Топочным процессом называется совокупность физических и химических явлений, связанных со сгоранием топлива в топках паровых котлов.
Горение топлива в топке сопровождается интенсивным теплообменом за счет излучающей способности факела с экраном и первыми рядами конвективного трубного пучка. Таким образом топка котла выполняет двойную функцию; обеспечивает полное сгорание топлива в объеме топочного пространства и осуществляет лучистый теплообмен между факелом и поверхностями нагрева, непосредственно примыкающими к топке. Т. е. горение топлива и теплообмен протекают как единосвязанный топочный процесс.
Характер процессов образования горючей смеси топлива и воздуха определяется в основном аэродинамической структурой потока. Поэтому в классификацию топочных процессов положен аэродинамический принцип организации процесса.
Существующие топочные процессы можно разделить на три основных типа;
• слоевой процесс характерен тем, что поток воздуха, движуЩиЙся через
Проточную камеру топки, встречает на своем пути слой твердого
Кускового топлива, реагируя с которым превращается в поток горячих
Продуктов сгорания.
Характерными особенностями слоевого топочного процесса являются;
— значительный запас топлива в слое, соизмеримый с часовым расходом топлива, что обеспечивает устойчивость процесса горения;
— большие размеры кусков топлива во избежание их уноса с потоком воздуха;
— зависимость форсировки процесса горения только от скорости обтекания частиц топлива воздушным потоком;
— небольшая удельная мощность (максимальное количество топлива, которое можно сжечь на 1 м площади);
— периодичность процесса, связанная с забросом новой порции топлива и удалением шлаков и золы;
— низкая маневренность;
— трудность механизации и автоматизации процесса.
Из-за значительного количества недостатков и в связи с массовым переходом на сжигание жидкого топлива в судовых паровых котлах слоевые топки фактически исчезли из практики морского флота.
|
А б в Рис. 18. Типы топочных процессов паровых котлов: А — слоевой; б — факельный; в — вихревой (циклонный). |
В — воздух; Т — топливо; ДГ — дымовые газы; К — колосниковая решетка;
Ф — форсунка; ВНУ — воздухонаправляющее устройство; П — питатель; С — сопло.
• факельный процесс характеризуется непрерывным движением топливных частиц вместе с газовоздушным потоком, в котором эти частицы сгорают во взвешенном состоянии. В виде факела сжигают газообразное, жидкое и измельченное до пылевидного состояния твердое топливо. Топливо в топку подается через топочные устройства, представляющие собой совокупность форсунки и воздухонаправляющего устройства. Конструкция топочного устройства предполагает тонкое дробление или распыливание частиц топлива, тщательное перемешивание его с потоком воздуха, надежное воспламенение топливовоздушной смеси и качественное сгорание топлива в пределах топочного объема.
Характерными особенностями факельного процесса являются;
— малый запас горючего в топочном объеме, что делает процесс менее устойчивым;
— равенство времени пребывания частиц топлива в топке и времени их сгорания;
— следование частиц топлива вместе с газовым потоком;
— легкая управляемость процессом горения.
Основными условиями осуществления интенсивного факельного процесса являются; тонкий распыл (или размол) топлива; хорошее перемешивание его с воздухом, турбулизация факела и всего топочного объема.
• вихревой (циклонный) процесс является дальнейшим развитием факельного способа сжигания пылевидного твердого топлива. Он основан на использовании центробежного эффекта, возникающего при вращательном движении газовоздушного потока. Мелко раздробленное,
До частиц размером 2^4 мм, твердое топливо (торф или уголь) поступает вместе с небольшим количеством первичного воздуха через питатель в цилиндрическую камеру с выходным горлом. Основной (вторичный) воздух поступает с большой скоростью через сопла, обеспечивая образование в камере устойчивого циклона (вихря). Циркуляционное движение заставляет частицы топлива двигаться по локализованному контуру топочного объема столько раз, сколько нужно для их газификации и полного сгорания.
Циклонные топки обладают высокой эффективностью и нашли широкое применение в стационарных установках при сжигании каменных углей, торфа и отходов производства.
В судовых и корабельных паровых котлах применяется исключительно факельный способ сжигания жидкого топлива.