> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Топки

Топки

Топки. Смотря по тому, какой из процессов горения, в отдельности или одновременно с другим, протекает в Т., различают следующие типы Т.: 1) С + 02=С02 — прямая, или простая колосниковая Т.; 2) 2С 02 — 2С0— газогенератор-, 3) 2СО + 02 — 2С02 — газовая печь: 2) и 3) вместе называют газовой Т; 4) С + 02 — СО“; 2С + 02=2С0; 2С0 + 02=2С02 — полугазовая Т. Кроме

©тих главных процессов, в технических Т. всегда наблюдаются еще побочные. Наиболее важные из них: а) сгорание водорода в воду и Ь) сгорание углеводородов в углекислоту и воду. Процесс (а) в соединении с процессом (3) называется Т. водяного газа. Т. (1) и (4) называются углеродными. Остальные Т. носят название специальных. К специальным Т., кроме того, принадлежат Т. колошникового, коксовального и натурального газа, Т. жидкого топлива, Т. пылевидного топлива.

Прямая Т. является самой просто;!, если не усложнена устройством для механической загрузки топлива. Опа состоит из топочной камеры, дымоходов и колосниковой решетки. На чертёж 1 представлена такая Т., устроенная в жаровой трубе котла: шамотный винт, поставленный в трубе, служит для сообщения дымовым газам вращения и лучшего их перемешивания. Колосниковая решетка служит для поддержания слоя топлива. Сквозь прозоры ее подводится воздух из поддувала к топливу, и проваливается зола. Смотря по тому, как расположены колосники, горизонтально, наклонно, в форме лестницы или ступеней и так далее, решетка носит название плоской, наклонной, лестничной, ступенчатой и так далее Наклонное поло“

жение решетки облегчает движение топлива с верхней, более холодной части решетки на нижнюю, самую горячую часть. В верхней части решетки топливо постепенно подвергается сухой перегонке и затем само но себе или с помощью кочегара опускается в нижпие зоны топливного слоя, там отчасти газифицируется и, наконец, совершенно сгорает. Условия горения топлива на колосниковой решетке хорошо выражает формула Нуссельта. Опа дает возможность сделать об этих условиях интересные заключения. Правда, формула эта имеет значение лишь для того случая, когда горение происходит без развития газов, для так называемым чистого горения, которое приблизительно наб.| чается у кокса. Формула Нуссельта выражает такое соотношение:

В=1,42.10~(КоЛ0“”1. rf~Vsl. p.sV.O,-

В ней означают: В — количество килограммов топлива, которое сгорает в 1 час на 1 м. колосниковой решетки, Т — абсолютную температуру слоя топлива, К0 — скорость диффузии, w0 — газовый объём, d — диаметр газовых каналов в слое топлива, р — число этих каналов,

— высоту слоя топлива, О — концентрацию кислорода. Формула предполагает горение чис того углерода. Видим, что чем выше Т, тем бо лее напряжение решетки, но, вместе с тем, и сильнее влияние диссоциации продуктов горения. У промышленных Т. Г не превышает 1.800°. Если же Т переходит за 1.800, то принимают особые меры к увеличению прочности топочных частей. К0 повышается с увеличением объёма продуктов горения W0 и с появлением вихревых движений газа. W0 зависит от во:ш-чипы тяги: о и d являются функцией величины суммарной поверхности всех кусков топлива, Следовательно, числовое значение этой функции тем больше, чем мельче зернение топлива. Концентрация кислорода регулируется высотою слоя топлива s. Если к рассмотренным условиям прибавить еще влияние летучих составных частей, то окажется, что горение в этом случае должно происходить быстрее. Смешивание сжигаемой газовой смеси с кислородом воздуха происходит очень быстро вследствие простой диффузии. В случае твердого топлива кислород всегда будет“ диффундировать у его поверхности, а “углекислота будет удаляться, освобождая доступ новому кислороду. Часть подводимого кислорода после прохождения топливного слоя расходуется для сжигания горючих газов. Следовательно, в этом случае слой топлива необходимо держать ниже, чем тогда, когда топливо не содержит летучих составных частей. Из сказанного следует, что тощее топливо, как антрацит или кокс, требует для сжигания большой поверхности, именно: антрацит требует топкого зернения, кокс — грубого, антрапит более низкого слоя, чем кокс. Топливо, богатое летучими частями, загружают на колосники более или менее толстым“ слоем, смотря по содержанию газов. Температура слоя остается сравнительно низкой, так как часть тепловой энергии топлива освобождается только в поясе пламени. Малоценное топливо загружают толстым слоем. Температура слоя топлива низка. Главная область применения прямых Т.—паровые котлы. Здесь очень широкое распространение нашли умеханические кочегары“, т.-о. механические Т. с подвижной решеткой (цепной, лестничной, см. рисунок 8 и 12 в от. паровые котлы, XXI, 267 68, прил. 9/10 и 15/16). Движение решетки производится особой передачей.

