Топка с горизонтальной колосниковой решеткой. Хотя дрова в настоящее время большей частью вовлекаются в технологическую переработку, часть их все же используется в качестве топлива.

Простейшей топкой для сжигания дров является ручная топка с горизонтальной колосниковой решеткой (рис. 3). Топка предназначена для чугунных секционных котлов и представляет собой четырехугольную кирпичную камеру, футерованную из­нутри огнеупорным кирпичом. В нижней части камеры уста­новлена горизонтальная колосниковая решетка из чугунных колосников, разделяющих камеру на зольниковое и топочное пространство. Высота слоя в этой топке приблизительно 0,8... ... 1 м. Дрова загружаются через дверцы и колосниковая ре­шетка воспринимает удары от брошенных с высоты на нее поленьев, поэтому нужно главное внимание уделять прочности колосников. Обычно устанавливаются брусчатые колосники дли­ной до 700 мм с зазорами 20... 25 мм. Воздух для горения дров подводится через воздухопровод под колосниковую ре­шетку.

Недостатками данной топки являются: невозможность меха­низировать как подачу дров в топку, так и выгрузку золы и шлака из нее; изменяющаяся по времени высота слоя из-за периодичности загрузки дров в топку, что приводит при сни­жении высоты слоя и к увеличению коэффициента избытка воз­духа, а при увеличении высоты слоя — к повышению химиче­ской неполноты сгорания.

Регулирование производительности топки осуществляется из­менением количества воздуха, идущего на сгорание.

Топка с вертикальным слоем топлива. Топка с вертикальным слоем топлива для сжигания высоко­влажных дров была предложена проф. К. В. Киршем. Схема такой топки показана рис. 4. Топка состоит из вертикальной обмурованной огнеупорным кирпичом шахты 3. В нижней части ее установлена горизонтальная колосниковая решетка 6. В задней части устроено окно 10. Боковые заплечики, образо­ванные вследствие того, что ширина окна меньше ширины топки, обеспечивают вертикальное перемещение поленьев внутри шахты по мере их сгорания в области колосниковой решетки. Первич­ный воздух для сгорания подводится через дверцу зольнико - вого люка 5. Особенностью топки является то, что колоснико­вая решетка расположена ниже нижнего края окна 10, в ре­зультате чего образуется горячая зона высотой h, в которой происходит процесс газификации угля при сухом тоиливе и дре­весины при влажном топливе. Горячие продукты газификации проходят через вышележащий слой топлива, обеспечивая интен-

Рис. 3. Ручная топка для дров с горизонтальной колосниковой решеткой: / — слой топлива; 2— колосниковая решетка; 3 — зольниковый люк; 4 — воздухопро­вод; 5 — загрузочная дверца

Рис. 4. Схема топки для дров с вертикальным слоем топлива: 1—загрузочное устройство; 2— обмуровка; 3— шахта; 4—шлаковый люк; 5 — зольнн - ковый люк; 6 — колосниковая решетка; 7 — окно подвода вторичного воздуха; 8 — зольннковый люк; 9 — гляделка; 10 — окио задней стенки топкн

Сивную подсушку поленьев, а затем поступают в топочную ка­меру, где сгорают в виде факела. Вторичный воздух для их сжигания подводится через окно 7.

Особое значение для эффективности процесса имеет высота h. Чем выше влажность дров, тем больше должна быть заглуб­лена колосниковая решетка, т. е. тем больше должна быть вы­сота h.

Для обеспечения удобства загрузки дров в верхней части шахты устроено загрузочное устройство 1. Удаление шлака с колосниковой решетки производится через люк 4, а золы из зольникового пространства — через люк 5. Для наблюдения за процессом горения предусмотрены гляделки 9. Удаление золы из топочной камеры осуществляется через люк 8.

Топки с наклонным слоем топлива. Широко используются для сжигания дров шахтные топки с наклонным слоем топлива. Шахтная топка с наклонным зеркалом горения (рис. 5) представляет собой футерованную камеру (шахту), в нижней части которой расположены наклонная и горизонталь­ная колосниковые решетки. Воздух для горения дров подводится через дверцы люков позонно, что позволяет регулировать про­цесс сгорания в зависимости от влажности дров.

