Топка котла

Сделав для себя выбор в пользу того или иного вида отопительного котла на твердом топливе, необходимо иметь представление о том, как правильно топить собственный домашний твердотопливный котел. Варианты в данном случае могут отличаться, если брать во внимание вид нагревательного прибора. Используемые на сегодняшний день агрегаты на твердом топливе условно делятся на две группы, агрегаты с ручной подачей топлива и изделия, снабженные автоматической подачей топливных ресурсов.

Остановимся на том, как топить котлы разных видов и какой топливо оптимально подходит для домашнего отопления.

Принцип работы твердотопливных котлов

Твердотопливные котлы, которые сегодня представлены в продаже, в основном все оснащены системами управления и вентиляторами, обеспечивающие подачу воздуха в камеру сгорания. Блок управления состоит из датчика температуры, установленного на теплообменнике. Сигналы о снижении и повышении температуры теплоносителя, заставляют срабатывать автоматику, которая включает или выключает нагнетатель воздуха. В результате автоматика сама осуществляет контроль над температурным режимом, регулируя интенсивность горения.

Топка котлов с помощью автоматики сводит человеческое участие к минимуму. После закладки топлива всю работу аппарата контролируют автоматические устройства и механические приспособления. Прибор, достигнув оптимального режима работы, переходит в режим тления. С понижением температуры и ослабевания интенсивности горения, снова включается система наддува. Процесс монотонный и постоянный, благодаря которому обеспечивается подача воздуха в камеру сгорания и улучшается выход продуктов горения через дымоход.

Если топливо в топке закончилось, автоматика задействует теплоноситель, собравшийся в тепловом аккумуляторе. Подобная схема предотвращает быстрое остывание системы отопления и снижение температуры теплоносителя до критических значений. В ряде случаев система автономного отопления дополняется электрокотлом — нагревательным элементом, который является резервным источником тепла при остановке основного отопительного агрегата.

Важно! Контролировать количество закладок топлива в котел — задача, которую по-прежнему должен контролировать человек. Зная мощность устройства и потребности отопительной системы, можно рассчитать количество закладок топлива. Автоматика способна только на непродолжительное время поддерживать всю систему в работоспособном состоянии, защищая оборудование от перегрева и от полной остановки.

Принцип действия твердотопливных котлов прост и понятен. Грамотная обвязка позволяет не только создать нормальные условия для функционирования нагревательного прибора, но и обеспечит бесперебойную работу всей системы отопления в доме.

Выбираем топливо для твердотопливных котлов

Вид отопительного прибора, требования, выдвигаемые ко всей системе энергоснабжения, позволяют определить, чем топить домашний твердотопливный котел, какое топливо лучше. На вопрос, можно ли топить аппарат разными видами топлива, ответить однозначно нельзя. Все зависит от вида отопительного прибора. Принцип действия оборудования определяет выбор — уголь, дрова, кокс и пеллеты, к чему есть доступ на сегодняшний день.

От того какое топливо используется в системе и какого качества, зависит работоспособность агрегата. Тем более что запас топливного ресурса делается в больших количествах, соответственно подготовка к отопительному сезону связана с большими расходами.

Самые распространенные виды топлива, используемые сегодня в быту:

• дрова;
• уголь, каменный или бурый;
• прессованные торфяные или деревянные евробрикеты;
• пеллеты.

Если с выбором, чем и как топить нагревательный агрегат трудно определиться, оптимальный вариант – это пользоваться торфяными брикетами или топить пеллетами. Такое топливо готово к употреблению, обладает необходимыми физическими характеристиками. Единственный минус такого вида топлива — высокая цена.

Дрова так же отличаются высокими технологическими характеристиками. Но здесь следует придерживаться жесткого правила:

Для того, что бы топить в домашних условиях, лучше используйте только твердые сорта древесины. Они дольше горят, имеют высокую теплоотдачу. Старайтесь не применять для розжига дрова сосновых деревьев. Они обладают повышенной смолистостью, что приводит к быстрому загрязнению камеры сгорания аппарата и теплообменника. Дрова должны быть сухими. Дрова с повышенной влажностью хуже горят, в процессе горения выделяется большое количество пара, который превращается в конденсат.

