Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплообменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива. По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках — газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии. В современных котельных установках обычно используются три основных способа сжигания твердого топлива (рис. 14): слоевой, факельный, вихревой. Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят производительность и экономичность котельной установки.
Рис. 14. Схемы процессов сжигания топлива: а — слоевого, 6 — факельного, в — вихревого
Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками. Тонки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу, — выносными. В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые тонки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные. Ручными топками называют те, в которых все три операции — подача топлива в топку, его шуровка и- удаление шлака (очаговых остатков) из топки — производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку. Полумеханическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с на¬ клонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы. Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в топку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков.
Ряс 15 Схемы топок для сжигания твердого топлива в слое. а-с ручной горизонтальной колосниковой решеткой, б-с забрасывателем на неподвижный слой, в - с шурующей планкой, г - с наклонной колосниковой решеткой, д - вертикальной, е-с цепной решеткой прямого хода, ж - с решеткой обратного хода с забрасывателем производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста.
Топливо в топку поступает непрерывным потоком. Слоевые топки для сжигания твердого топлива (рис. 15) делят на три класса: топки с неподвижной колосниковой решеткой я неподвижно л ежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку ,с ручной горизонтальной колосниковой решеткой (рис. 15, а и б). На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1—2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (рис. 15, в, гид), к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, но мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч топки с движущимися механическими колосниковыми решетками (рис. 15, е и ж) двух типов: прямого и обратного хода.
Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрахщтов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч. Камерные (факельные) топки. Камерные топки (рис. 16) применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках — углеразмольных мельницах, а жидкое топливо — распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.
Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности. Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринрмаюшую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и раз-рушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков. По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением. Камера топки с твердым шлакоудалением (рис. 16, а) снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой 1. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются. в отдельные зерна и через горловину 3 попадают в шлакоприемное устройство 2. Камеру топки б с жидким шлакоудалением (рис. 16, б) выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом 7, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный_ шлак, вы¬павший из факела на под, остается в расплавленном' состоянии и вытекает из топки через летку 9 в шлакоприемную ванну 8, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы. Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные. В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака. Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее. Горелки бывают прямоточными и завихриваюшими. Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.