Рис. 5. Схема топки для дров с наклонным слоем топлива: /—загрузочное устройство; 2 — слой топлива; 3 —обмуровка; 4 — наклонная колосни­ковая решетка; 5, 6, 7 — дверцы; 8 — горизонтальная колосниковая решетка

Рис. 6. Топка для сжигания мелкого древесного топлива с наклонным слоем:

/ — загрузочная воронка; 2 — наклонная ступенчатая колосниковая решетка; 3 — свод; 4— смотровое окно; 5 — горизонтальная колосниковая решетка; 6 — воздухопроводы для подвода воздуха; 7 — люки

Достоинством данной топки является неизмененная толщина слоя топлива из-за наличия постоянно заполненной топливом вертикальной шахты, что обеспечивает равномерное и полное сжигание топлива при малых значениях химической неполноты сгорания.

Производительность топки регулируется изменением количе­ства воздуха, проходящего через колосниковые решетки, путем изменения открытия дверец люков и шиберов дымоходов котла. При сжигании влажных дров количество воздуха, проходящего через наклонную решетку, уменьшается.

Топки с наклонным слоем топлива, которые в практике лес­ной промышленности называют шахтными топками, широко ис­пользуются для сжигания мелкого древесного топлива. Топоч­ные устройства этого типа можно подразделить на следующие три вида:

Топки со ступенчатой колосниковой решеткой;

Топки с брусчатыми беспровальными колосниками;

Топки с накладными беспровальными колосниками.

Необходимым условием работоспособности топок с наклон­ным слоем при сжигании мелкого древесного топлива является недопустимость провала частиц топлива под колосниковую ре­шетку. Если частицы мелкого топлива проваливаются в большом количестве под решетку, то под ней образуется очаг горения, в котором развиваются высокие температуры, воздействующие на подколосниковые балки и нижние поверхности колосников, что приводит к выходу из строя через короткое время указан­ных деталей. Колосники, не допускающие провала мелкого топ­лива через колосниковую решетку, называют беспроваль­ными.

Наиболее старой конструкцией беспровальных колосников являются колосники ступенчатой колосниковой решетки. Топки со ступенчатой колосниковой решеткой можно рекомендовать только для сжигания мелких древесных отходов с малой золь­ностью, не содержащих минеральных включений. Колосниковая решетка этих топок состоит из боковых чугунных наклонных кронштейнов с прорезями, в которых удерживаются горизон­тальные чугунные планки, образующие ступенчатую конструк­цию, по ней сходит мелкое древесное топливо. Горизонтальные пластины перекрывают друг друга таким образом, чтобы провал частиц топлива под колосниковую решетку был исключен. Топ­ливо под действием силы тяжести сползает на нижние горизон­тальные колосники, где, сгорая, образует мощный очаг, от ко­торого передается основное количество тепла, необходимого для подсушки топлива.

Недостатком ступенчатой колосниковой решетки является трудность удаления шлака, скапливающегося на ступеньках, что ограничивает ее применение для сжигания загрязненных дре­весных отходов.

Схема топки со ступенчатой колосниковой решеткой для сжигания мелкого древесного топлива показана на рис. 6. Сред­ний по высоте люк передней стенки топки служит для удаления шлака с горизонтальной колосниковой решетки, а нижний для удаления золы из зольникового пространства. Для удаления шлака с горизонтальной колосниковой решетки необходимо, чтобы зазор между нижней пластиной колосниковой решетки и горизонтальной колосниковой решеткой был в пределах 150... ...200 мм.

Через верхние и средние по высоте люки передней стенки посредством кочегарного инструмента удаляется зола, образую­щаяся на ступеньках колосниковой решетки. Каждый из возду­хопроводов 6 снабжен отдельной заслонкой, позволяющей регулировать подачу первичного воздуха.

В топке с наклонным слоем и ступенчатой колосниковой ре­шеткой эффективно сжигаются мелкие древесные ОТХОДЫ (опилки, стружка, щепа). Сжигать крупнокусковые отходы и дрова в такой топке не рекомендуется, так как ступеньки ре­шетки от ударов крупных кусков древесины выходят из строя.