Уголь, удобен, практичен и выгоден во многих отношениях. Помимо доступной цены уголь отличается высокими технологичными характеристиками. Сюда можно отнести и продолжительную длительность горения, и высокую теплоотдачу. При горении уголь выделяет минимум вредных веществ.

Как правильно топить оборудование разных видов

Часто возникает вопрос о том, как топить тот или иной нагревательный аппарат. Пеллетные твердотопливные котлы сегодня становятся популярными ввиду их высокой эффективности. Несмотря на высокую стоимость топливного ресурса, такое устройство имеет автоматизированную подачу топлива. Благодаря своей конструкции такая техника меньше всего нуждаются в постоянном обслуживании.

Для нагревательных приборов других видов: пиролизных, агрегатов длительного горения и котлов в классическом исполнении, требуется иной подход в организации работы. Отопительные приборы каждого вида имеют свои особенности и специфику.

Начнем с того, что твердотопливные котлы в традиционном, в классическом исполнении сегодня практически вышли из употребления. В некоторых домовладениях еще можно встретить устройства, работающие ан дровах или на угле, обладающие минимальными функциями и низкой производительностью.

Наиболее распространены сегодня пиролизные котлы и агрегаты длительного горения – высокотехнологичные приборы, отвечающие всем необходимым требованиям и стандартам безопасности. Для отопительных приборов этих видов характерна высокая производительность и экономичность. Нагревательные приборы длительного горения имеют высокий КПД — 80%. Среди твердотопливных агрегатов самый высокий КПД – 85% имеют котлы пиролизного типа.

Топка котла длительного горения

Растапливать технику, работающую на твердом топливе, можно двумя разными способами, прогоранием и слоями. Каждый вариант позволяет увеличить продолжительность горения одной загрузки. В топку закладываются дрова. Для скорейшего розжига необходимо добавить бумагу или щепы. После появления пламени, загрузочная дверь закрывается и включается блок управления отопительного прибора.

Далее процесс протекает следующим образом. Дрова, уголь или брикеты горят сверху вниз, отдавая максимально возможное количество тепла. Горение в топке таким способом может протекать длительное время.

Для справки: Для некоторых моделей одной загрузки хватает на 24 часа (в режиме ожидания до 48 часов).

После включения агрегат необходимо довести до оптимального режима работы, установив заведомо высокую температуру нагрева. После выхода оборудования на оптимальный температурный режим, можно снизить мощность котла, установив необходимые температурные параметры.

Особенности растопки пиролизного твердотопливного котла

Отопительная техника, работающая на основе пиролиза, отличается тем, что позволяет использовать в качестве топлива практически любое органическое сырье, имеющее низкую влажность (не более 20%). Горение осуществляется поэтапно. Сначала происходит из-за высокой температуры распад органических соединений в топливных компонентах с последующим выделением древесного газа. Такой процесс называется пиролиз. Далее, уже во второй камере сгорания происходит высокотемпературное горение горючего газообразного вещества. При этом требуется постоянный приток кислорода.

Процесс работы агрегата пиролизного типа легко контролировать, повышая или уменьшая подачу воздуха. Основное преимущество таких котлов — высокая эффективность и теплоотдача при минимальных количествах загрузки. После сгорания в топке практически не остается продуктов горения. Чистить такой топочную камеру у такого нагревательного прибора гораздо легче и удобнее, чем у агрегатах других видов.

На что надо обратить внимание

Работа любого отопительного прибора на угле, дровах и других топливных полуфабрикатах неразрывно связана с системой вентиляции. От качества вентиляции и состояния дымохода зависит эксплуатационные характеристики нагревательного оборудования, технологические параметры всей системы отопления в доме.

Вытяжка должна работать в соответствии с установленными нормами пожарной безопасности.

Важно! Неправильно сделанная вытяжка создаст угрозу попадания вредных продуктов горения в жилые помещения. Недостаточная тяга приведет к снижению мощности устройства. Регулярная очистка дымохода позволит избежать возгорания сажи, что может вызвать возгорание домовых конструкций, создать пожароопасную ситуацию.

Правильно сделанный дымоход, чистка нагревательного прибора обеспечат длительную работу твердотопливного котла на оптимальных режимах работы. Частая смена одного вида топлива на другой может стать причиной нестабильной работы отопительного агрегата, сбоев в системе ГВС и теплоснабжения. У каждого агрегата должно быть одно, основное топливо, тогда как другие виды могут использоваться кратковременно, по необходимости.

znatoktepla.ru

Типы топок

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 типы топок служат 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.

