести слоем топлива по неподвижной решетке (полумеханические топки). К первому типу принадлежат внутренние, удлиненные и приставные топки, ко вто­рому — шахтные топки и топки с наклонными и ступенчатыми решетками.

Горение топлива в топке котла отличается рядом особенностей. В присутствии кислорода любое вещество подвергается окислению при любой температуре, но интенсивность окисления зависит от темпера­туры и с ее возрастанием увеличивается.

По интенсивности окисления различают две области температур. В первой области (области низких температур) интенсивность окисления настолько незначительна, что выделяющееся тепло рассеивается и не может повысить температуру горючего вещества и окружающего воз­духа. Во второй области (области высоких температур) окисление про­исходит настолько быстро и выделение тепла настолько велико, что температура горючего вещества и окружающего воздуха значительно по­вышается и поддерживается процессом окисления на этом высоком уровне.

Интенсивное окисление с быстрым выделением тепла во второй области температур называется горением, а температура, при которой происходит переход из первой области во вторую, называется темпе­ратурой воспламенения горючего вещества.

Таким образом, горение топлива в топке возможно только при тем­пературах выше температуры воспламенения.

Температура воспламенения зависит от физических и химических свойств топлива, от давления воздуха, а для твердого топлива еще от формы и размеров кусков.

Значения температур воспламенения для различных горючих веществ приведены в табл. 12.

Процесс горения твердого топлива условно может быть разделен на три стадии (фазы), протекающие в основном последовательно, а именно: стадию подготовки, стадию горения и стадию дожигания.

Первая стадия (стадия подготовки) включает в себя подогрев и под­сушку топлива и начало выделения летучих. Подсушка топлив боль­шой влажности, как, например, бурых углей, торфа и влажных дров, имеет очень большое значение для их воспламенения. При нагреве топлива до температуры 100—150° начинается интенсивное испарение влаги. Эта стадия не нуждается в кислороде, а следовательно, и в под­воде воздуха. Высота температуры служит основным фактором, регу­лирующим ее развитие. Чем выше температура, тем быстрее идет про­цесс. Первая стадия является потребителем тепла

При температурах порядка 300—400° процесс испарения влаги за­канчивается и начинается интенсивное выделение летучих веществ и образование кокса.

По достижении летучими веществами температуры воспламенения на­чинается стадия основного горения. К стадии основного горения отно­сится завершение выделения летучих веществ, их горение в топочной камере, т. е. в объеме топки между слоем топлива и поверхностью на­грева, воспламенение и горение кокса (наиболее важный процесс в ста­дии основного горения).

Эта стадия является основным потребителем воздуха, так как горе­ние летучих веществ и кокса требует наиболее интенсивного подвода воздуха. Быстрота выгорания кокса зависит от возможности подвода ки­слорода к поверхности кусков топлива, где происходит реакция, и отвода от нее продуктов сгорания. При применении мелкораздроблен­ного топлива поверхность кусков топлива будет больше и горение будет протекать быстрее. Интенсивность процесса горения достигается за счет увеличения скорости воздуха.

В этой основной стадии горения выделяется основная часть тепла топлива и достигаются наиболее высокие температуры.

В завершающей стадии дожигания топлива зола преобладает над оставшимся небольшим количеством коксовых частиц. В топочной ка­мере может находиться еще незначительное количество недогоревших газов. Воздуха для этой стадии горения требуется значительно меньше, и выделение тепла также не велико. Температура ниже, чем во время предыдущей стадии. Большая зольность топлива затягивает развитие этой фазы, так как зола затрудняет доступ воздуха к частицам кокса. От степени завершенности стадии дожигания зависит величина потерь от механической неполноты сгорания.

Эффективность сжигания топлива определяется ходом процесса го­рения во всех трех стадиях, находящихся в тесной взаимной связи.

Большая часть воздуха, необходимого для процесса горения, подается через слой топлива, лежащий на колосниковой решетке, и называется первичной. Вторичной частью воздуха называется дополнительная его часть, подаваемая непосредственно в топочную камеру.

Рассмотрим процесс горения, происходящий в топке с неподвижным слоем топлива на плоской решетке (фиг. 66) при ручной загрузке. Подача топлива производится периодически и ровным слоем по всей площади решетки так, что на колосниковой решетке находятся не­сколько его слоев.

Слой, непосредственно лежащий на решетке, состоит из выгорев­шего топлива, т. е. из шлака и золы, и носит название шлаковой по­душки. Пористая шлаковая подушка не представляет большого сопро­тивления проходу воздуха, но в то же время защищает решетку от теплоотдачи из горящего слоя.