Если Qt означает количество теплоты, вводимое в Т., Qj — количество теплоты, теряемое Т., то термический коэффициент полезного действия Т. выразится отношением:

_ П — Qi

VI “ Qi

О, дается топливом, загружаемым в Т. Q составляется из следующих частей: Q — провалсквозь прозоры решетки; при плоской решетке эта потеря не велика, от 1 до 8%. При цепной решетке, особенно при сжигании мелкого и пыльного угля, она достигает 12Р/0. Часть этой потери может быть снова сожжена, но от 2 до Ь% теряются с золой во всякомслучае. Qn — потеря в шлаке. Она же превышает 2 — 3%, но при сильном напряжении решетки достигает С и даже 8%. Q1“ — потеря в виде летучего кокса. Она вызывается большой скоростью воздуха (до 3 м.). В худшем случае эта потеря достигает 20°/0. Qn — потеря от несовершенного горения углеводородов вследствие недостатка кислорода. Ее величинаможет доходить до IS0/,. Q — потеря в видесажи. Она бывает около 2%. Q — потерявследствие образовании окиси углерода вместо углекислоты. Эта потеря определяется контрольным аппаратом. Она бывает более значительна, чем потерн Q1 и Qs. Последние два вида потерь определяются только в лаборатории. Q11 — потеря теплопроводностью и лучеиспусканием. Колеблется в пределах от 3 до 10%. Точное определение этой потери очень затруднительно. Она зависит от многих причин, в том числе даже от свойства почвы и зеркалагрунтовых нод. Qs 111 — потеря теплоты в отходящих газах. Достигает 25,5%. Q ш не зависит от достоинства Т. и не относится к потерям теплоты Т. Экономичность работы Т., для удобства сравнения, характеризуемся ее условным коэффициентом полезного действия. Этот коэффициент, пренебрегая трудно определимыми потерями Т. в окружающую среду, то есть потерями Q u, подсчитывается по потерям Q1- 1

и по условной потере с отходящими газами, «тнесенной к условной разности температур 200°С.. которая отвечает примерно средним условиям работ£г русских установок.

Что касается размеров прямых Т., то при определении их обыкновенно принимают за основание потребление угля.

Если потребление угля определяют по отношению к нагреваемому предмету, то принимают коэффициент избыточного воздуха для прямой Т. равным от 1,3 до 1,5; для полугазовой Т. от 1,2 до 1,3; для газовой — от 1,1 до 1,2; для нылеугольной и для Т. жидкого топлива от 1 до 1,1. Отсюда вычисляют состав, вес и объём происходящих от горения топочных газов. Потом вычисляют температуру горения и задаются температурой отходящих газов, а также задаются скоростями газового потока в различных местах Т. и дымоходов и вычисляют площади поперечного сечения в начале и конце дымохода. Площади поперечного сечения вычисляются по скоростям течения газов. Эти скорости колеблются в широких пределах, от 3 до 30 м. в сек. и более. Вообще говоря, скорость газового потока должна была бы оставаться одинаковой во всей печной системе, если нет особенной причины для ее изменения. Например, дымоходы в Т. паровых котлов часто в конце делаются уже, потому что топочные газы в конце дымоходов становятся холоднее и занимают меньший объём. При перемене скоростей в каналах следует заботиться

0 том, чтобы эта перемена не происходила внезапно. Кроме площади поперечного сечения дымоходов, большое значение имеет величина топочной камеры. Ширина и длина ее даны колосниковой решеткой. Скорость течения воз-луха в нрозорах решетки при естественной гяге (тяга дымовой трубой) равна 1 м. в сек. Площадь живого сечения решетки, через которую входит в Т. воздух (первичный воздух), составляет х - вую часть полной площади решетки. Поэтому, в час через живую площадь