Топки с наклонным слоем и брусчатыми беспровальными ко­лосниками широко применяются в практике лесной промышлен­ности для сжигания мелкого древесного топлива совместно с кусковыми древесными отходами и мелко расколотыми дро­вами. Брусчатые беспровальные колосники представляют собой узкие чугунные балки, соприкасающиеся друг с другом боко­выми поверхностями, которые имеют прорези для прохода воз­духа. Эти прорези выполнены таким образом, что провал топ­лива через них исключен. Брусчатые колосники имеют хорошее охлаждение, вследствие развитой поверхности, высокую проч­ность, позволяющую сжигать на них кусковые древесные отходы и мелко разрубленные дрова.

В бумажной промышленности находят применение топки с накладными беспровальными колосниками. Эти колосники ук­ладывают на поперечные трубы (в которых циркулирует охлаж­дающая их вода) таким образом, чтобы между нижним концом одного колосника и верхним концом другого образовался зазор, направленный по касательной ко всей колосниковой решетке. В этот зазор подается с большой скоростью первичный воздух для сгорания. Высокие скорости движения воздуха и продуктов сгорания способствуют выносу золы и мелких кусочков шлака к нижнему концу колосниковой решетки для их дальнейшего удаления из топочного объема.

Топки для кучевого сжигания мелкого древесного топлива. Широкое распространение в зару­бежных странах имеют топки кучевого сжигания мелкого дре­весного топлива. Принципиальная схема кучевой топки пока­зана на рис. 7. Мелкое древесное топливо посредством шнека 1 подается в центр топочного пространства и рассыпается по колосниковой решетке 3, под которую нагнетается первичный воздух. На колосниковой решетке топливо сгорает, а продукты сгорания поднимаются в верхнюю часть топочного пространст­ва— циклонную камеру 5. В эту камеру тангенциально подво­дится вторичный воздух, обеспечивающий вихревое вращатель­ное движение продуктов сгорания, что способствует догоранию горючих газовых компонентов и мелких частиц древесного угля, вынесенных в топочную камеру потоком продуктов сгорания. Та­ким образом, кучевые топки ввиду наличия у них циклонного устройства исключают при сжигании измельченной древесины унос в атмосферу мелких несгоревших частиц древесного угля. Эта особенность топки позволяет снизить расходы на строитель­
ство котельных, так как ликвидирует необходимость строитель­ства системы очистки дымовых газов при выполнении требова­ний по охране окружающей среды.

Топки с зажатым слоем топлива. Для обеспе­чения возможности форсирования процесса горения слоя в ши­роких пределах, а также увеличения теплового напряжения зер­кала горения В. В. Померанцевым была предложена топка ско­ростного горения, работающая по принципу сжигания в зажа­том слое.

	-1-І 1 1 '	О
	1' 1 1
	1 11 11' 1
Р	'1 1 1

Рис. 7. Схема кучевой топки:

/ — шнек для подачи топлива; 2 — подвод первичного воздуха; 3— колосниковая ре­шетка; 4 — тангенциальный подвод вторичного воздуха; 5 — циклонная камера

Рис. 8. Схема топки скоростного горения ЦКТИ системы В. В. Померанцева:

/ — шахта; 2 — топливный рукав с плавными очертаниями; 3 — зажимающая решетка; 4 — подвижный пережим; 5 — сопло подвода вторичного воздуха; 6 — зольниковый люк; 7 — окно подвода первичного воздуха; 8 — неподвижный пережим

Топка скоростного горения В. В. Померанцева (рис. 8) пред­ставляет собой вертикальную камеру (шахту), ограниченную с трех сторон кирпичной кладкой, а со стороны топочной ка­меры — зажимающей решеткой 3 из стальных ошипованных труб, которые одновременно являются фронтовым экраном то­почной камеры и включены в систему циркуляции котла. Зажи­мающая решетка удерживает слой в вертикальной плоскости, а шипы препятствуют выносу из слоя мелочи даже при значи­тельном увеличении интенсивности дутья. Топливо в топку по­ступает по топливному рукаву 2, имеющему плавные очертания для предотвращения зависания. Особенностями этой топки яв­ляются наличие зажимающей решетки, неподвижного пережима 8, по наклонной поверхности которого движется'слой мел­кого топлива, и подвижного пережима 4, позволяющего регули­ровать толщину вертикального слоя топлива в нижней части топки. Под пережимы подается воздух, обеспечивающий сгора­ние топлива, а на неподвижном пережиме происходит подсушка топлива. Принцип скоростного сжигания заключается в том, что слой топлива удерживается охлаждаемой зажимающей решет­кой, препятствующей уносу мелких частиц его, и это дает воз­можность иметь большую скорость прохода воздуха и топочных газов через слой топлива.

