§ 21. СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
Для сжигания твердого топлива в кузнечных печах применяются топки: 1) с горизонтальной колосниковой решеткой; 2) с наклонной ступенчатой решеткой; 3) с механизированной подачей топлива.
На фиг. 23 изображена топка с горизонтальной колосниковой решёткой. Топливо подают в топку через шуровочное (рабочее) окно 4 на специальную металлическую решетку 3, называемую колосниковой решеткой. Решетка состоит из отдельных чугунных брусков (или плит) — колосников. Под колосниковой решеткой находится зольник 1, куда проваливается зола; через зольник поступает в топку также воздух, необходимый для горения. Воздух от вентилятора поступает по трубе 5. Из зольника воздух через зазоры в колосниковой решетке проходит сквозь слой топлива, соприкасаясь с ним, отчего и происходит горение, т. е. соединение горючих элементов топлива с кислородом воздуха.
Пространство топки 2, расположенное выше колосниковой решетки 3, называется топочным. В этом пространстве догорают летучие вещества топлива.
На фиг. 24 показана схема горения угля в топках. В верхнем слое 4 находится свежее топливо, только что поступившее в топку, которое подготовляется к горению и выделяет летучие. В среднем слое 3 идет наиболее интенсивное горение и, наконец, в нижнем слое 2, состоящем из огарков и шлаковой подушки, происходит догорание огарков и подогревается воздух, поступающий для горения. Шлаковый слой, кроме того, предохраняет колосники 1 от действия температур.
При тонком слое топлива (без нижнего слоя шлака) воздух будет распределяться через колосниковую решетку неравномерно, т. е. слой топлива будет пронизываться воздухом не везде одинаково. Это при спекающихся, а также крупных углях приведет к образованию прогаров, и рабочий при всем желании не сможет хорошо вести топку, несмотря даже на то, что будет непрерывно шуровать и выравнивать слой. При мелких неспекающихся углях получится иная картина. Воздух будет распределяться по решетке более благоприятно, но вследствие измельченности, а следовательно, и малого веса отдельных частиц угля будет частично уносить с собой угольную мелочь из топки, что увеличит расход угля.
Совершенно иначе идет горение в топке со шлаковой подушкой, когда вновь загруженное топливо располагается на слое кокса и шлака. В этом случае воздух, проходя по многочисленным извилистым каналам, образуемым шлаком и огарками, будет равномерно распределяться по колосниковой решетке и так же равномерно нагреваться. При этом напор воздуха значительно ослабнет, воздух не будет уносить угольную мелочь, и горение будет более равномерным и спокойным.
Из этого следует, что при сжигании углей на горизонтальной колосниковой решетке нужно:
а) сжигать уголь на шлаковой подушке;
б) слой топлива поддерживать в пределах от 80 до 200 мм, что зависит от величины кусков угля. Чем крупнее куски, тем толще слой угля должен быть на решетке; лучшие результаты дает уголь с величиной кусков 30–50 мм;
в) шуровать топку, разрыхляя и разравнивая верхние слои угля. Совершенно неправильно поступают те рабочие, которые при шуровке спускают весь шлак в зольник. В случае же зашлакования колосниковой решетки необходимо осторожно прорезать колосники резаком, чтобы вновь дать доступ воздуху;
г) загружать свежее топливо мелкими порциями через возможно короткие промежутки времени (5–8 мин.). Подбрасывать уголь в топку нужно с таким расчетом, чтобы каждая новая порция угля шла на покрытие тонких мест слоя. Такие тонкие места можно распознать по яркому цвету верхней поверхности слоя.
Количество топлива, сжигаемое топкой, в основном зависит от площади колосниковой решетки и ее напряженности. Площадь колосниковой решетки равна (см. фиг. 23):
F = a × b, м²,
где a — длина колосниковой решетки, м; b — ширина колосниковой решетки, м.