1 кп. м. полной площади решетки проходит 3.600 х куб. м. воздуха. Если для 1 килограммр. топлива теоретическое количество воздуха равно L куб. м., а действительное—L куб. м., то на 1 квадратных метров общей площади решегкн можем сж ll-

в.600 дг _

гать в чао —.— кгр. топлива. При сжиганиина 1 квадратных метров колоспиковой решетки 150 килограммр. ка-меиного угля в час получают скорость дымовых газов в топочной камере от 2,5 до 3 м. в сек. Эта скорость топочных газов находится иростим расчетом. Очень важно еще знатьвысоту топочной камеры и положение порога. Порог устраивают для того, чтобы защитить нагреваемый предмет от непосредственного влияния пламени и лучше перемешать продукты горения. Порог принуждает пламенные газы проходить более длинный путь и умеряет их прямое действие. На чертёж 2 представлена топочная камора и порог нагревательной печи. Если бы не было порога, т кусок материала 1 нагревался бы сильнее д| уг ix. Но так как он закрыт порогом, то все. ри куска материала будут нагреваться пламенным потоком приблизительно одинаково. Верхний край порога должен подниматься над самым высоким местом поверхности топливного слоя но крайней мере на 20 — 30 см. Слон топлива на колосниковой решетке прямой не механической Т. бы-

Чертёж 2.

вает от 20 до 40 см. высотою. Высота слоя топлива увеличивается еще слоем золы с анти метров на 20 — 30. Т. обр., общая высота порога Л4 достигает величины от 60 до 100 см. Высота пламенного окна hx определяется по количеству развивающихся дымовых газов таким образом, чтобы скорость прохода их в этом месте была около 10 — 12 м. в сек. Высота свода топочной камеры над колосниковой решеткой Я, составит сумму Л» 4- Расстояние свода от поверхности“ слоя топлива Я, в прямой Т. примерно в I1/»— 2 раза, в полугазовой в 2 — 3 раза превышает толщину слон топлива. Во всяком случае, объём топочной камеры не должен быть слишком мал; в ней должно быть достаточно места для развитий“ пламени. К сожалению. методически этот вопрос до этих пор не исследован. В Соединенных Штатах для котельных Т. допускают на 10 квадратных метров поверхности нагрева объём топочной камеры: для Т. с цепной решеткой и нижним дутьем—1,22 квадратных метров, для пылеугольной Т.—1,83 квадратных метров, для Т. колошникового газа—0,61 квадратных метров Иногда по крайней мере часть свода опускают низко над колосниковой решеткой. Это делают тогда, когда имеют в виду воопламенять загружаемое топливо влиянием раскаленного свода. Такое снижение свода особенно часто наблюдается в Т. с цепной решеткой. В прямой Т. воздух почти всегда подводят под колосниковую решетку. Это нижний, или первичный воздух. В полугазовой Т., кроме того, подводят еще верхний, или вторичный воздух. Этот воздух следует вводить в виде топкого покрывала над пламенем, так чтобы он постепенно вливался в пламя. Первичный воздух подводится в полугазовую Т. таким образом, что ни одно место над топливным слоем не обнаруживает избыточного воздуха, наоборот, во многих местах наблюдается определенный недостаток воздуха. Этот недостаток воздуха покрывается дополнительным, вторичным воздухом. Количество вторичного воздухаве велико, от 5 до 10% общего количества, вводимого в Т.

Идеальный путь прямого сжигания угля— вто сжигание в пылевидной форме. И причина втому—огромная поверхность угля, мгновенно предоставляемая горению. Одной из распространенных в настоящее время установок пылевидного топлива считается система Лопуль-ко. При развитии системы постоянно обращалось внимание на достижение безопасности

Чертёж 8.