НПО ЦКТИ совместно с Бийским котельным заводом разра­ботало топочное устройство системы В. В. Померанцева для котлоагрегатов типа ДКВр различной мощности. Из данных ис­пытаний и на основании информации о работе этих топок в ко­тельных лесозаготовительных предприятий видно, что данная топка пригодна для сжигания малозольных топлив (зольностью не более 1,5... 2%) при относительной влажности топлива 50 %. Конструкция топки предъявляет также жесткие требова­ния к фракционному составу топлива, количество опилок в смеси не должно превышать 50 % во избежание кратерного горения вследствие выдувания опилок из слоя.

В условиях действующего предприятия выполнить эти тре­бования весьма трудно. При наблюдении за эксплуатацией ко­тельных лесозаготовительных предприятий установлено, что не менее 2 мес в году в топки поступают отходы лесозаготовок с большим содержанием минеральных включений. Зольность топливной щепы в эти месяцы достигает 20 % на сухую массу.

При сжигании щепы с таким высоким содержанием мине­ральных включений в топках, помимо высокодисперсной древес­ной золы, образуется шлак, который сплавляется с поверх­ностью кирпича стенок, и образуются большие наплывы с по­следующим нарушением нормального схода топлива и процесса его горения. При удалении шлака в скоростных топках системы В. В. Померанцева возникает опасность повреждения труб ре­шетки, что крайне затрудняет сжигание высокозольных древес­ных отходов.

С целью вовлечения в топливный баланс лесозаготовитель­ных предприятий высокозольных древесных отходов ЦНИИМЭ совместно с производственным объединением «Лесэнерго» раз­работали топочное устройство с механизированным золо-ишла - коудалением ВО-110 (рис. 9). Оно установлено в котельной Крестецкого леспромхоза на котлоагрегате ДКВр-10-13.

Топочное устройство создано на базе топки скоростного го­рения при сохранении основного принципа — сжигания мелкого древесного топлива в тонком слое, зажатом между пережимом и зажимающей трубной решеткой. Топка имеет зажимающую решетку, шахта топки экранирована с боков водяными рубаш­ками, в нижней части топки размещено устройство для механи-

Рис, 9. Топочное устройство BO-MO:

/—зажимающая решетка; 2—водяная рубашка; 3 — неподвижный пережим; 4 — по­воротный колосник; 5 — колосниковая решетка с переталкивающими колосниками; 6 — выгружатель золы и шлака; 7 — люк для выгрузки золы и шлака; 8 — привод подвижного колосника; 9 — воздухопровод

Р

Зированного золо - и шлакоудаления. Водяные рубашки обеспе­чивают надежный сход шлака и золы из зоны горения. Топка снабжена пережимом, выполненным из стальных труб диамет­ром 150 мм, охлаждаемых водой. Угол наклона плоскости пере­жима 60... 65°.

Устройство для механизированного золо - и шлакоудаления включает в себя наклонную колосниковую решетку, выгружа - тель золы и шлака и механизм привода колосников и ротора выгружателя шлака. Колосниковая решетка топки выполнена с переталкивающими колосниками. Выгружатель золы и шлака — роторного типа. Лопасти выполнены в виде гребенки для дробления крупных кусков шлака и удаления его из топки.

Характеристика топочного устройства ВО-110

TOC o "1-3" h z Мощность, МВт......................................................... . 7,74

Удельный расход топлива, кг усл. топл/Гкал • 190

Масса конструкции, кг................................................... 6150

Ширина полотна решетки, мм........................................ 2565

Частота колебаний колосников, Гц............................... 0,67. . .6,83

Расстояние от нижней балки пережима до зажи­мающей решетки, мм 290. . .300

Расстояние от нижней балки пережима до колосни­ковой решетки, мм 263. . .275

При проведении балансовых испытаний топочное устройство работало на древесных отходах при средней влажности топлива Wp = 52,2 % и средней зольности лр=3,7 %. Паропроизводитель - ность котла находилась в пределах 9,8 ... 10,4 т/ч, давление пара 0,71... 0,78 МПа. Коэффициент избытка воздуха изменялся а= 1,42... 1,78. Потери тепла с уходящими газами составили 14,8 ... 18,2 %, от химической неполноты сгорания 0,26 ... 0,54 %. Коэффициент полезного действия котлоагрегата находился в пределах 76,2... 79,3 %. Топочное устройство ВО-110 нор­мально работало как на смеси щепы с опилками в любой про­порции, так и на одних опилках.