Площадь определяется по напряженности решетки. Напряженностью колосниковой решетки называется количество топлива (В), которое сжигается в час на 1 м² площади решетки (кг/м²·час). Можно рекомендовать сжигать в кузнечных печах 100 кг условного топлива на 1 м² площади решетки в час, тогда:
F = BQр / (100 × 7000), м²,
где Qр — теплотворная способность топлива в ккал/кг. Теплотворная способность условного топлива, как уже говорилось в § 18, равна 7000 ккал/кг.
Пример. Необходимо определить площадь колосниковой решетки при условии, если расход каменного угля равен 200 кг/час. Теплотворная способность каменного угля равна 5600 ккал/кг. Подставляя значения в формулу, получим:
F = 200 × 5600 / (7000 × 100) = 1 120 000 / 700 000 = 1,6 м².
Колосниковая решётка состоит из отдельных колосников. Колосники бывают балочные и плиточные (фиг. 25, 26). Обычно принимаются следующие размеры колосников: длина колосников от 500 до 1000 мм, ширина a балочных колосников 50–70 мм; плиточных колосников 150–250 мм. Балочные колосники применяются для каменных углей, а плиточные — для мелких углей и антрацитов.
Щели (зазоры) б, через которые проходит воздух из зольникового пространства в топку, составляют живое сечение колосниковой решетки, величина которого определяется его удельной площадью в % от площади колосниковой решетки. Живое сечение решетки при балочных колосниках создается приливами, которые образуют между колосниками зазоры (на фиг. 25 зазоры б равны 1,5 мм).
В плиточных колосниках живое сечение создается щелями б шириной 5–8 мм (см. фиг. 26). Величина живого сечения зависит от характера топлива и изменяется в пределах от 10 до 20 % от площади решетки. Размеры колосниковой решетки принимаются в зависимости от удобства ее обслуживания на одно загрузочное окно не более 2000 мм, а по ширине не более 1200 мм.
Иногда для удаления золы и разрыхления нижних слоев топлива колосники делаются качающимися. Очистка топки в этом случае производится через опрокидывающиеся колосники, а нижний слой топлива прорезается при периодическом качании колосников на цапфах с помощью тяги и рычага (фиг. 27).
Сжигание угля в топках с горизонтальной колосниковой решеткой имеет недостатки; основные из них:
- затруднения в получении равномерного горения, особенно при сжигании углей, богатых летучими. После каждой шуровки обильно выделяются летучие, а это приводит к падению температуры в печи и к потере тепла с уходящими газами;
- затруднения в обслуживании топки и получении высокой температуры при сжигании углей с большим содержанием мелочи, золы и влаги (воды).
На фиг. 28 приведена топка с механической подачей топлива, так называемая стоккерная топка. Чтобы процесс горения протекал нормально, в стоккерных топках можно сжигать уголь только с тугоплавкой золой (температура плавления золы не ниже 1200–1250° С). Куски угля не должны быть по величине больше 30–40 мм, поэтому перед сжиганием в стоккерной топке уголь необходимо дробить и сортировать.
Уголь загружается в бункер 3, из которого шнеком 5 по трубе 6 подается в реторту 9 (см. фиг. 28). В реторту через щели поступает воздух от вентилятора 1, который работает от одного двигателя, приводящего во вращение шнек 5. В реторте 9 происходит горение угля. Процесс горения угля в стоккерной топке отличается от процесса горения на горизонтальной решетке. Свежий уголь выдавливается шнеком, поднимается в реторте постепенно вверх и постепенно подогревается от горячего верхнего слоя угля. Летучие, выделяющиеся из угля, сгорают без образования копоти и сажи. Зона горения располагается на поверхности реторты.
Шлак выжигается тоже на поверхности реторты и благодаря непрерывному поступлению снизу реторты свежего угля постепенно переваливается на боковые дожигательные плиты 8. С боковых плит зола выгребается через зольниковые окна 7. Воздух в стоккерных топках должен подводиться под значительным давлением — до 200–250 мм вод. ст. Производительность стоккерных топок примерно 100–125 кг условного топлива в час.
Стоккерные механические топки имеют перед ручными топками следующие преимущества: облегчают труд рабочего, сокращается обслуживающий персонал (один рабочий может обслужить 6–8 топок), достигается более равномерная температура в топке.