работы. Уголь доставляется к установке, проходит через дробилку и поступает в магнитный сепаратор. Здесь от угля отделяется железо, которое могло в него попасть случайно. Затем уголь подается в сушилку и оттуда к питательному апнах>ату мельницы. В втой системе пользуются вальцовой мельницей Раймонд. Мельчайшие частицы угля отделяются от более крупных при помощи эксгаустора, который доставляет готовый продукт в циклонный коллектор. Этот коллектор отделяет измолотый уголь от воздуха, который возвращается назад

в мельницу, и раоотает как закрытая система. Пульверизованное топливо берется из циклонного коллектора или конвейером, или другим способом и подается в бункеры для готового топлива, которые помещаются над котлами. Питатели, состоящие и в вращающегося винта, с переменной скоростью отмеривают угольную пыль, которая поступает в питательпые трубы, и некоторое количество воздуха под высоким давлением и отводят в виде смеси угольного порошка о воздухом (около 1 килограммр. воздуха на 1 килограммр. угля) к горелкам. Здесь впускается еще добавочный воздух в отверстия оболочек, которые окружают горелки. Топливо подается в Т. в вертикальном направлении, образуя Н-образное пламя. Пламя получает добавочный воздух через отверстии в пустотелой передней стенке. Частнпы обравс-вавшейся золы охлаждаются так называемым водяным иди шлаковым порогом и осаждаются в зольнике в виде зернистой массы. Вторичный воздух, вводимый в Т. через переднюю стенку, # подогревается предварительно от 70 до 90° С., циркулируя по горизонтальным каналам передней и боковых стенок Т. Важную часть системы составляет водяной иди шлаковый порог. Его назначение — охлаждать нижнюю часть Т., так чтобы температура частиц золы была ниже точки нлавлепин.Частицы золы падают на дпо в форме мелкого бисера. Таким образом избегают образования шлака на две зольника Т. Порог состоит из трубок диаметром в 10 миллиметров., слегка наклонных к горизонту и расположенных поперек дна Т. в расстоянии от 80 до 85 миллиметров. одпа от другой. Горелка Лопулько COCTOH1 из веерообразного сопла, окруженного каналами с регулируемым глушителем, по которым воздух подводится в топочное пространство к пламени. Это сопло представляет узкое плоское отверстие, через которое вводится веерообразный поток топлива.

Система Лопулько схематически представлева на чертеже 8.

Газовая печь представляет из себя непрямую Т., то есть такую, в которой углерод сгорает сначала в окись углерода в газогенераторе, а потом в углекислоту в газовой печи собственно. Первые газогенераторы Сименса имели прямоугольное поперечное сечение. Эта форма встречается еще и в настоящее время, только теперь рекомендуют углы закруглять. Но современные генераторы большей частью имеют круглое поперечное сечение и цилиндрическую форму. Шахту генератора строят из огнеупорного кирпича. Обычпо стенки шахты имеют толщину 800 — 350 миллиметров. Снаружи шахта покрытакожухом из листового железа толщиною 8 — 10 миллиметров. Иногда стенки устраиваются двойными. В этом случае их додают железными. Промежуток между стенками заполняют водой. Часть теплоты, которая развивается внутри газогенератора, используется при таком устройстве шахты для получения пара. Чистый диаметр шахты берут равным от 2 до б м., иногда и значительно более. Затруднения, связанные с удалением золы и шлака, привели, сначала в Америке, к мысли о применении водяного затвора для разобщения внутренности шахты о наружным воздухом. Водяной затвор устраиваете:! таким образом, что нижний край геневремени особого рода лопатой. Пар, который развивается от действия раскаленных золы и шлака, делает обыкновенно излишним особое паровое дутье. Только при газификации очень сухого топлива необходимо еще присоединение парового сопла. Принцип водяного затвора, введеппый Морганом, в настоящее время применяется у большей части газогенераторов как с пеподвнжпой колосниковой решеткой, так и с подвижной. В осповных чертах не только водяной затвор, во и связанный с ним чепец сохраняется и в самой совершенной современной генераторной конструкции, именно, в генераторе с вращающейся v колосниковой ретет-

Рисунок 4.