Рис. 14. Схемы процессов сжигания топлива: а – слоевого, б – факельного, в – вихревого

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. Типы топок, 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.

Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива. Эти типы топок делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками. Топки, 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 топки подразделяют на следующие типы топок: 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.

Полу механическими топками называют те типы топок, в которых механизированы одна или две операции. К ним: относят шахтные с наклонными 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 производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.

Рис. 15. Схемы топок дня 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 цепной решеткой обратного хода с забрасывателем

Слоевые топки для сжигания твердого топлива (рис. 15). Типы топок делят на три класса: топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим 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, г и д), 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, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и 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 ценными 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 антрацитов 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, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.

Рис. 16. Схемы камерных (факельных) топок:

а – для пылевидного топлива с твердым; шлакоудалением, б – для пылевидного топлива с жидким шлакоудалением, 1 – шлаковая холодная воронка, 2 и 8 – шлакоприемные устройства и ванна, 3 – горловина, 4 и 6 – топки, 5 – горелка, 7 – под, 9 – летка

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 6 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, выпавший 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 завихривающими.

Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.

boiler-equipment.kz

Методика сжигания в камерной топке

В камерных топках твердое топливо сжигается непосредственно в топочном объеме. Для того чтобы частицы топлива в течение своего короткого пребывания в топочном объеме успели полностью сгореть, необходимо подавать их в топочную камеру в тонко измельченном виде, чем достигается увеличение поверхности соприкосновения топлива с воздухом. Измельчение топлива до пылевидного состояния осуществляется в специальных угольных мельницах. Для производительной и бесперебойной работы мельниц измельчаемое в них топливо должно быть подвергнуто сушке. Таким образом, котлы с камерными топками для сжигания твердого топлива должны быть снабжены системой устройств пылеприготовления. В этих устройствах топливо проходит следующие стадии подготовки: дробление, сушку и измельчение, для осуществления которых в систему пылеприготовления входит ряд элементов и транспортирующих звеньев. Приготовленное пылевидное топливо первичным воздухом подается в горелки топки для сжигания.

Класификация камерных топок

Камерные топки разделяют:

• По способу сжигания топлива:
  • Вихревые топки;
  • Факельные топки;
  • Топки с кипящим слоем.
• По способу удаления шлака:
  • с твердым шлакоудалением;
  • с жидким шлакоудалением:
    • однокамерные;
    • двухкамерные.

Вихревая (циклонная) топка

Вихревая (циклонная) топка – топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5-10 мм и более). В современных вихревых топках сжигаются куски твёрдого топлива размером 2-100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30—150 м/сек. В результате интенсивного горения в топке развиваются температуры, близкие к адиабатным (до 20000С). Зола угля плавится, жидкий шлак стекает по стенкам. Существуют горизонтальные и вертикальные циклонные предтопки, причём последние применяются значительно реже. Диаметр горизонтальных циклонных предтопков 1,2-4 м, относительная длина их не превышает 1,5-1,6.

Топки этого типа широко используются за рубежом. Вихревые топки характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры и степенью улавливания шлака до 90%. В другой топке тепловое напряжение объёма в 10-20 раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80%. Одна крупная вихревая топка позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150—180 т/ч, поэтому у котлов большой мощности устанавливают до 12-14 горизонтальных циклонных предтопков.

В данное время от применения таких топок отказались. Однако они продолжают применяться для сжигания серы с целью получения SO₂ в производстве H₂SO₄ (серной кислоты) и обжига руд.

Факельная топка

Факельные топки – топки паровых и водогрейных котлов или печей, в которых топливо (угольная пыль, распыл, мазут или газ) сгорает в факелах, занимающих в отличие от слоевой топки большую часть объема топочной камеры. Факельные топки были разработаны для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе, что позволило с высокой надежностью и экономичностью использовать топливо пониженного качества, значительно повысить единичную производительность котлоагрегатов. Топливо перед подачей в топку очищают, измельчают и высушивают в системе пылеприготовления топлива. Факельные топки весьма удобны для сжигания газообразного и жидкого котельного топлива, при этом газообразное топливо не требует предварительной подготовки, а жидкое должно быть распылено форсунками.