Нал шлаковой подушкой располагаете слой горящего топлива (кокс), а поверх него свежезаброшенное топливо.

В горящем слое (коксе) происходят основные реакции горения угле­рода и серы с образованием углекислоты С02, окиси углерода СО (при недостатке воздуха) и сернистого газа S02.

Горячие продукты сгорания и избыточный воздух, проходя сквозь слой свежезаброшенного топлива, подогревают его, вызывая сначала выделение влаги, а потом при повышении температуры выделение лету­чих. Нагрев верхнего слоя усиливается за счет теплопроводности ниже­лежащего горящего топлива и излучения раскаленной обмуровки, если таковая имеется

Из свежезаброшенного слоя топлива при нагреве выделяется в топоч­ную камеру сначала влага, а потом и летучие—водород Н2, метан СН4 и другие углеводороды.

В топочную же камеру попадают из среднего слоя С02, СО и S02, N2 и избыточный кислород.

При проходе газов в верхнем слое топлива происходят восстановитель­ные реакции — часть углекислоты С02 в присутствии углероаа превра­щается в окись углерода СО с поглощением тепла.

В топочной камере происходит перемешивание горючих газов с из­быточным кислородом и вторичным воздухом и почти полное догора­ние их.

В продуктах горения, идущих к поверхностям нагрева котла, содер­жатся углекислота С02, лишний кислород 02, азот N4, сернистый газ S02, водяные пары Н20 от сжигания водорода и испарения влаги топлива, уносимая из слоя мелочь Ау и О и, наконец, несюревшие летучие СО, СН4 и другие углеводороды.

Черная окраска дыма получается от присутствия свободного угле­рода Сд, полученного в результате реакции

СН4 + 02 = 2Н20 + Сд (дым),

происходящей из-за недостатка кислорода или плохого перемешива­ния газов.

Анализируя работу топки, можно отметить неблагоприятные условия, при которых протекает процесс горения топлива. В период каждой загрузки топлива через шуровочное отверстие в топку поступает значи­тельное количество холодного воздуха, снижающего температуру в то­почном пространстве, нарушающего процесс горения и увеличивающего избыток воздуха (в топках с ручной подачей а =1,4—1.8). Кроме того, свежезаброшенное холодное топливо закрывает горящее топливо и уменьшает его лучеиспускание.

В процессе, происходящем в топке с неподвижным слоем, можно наблюдать все три стадии горения топлива.

Первая стадия горения может быть отмечена в свежезаброшенном топливе, вторая — в среднем слое топлива, а третья — в нижней его части. Таким образом, все три стадии горения можно наблюди ь почти одновременно, но в различных слоях топлива на решетке.

По-иному происходит процесс горения в топках с наклонными решетками (фиг. 67). В этих топках колосники располагаются с накло­ном в зависимости от угла естественного откоса топлива. Топливо за­гружается в воронку, расположенную у верхней ча^ти решетки и, постепенно сгорая, спускается вниз под действием собственного веса.

Топливо поступает в топку непрерывно и тем самым устраняется периодичность процесса с присущими ему недостатками, описанными

вится тоньше. Это способствует увеличению притока воздуха, нужного для горения кокса в слое и летучих в топочной камере, а также для лучшего охлаждения решетки.

Аналогично протекает процесс горения в шахтной топке, предназ­наченной для сырых дров и торфа. Топливо загружается в вертикаль­ную шахту, в которой уже начинается стадия подготовки.

В топках с наклонными решетками и шахтных желательно осуще­ствлять зонный подвод воздуха, что позволяет более правильно вести процесс горения. Установившееся состояние процесса в указанных топ­ках и отсутствие периодического поступления больших масс холодного воздуха при загрузках топлива ведут к тому, что реализуются неболь­шие величины избытка воздуха а = 1,25—=—1,35 и незначительные потери от химического недогорания.

В топках с наклонной решеткой имеется специальный подъемный механизм для некоторого регулирования угла наклона у решетки путем

Изменения величины расстояния между верхним концом решетки и опо­рой. На фиг. 67 это расстояние отмечено буквой I.

Величина угла наклона f решетки зависит от рода топлива. Напри­мер, при сжигании кускового кокса, торфа и опилок угол наклона f = 32-f-36°, при сжигании бурого угля f = 27 - f-32°, неспекающегося каменного угля f = 42-f-45° и спекающегося каменного угля f=45-s-50°.