Пристрої для спалювання твердого палива

Основою традиційних парових котлів є топковий пристрій, де відбувається перетворення хімічної енергії палива у фізичну теплоту продуктів згорання для подальшої її передачі через поверхні нагріву середовищу, що нагрівається (воді, парі).

За видом топкових процесів теплові топки поділяються на типи: а – з нерухомим шаром твердого палива; б – з киплячим шаром твердого палива; в – з циркулюючим киплячим шаром твердого палива; г – камерні (факельні) для спалювання газоподібного, рідкого і твердого пиловидного палива.

У топках з нерухомим шаром паливо, що вільно лежить на решітках, продувається знизу повітрям. Швидкість газоповітряного потоку у шарі така, що його підйомна сила менша ваги паливних частинок. Умовою цього є їх крупний розмір (як правило, більше 6 мм). Калорійність палива має менше значення для підтримки процесу горіння, тому у топках з нерухомим шаром спалюють кам'яне вугілля й антрацит із зольністю до 25%, буре вугілля з вологістю до 30%, буровугільні та торф'яні брикети, кусковий торф, деревні відходи. Наявність у паливі дріб’язку, навпаки, критична: він не тільки збільшує втрати неспаленого вуглецю з винесенням, але, що важливіше, перешкоджає вільному проходженню окиснювача через шар. Через це у шарі виникають зони проскакування окиснювача і, як наслідок, зони нерівномірного горіння – захолодження (через що виникають локальне недоспалювання палива й викиди СО з димовими газами), а також зони перегріву (результат – прискорене руйнування решітки). Спалювати у нерухомому шарі краще брикетоване паливо, у тому числі з малозольного бурого вугілля й торфу; брикетування ж високозольного паливного дріб’язку не призводить до ефективного вигоряння внаслідок того, що шар шлаку, який утворюється на поверхні частково випалених брикетів, перешкоджає проникненню окиснювача у їх глибину.

У топках з киплячим шаром використовується паливо класу крупності від 0–6 мм до 0–25 мм (біовідходи – до 50 мм). У шарі підіймальна сила газоповітряного потоку врівноважує вагу частинок, через що виникає псевдозрідження – інтенсивний тепломасоперенос по висоті й перетину шару. У надшаровому просторі площа живого перетину більша, а, отже, швидкість газу менша (до 1, 0–2, 5 м/с), й більшість винесених з шару частинок падає назад у шар. Через те, що згораючі частинки, частка яких у шарі невелика, оточені інертними газами, вони не перегріваються, а середня температура шару не перевищує 950°С. У цих умовах генерація оксидів азоту невисока й існує можливість зв’язування сірки вапняком, що подається у шар, до хімічно інертного гіпсу. Можливою умовою паливоприготування, перш за все для низькореакційного палива, є окусковування (грануляція) дріб’язку; за рахунок великого часу перебування й обмежених температур горіння (нижче точки плавлення золи) паливні гранули з розміром до 13–25 мм у киплячому шарі повністю вигорають. За рубежем топки з киплячим шаром масово поширені на водогрійних і парових котлах продуктивністю до 100 т/год.

У камерних топках паливо разом з повітрям подається у топку прямими або закрученими потоками через пальникові пристрої, запалюється за рахунок променистого теплообміну з ядром факела і гарячими стінками, ежектується високотемпературним потоком продуктів згорання до кореня факела й далі горить у факелі по ходу потоку.

Основні типи топок парових котлів:

а – з нерухомим шаром; б – з киплячим шаром; в – з циркулюючим киплячим шаром; г – камерна топка; д – топка з плавильними передтопками (арочна); 1 – подача палива; 2 – подача повітря; 3 – вихід продуктів згорання та золи винесення; 4 – випуск донної (подової) золи; 5 – циклон

Для спалювання у факелі придатне газоподібне, рідке й тверде паливо, помелене до пилоподібного стану, але через їх різну питому швидкість горіння (реакційну здатність) останнє вимагає більшого часу вигоряння. При факельному спалюванні час перебування частинок у топці визначають діленням об'єму топки на витрату продуктів згорання при середній температурі. Для котлів однакової паровидатності витрата продуктів згорання при номінальному навантаженні слабо залежить від виду палива. Тому чим більше реакційна здатність палива, тим менший мінімальний об'єм топки.

У топках, спроектованих для спалювання вугілля, можна спалювати газ, але не навпаки.

Перед спалюванням у камерних топках тверде паливо розмелюють до пилоподібного стану в спеціальних млинах, тому вміст дріб’язку в початковому паливі не тільки не критичний, а навіть бажаний.