Факельные топки для пылевидного топлива подразделяют на следующие:

• с удалением шлака в твердом состоянии (сухое шлакоудаление);
• с жидким шлакоудалением.

В зависимости от расположения горелок факелы могут не иметь поворота в топке (при подовом или сводовом расположении горелок) либо поворачиваться на 90° (при горизонтальном расположении горелок) или на 180° (U-oбразный факел). Температура факела в ядре горения доходит до 2000°С, постепенно снижаясь примерно до 1000°С на выходе из топки. Для факельных топок характерно интенсивное теплоизлучение пламени на стены топки. Стены топки обычно покрыты экранами из водоохлаждаемых труб, а у современных мощных паровых котлов состоят из плавниковых труб, сваренных между собой. При этом тяжеловесная наружная обмуровка из огнеупорных кирпичей, применявшаяся на старых котлах, заменяется лёгкой изоляцией, навешиваемой с наружной стороны на экранные плавниковые трубы. Большая часть современных топок – факельные.

Топка с кипящим слоем

Топка с кипящим слоем занимает промежуточное положение между топками слоевого сжигания и факельными. Со слоевыми топками их объединяет, прежде всего, возможность сжигания “дробленки” с размером кусков до 10-20 мм и наличие решетки, через которую в слой подается воздух. При повышении скорости воздуха, продуваемого через слой, наступает момент, когда аэродинамическая сила, действующая на каждую частицу топлива, преодолевает силы взаимного трения частиц. Дальнейшее увеличение расхода воздуха приводит к псевдоожижению частиц топлива, слой как бы кипит (отсюда название “кипящий слой”), высота и пористость его увеличивается.

Минимальную скорость, при которой начинается псевдоожижение, называют первой критической скоростью W_кр1; при второй критической скорости W_кр2 аэродинамическая сила становится равной силе тяжести частиц топлива, и начинается их интенсивный вынос из слоя. Оба эти параметра имеют строго определенные значения только для монодисперсного материала с постоянной плотностью, а слой, как известно, состоит из полифракционного инертного материала и частиц топлива разной плотности.

Реальные топочные устройства с кипящим слоем работают со скоростями от W_кр1 до W_кр2.

Различают топки с обычным, или стационарным кипящим слоем (когда скорость в нем близка к W_кр1) и топки с циркулирующим кипящим слоем (когда скорость близка к W_кр2). В последнем случае из слоя выносится значительная часть недогоревшего топлива, которое затем улавливается в горячих циклонах и возвращается для дожигания.

Важно отметить, что в топках с кипящим слоем количество горючего материала составляет обычно небольшую долю от массы слоя, основу его составляет инертный материал или зола топлива (при сжигании высокозольных углей). Интенсивное перемешивание твердых частиц под воздействием сжижающего воздуха, проходящего через слой зернистого материала, обеспечивает повышенный тепло- и массообмен в слое. Погружение в кипящий слой поверхностей нагрева позволяет поддерживать температуру на таком уровне, при котором не происходит зашлаковки слоя.

Достоинста топки с кипящим слоем

• Обеспечивается высокий коэффициент теплопередачи;
• Длительное пребывание частиц в слое позволяет сжигать уголь с повышенной золь остью и отходы производства;
• Появляется возможность создать более компактное топочное устройство без системы пылеприготовления, при этом снижаются удельные капитальные затраты на сооружение котельной, а также ремонтные расходы;
• Добавка известняка в слой связывает серу топлива с зольным остатком, что уменьшает выбросы сернистого ангидрида с дымовыми газами в атмосферу;
• Низкие температуры в слое (800-950°С) обеспечивают отсутствие термических оксидов азота, что в некоторых случаях сокращает выбросы оксидов азота в атмосферу.

Преимущества камерных топок

• Возможность экономичного использования практически всех сортов угля, в том числе и низкокачественных, которые трудно сжигать в слое;
• Хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет работать с небольшим избытком воздуха (α=1,2-1,25);
• Возможность повышения единичной мощности котельного агрегата;
• Относительная простота регулирования режима работы и, следовательно, возможность полной автоматизации топочного процесса.