Выгрузка золы из топочной камеры осуществлялась не более 1 раза в смену, а выгрузка шлака из топливной камеры 2 .. .3 раза в смену, в зависимости от зольности поступающего топ­лива. Коксования зажимающей решетки не наблюдалось, шлак сходил на наклонную колосниковую решетку, образование на­плывов шлака на стенках топливной шахты не имело места.

Типы топочных устройств, используемых для сжигания древесных отходов в слое за рубе­жом. Использованию отходов в качестве топлива за последние годы стали придавать все большее значение за рубежом не только в связи с увеличением цен на нефтепродукты, но и с воз­растающими требованиями к защите окружающей среды. Топ­ливо из отходов деревообработки может почти полностью удов­летворить потребности в тепловой энергии лесопромышлен­ных предприятий, и не требуется дорогостоящего привозного топлива.

За рубежом (в США и Канаде) для сжигания древесных отходов и коры широко используются механические топки с за­брасывателями. На рис. 10 показан котел, оборудованный топ­кой с механическими забрасывателями и горизонтальной решет­кой, работающий на древесных отходах. Мелкие древесные от­ходы транспортерами подаются в бункер ленточного питателя 1. По мере потребности ленточный питатель подает топливо через топливные рукава к забрасывателям 2, которые забрасывают его на горизонтальную колосниковую решетку 3, где происходит горение этих отходов в слое. Мелкие парусные частицы топлива сгорают во взвешенном состоянии в области надслойного пла­мени. Древесные отходы должны быть соответствующим обра­зом измельчены, чтобы они проходили через забрасыватели и

Рис. 10. Топка с механическими забрасывателями: / — ленточный питатель; 2 — механический забрасыватель; 3 — горизонтальная колос­никовая решетка; 4 — паровой котел

Нормально распределялись по решетке. Они должны быть под­готовлены так, чтобы примерно 95 % частиц имело размер менее 50 мм. Остальные частицы могут быть длиной до 100 мм и тол­щиной до 25 мм. Влажность топлива достигает 60%. При таких жестких требованиях к фракционному составу необхо­димы соответственно дополнительные дробилки и сортировки, что усложняет и удорожает схему топливоподготовки.

Топочные устройства, применяемые за рубежом для сжига­ния древесной биомассы, имеют большое разнообразие по их принципиальному и конструктивному оформлению. Предлага­ются для применения топочные устройства различных типов, начиная от простейших топок с ручным обслуживанием и кон­чая полностью механизированными устройствами с автоматизи­рованным управлением. Для советских специалистов представ­ляют большой интерес механизированные топочные устройства с переталкивающими колосниками, имеющие систему водяного охлаждения деталей колосниковой решетки, что обеспечивает длительную их работу без замены деталей, находящихся посто­янно в условиях высоких температур. Схема топочного устрой­ства с охлаждаемыми водой переталкивающими колосниками приведена на рис. 11.

Характерной чертой этих решеток является то, что подача топлива осуществляется как за счет силы тяжести, так и за счет

Рис. 11. Топка с переталкивающими колосниками: I — подвод первичного воздуха; 2 — механизм управления; 3 — топливный рукав; 4 — колосниковая решетка с переталкивающими колосниками; 5 — паровой котел; 6 — ма­зутная горелка; 7 — подвод вторичного воздуха; 8 — удаление золы

Движения колосников, колебания которых можно изменять в пределах от 4 до 10 в минуту.

Воздух для сжигания топлива подогревается до температуры 100... 350 °С и подается в две области топки. Первичный воз­дух, составляющий 80... 85 % общего количества воздуха, по­дается через воздушные отверстия колосниковых решеток по - зонно. Вторичный воздух подается с большой скоростью над колосниковой решеткой для сжигания горящих газов с мини­мальным избытком воздуха.

Удаление золы происходит механически через зольную ре­шетку, которая является продолжением механических колосни­ков. На таких решетках можно сжигать древесные отходы влажностью до 60 % без применения других видов топлива. КПД котлов с такими топками составляет 88 %.