раторного кожуха погружается до определенной глубины в ванну с водой. Благодаря водяному затвору производство газа не страдает от перерыва в работе, газ получается олее равномерного состава, и дается возможность удалепия золы во всякое время и притом в и -гашенном виде. На чертёж 4 представлен современный газогенератор системы Моргала, впер вые ее предложившего в Америке. Стенки шахты опираются на кольцо из котельного железа или чугуна, которое погружено в пну о водой. Столб топлива опирается посредине на чепцеобразную покрышку дутьевой трубы, а кругом— на золу и шлак, которые мало-по-малу собираются на дно ванны с водой. Зола и шлак в погашенном виде удаляются время откой. Только здесь поверхность его увеличена, так что только небольшая часть столба топлива опирается на дно ванны, и выгребание золы здесь не предоставляется случаю, но зола автоматически придвигается к краям ванны. Несмотря на большие достоинства газогенератора Моргана о чепцовой решеткой и нижним водяным затвором, его ни в коем случае нельзя считать идеальным. При газификации спекающегося угля работа па нем требует очень ста-ателытого шурования в нижней части шахты, пекшийся уголь необходимо бывает дробить штангой. Следствием этого является потеря газа и расход по оплате лишнего труда. Кроме того, дроблепие и шурование сильно нарушают равномерность состава газа. Однако, пебольхсая стоимость установки и возможность не- 1 прерываемой работы обеспечивают ему гаиро-кое распространение, особенно в мелком и среднем производстве. Появление газогенера- » тора с вращающейся решеткой было вызвано необходимостью иметь газогенератор, который

соединял бы выгоду непрерывной работы с возможностью газификации малоценного и спекающегося топлива. Водяной затвор остается, диаметр дутьевого чепца увеличивается. Непец соединен с ванной, которая наполнена водой. Ванна, а вместе с ней и чепцовая решетка вращаются на роликах или на шариках. Вращение производится посредством особой

1 передачи, равномерно или толчками. Обыкпо-j венно применяют червячную передачу. Враще-I ние ванны и решетки производится очень медленно. Полный оборот совершается во время от 1 до 5 часов. Чепцовая решетка как в генераторе Моргана, так и в генераторе с вращающейся решеткой снабжается отверстиями таким образом, что дутье (воздух, смесь пара с воздухом или один водяной пар) равномерно распределяются но всему поперечному сечению шахты. Кроме того, вращающаяся решетка производит шурование топлива, измельчая образующийся кокс и шлак. На чертёж 5 представлен хороший современный газогенератор с вращающейся так называемым фрезерной, правильнее крыльчатой решеткой (Коллер—А. V. G.).

Опыт показывает, что слой золы обыкновенно не имеет горизонтальной поверхности, но по направлению к стейке поднимается и по направлению к чеппу опускается. Крылья, приделанные к решетке, вращаясь, располагают золу в виде слоя с горизонтальной поверхностью. Кроме решетки в виде чепца, устраивают колосники в газогенераторах и в виде плоской решетки, в виде наклонной, лестничной. Иногда колосниковая решетка имеет форму цепной, иногда форму двускатной крыши и так далее Устраивают и бесколоспиковые газогенераторы. К числу последних принадлежит генератор с расплавленным шлаком. Топливо загружается в шахту газогенератора посредством засыпного аппарата, представляющего из себя воронку с наружным и внутренним затвором. При устройстве засыпного аппарата необходимо иметь в виду следующие требования: 1) ручная работа должна ограничиваться немногими приемами; 2) топливо должно распределяться правильно по всему поперечному сечению тахты и должна быть возможность скучивать топливо в любом месте поперечного сечения шахты; 3) загрузка топлива не должна причинять потерн газа.

К сказанному о газогенераторах следует добавить еще, что в настоящее время большое распространение получают механические генераторы. Из них особепио известны механический генератор Моргана и генератор Вельмана.

В последние годы большое значение приобрели газогенераторы с получением так на;. первичной смолы, то есть смолы, получаемой cv-хой перегонкой при низкой температуре, ‘и газогенераторы с получением аммиака.

Литература: В. Е. Грум-Гржимайло, -П.ц -менные печпа; Auffidaser, „Brcnnstoff und Vei brennung“; Keppeler, „Die Brennstoffe umi ibr-Verbrenmmg8; W. Tafel, „Wfirme und W&rtnc-wirtschaft der Kraft-und Feuerungsanlagen in der Industrie-; Ram bush, „Modern Gas Producer1: С. Ф. Флоров, „Газогенераторы и газ и фп каш я топлива“.

С. Флоров.