Литература

• Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленнх предприятий. — Москва: Энергия, Энергоотомиздат, 1988. — 528 с. — 35000 экз. — ISBN 5-283-00016-8
• Абрамов А.С. Шенин Б.И. Топливо топки и котельные установки. — Москва: 1953. — 247 с.

См.также

• Камера сгорания двигателя
• Камера сгорания котла
• Слоевая топка

ru.teplowiki.org

Паровозный котел состоит из трех основных частей: топки 1, цилиндрической части 12 и дымовой коробки 9 (рис. 3).

Топка (задняя часть котла) состоит из огневой коробки 4 и кожуха 2.

Рис. 3. Котел паровоза: 1 —топка; 2 — кожух топки; 3 — лобовой лист; 4 — огневая коробка; 5 — циркуляционные трубы; 5 —задняя решетка; 7 — дымогарные трубы; 8 — жаровые трубы: 9 — дымовая коробка; 10 — передняя решетка; 11 — паровой колпак; 12 — цилиндрическая часть

В огневой коробке на колосниковой решетке происходит сгорание топлива, сопровождаемое большим выделением тепла. Температура горения достигает 1600—1800°С. Чтобы при этой температуре стальные стенки огневой коробки не перегревались, наружная их поверхность охлаждается водой. Вода, поглощая от стенок огневой коробки теплоту, превращается в пар. Кожух топки является оболочкой огневой коробки.

Цилиндрическая часть соединена с кожухом топки. В цилиндрической части котла помещаются дымогарные и жаровые трубы. В жаровых трубах, имеющих больший диаметр против дымогарных, размещены элементы пароперегревателя. По трубам из топки в дымовую коробку проходят горячие газы (продукты сгорания топлива) и отдают часть тепла воде, омывающей трубы снаружи, п насыщенному пару, проходящему по элементам пароперегревателя.

Дымовая коробка представляет собой камеру разрежения, необходимого для создания притока атмосферного воздуха через колосниковую решетку к горящему топливу в огневой коробке. Продукты сгорания поступают в дымовую коробку по дымогарным и жаровым трубам и через дымовую трубу отводятся в атмосферу. Максимальное разрежение в дымовой коробке при напряженном режиме работы паровозного котла достигает от 200 до 300 мм вод. ст.

Параметры котла. Вода в котле должна закрывать потолок огневой коробки, жаровые и дымогарные трубы. Площадь открытой поверхности воды в котле называется зеркалом испарения. Объем пара, заполняющий пространство над зеркалом воды, называется паровым объемом, а пространство, заполненное водой,— водяным объемом.

С изменением уровня воды в котле зеркало испарения и паровое пространство изменяют свои величины. Нормально уровень веды в котле находится на 200 мм выше самой высокой точки потолка огневой коробки.

Находящийся в котле пар заполняет над поверхностью воды паровое пространство и паровой колпак 11. Паропроизводительностью котла называется его способность приготовлять в единицу времени, например в 1 ч, необходимое количество пара рабочего давления и температуры.

Для обеспечения паровой машины и собственных нужд паровоза паром в количестве, необходимом для вождения поездов заданной массы и длины по определенному профилю пути с заданной скоростью, паровозный котел должен иметь соответствующую паропроизводительность.

Паропроизводительность котла определяется следующими показателями:

площадью колосниковой решетки, от которой зависит количество топлива, сжигаемого в единицу времени;

топочным объемом (внутренним пространством огневой коробки), от размеров которого зависит эффективность использования топлива;

испаряющей поверхностью нагрева котла (поверхностью огневой коробки, жаровых и дымогарных труб, омываемых водой);

газовой поверхностью пароперегревателя (наружной поверхностью всех элементов пароперегревателя, по которым движется и нагревается пар).

Испаряющаяся поверхность нагрева котла и наружная поверхность элементов пароперегревателя, расположенных в жаровых трубах, составляют полную, или общую, поверхность нагрева котла.

Следовательно, мощность котла зависит от размеров колосниковой решетки, его испаряющей поверхности нагрева, параметров пара (давления и температуры), а также теплотворной способности топлива и степени его использования.

Количество топлива в килограммах, которое сжигается в течение 1 ч на 1 м2 колосниковой решетки, называется интенсивностью (быстротой) горения, или форсировкой колосниковой решетки.

Количество пара (в кг), получаемое с 1 м² испаряющей поверхности нагрева котла в течение 1 ч, называется интенсивностью парообразования, или форсировкой котла. Полученный в котле пар обладает определенным теплосодержанием. Теплосодержание пара есть количество тепла в джоулях в 1 кг пара. Так, например, теплосодержание насыщенного пара с давлением 1,5 МП а и содержанием влаги 5% равно 2700 кДж/кг.

При перегреве пара до температуры 250°С и при том же давлении его теплосодержание составит 2930 кДж/кг, а при температуре 400°С возрастет до 3257 кДж/кг пара.

В международной системе единиц измерения (СИ) теплота измеряется в джоулях: 1 ккал = 4,1868 кДж.

Процесс преобразования одного вида энергии в другой в паровозном котле сопровождается потерями, так как только часть располагаемого тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, используется на парообразование и перегрев пара. Поэтому эта часть тепла называется полезным теплом, а другая часть тепла составляет тепловые потери.

Распределение тепла, или так называемое уравнение теплового баланса котла, может быть представлено выражением:

Q₀=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆

где Q₀ — располагаемое тепло, которое выделяется при полном сгорании топлива за 1 ч работы. Так, если за 1, ч израсходовано В_ч кг топлива с теплотворной способностью Q_Р^Н ккал/кг, то располагаемое тепло составит Q₀ = В_ч Q_Р^Н ккал/ч;

Q₁ — полезное тепло, использованное иа парообразование и перегрев пара;

Q₂ — потери тепла в топке — механические. К механическим потерям, составляющим 1—3%, относятся потери топлива в результате прова-ливания через отверстия в колосниковой решетке, смешивания топлива с холодным шлаком или его неполного сгорания, а также уио-са мелких пылеобразных частиц с газами;

Q₃ —потери химические составляют 3—7% и связаны с неполнотой сгорания, так как углерод при сжигании твердого топлива и водород при сжигании жидкого топлива могут частично не вступить в реакцию с кислородом при малой температуре в топке и относительно медленном течении реакции горения по причине недостаточного количества воздуха;

Q₄ — потери тепла с уходящими газами самые значительные — составляют 15—20%, так как газы сгорания топлива не могут отдать котельной воде и пару все содержащееся в иих тепло и, омыв стеики огневой коробки,, дымогарных и жаровых труб, поступают в дымовую коробку с температурой 250—350° С, имея значительное количество тепла, уносимого в атмосферу через дымовую коробку;

Q₅ — потери тепла в окружающую среду составляют 3—5% и вызваны тем обстоятельством, что температура котла выше температуры окружающего наружного воздуха;

Q₆ — расход тепла на служебные иужды (приведение в работу сифона, паровоздушного насоса, подача сигналов свистком, работа углеподатчика или пульверизация жидкого топлива).

Определение тепловых потерь котла производят опытным путем. Для оценки степени совершенства паровозного котла определяется его коэффициент полезного действия.

К-п. д. котла нетто есть отношение полезного тепла Q₁ к располагаемому Q₀

К. п. д. котла брутто характеризует долю затраты тепла Q₀

на приготовление котлом всего пара с учетом расхода пара на служебные нужды Q₆ и подсчитывается следующим образом:

Поэтому коэффициент полезного действия котла зависит от потерь тепла, вызванных конструкцией котла, чистотой его стенок, сорта применяемого топлива и рациональным его сжиганием. В среднем к. п. д. котла составляет 0,6—0,7.

 

Огневая коробка или собственно топка (рис. 4) изготовлена из стальных листов и состоит из следующих частей: потолка 19, двух боковых стенок 20, задней стенки 11 с отверстием для подачи топлива и трубной или задней решетки 4. В трубной решетке имеются отверстия для установки дымогарных и жаровых труб. В топке уложены циркуляционные трубы 21, на которые опирается топочный свод. В нижней части топки расположена колосниковая решетка. В задней стенке топки имеется так называемое шуровочное отверстие, через которое забрасывают топливо на колосниковую решетку.

Рис. 4. Топка с плоским потолком: 1 — верхний лист кожуха топки; 2 — смычной лист; 3 — горизонтальный тяж; 4 — задняя трубная решетка; 5 —лапчатая связь; 6 — жесткая связь; 7 — люк; 8 — передний каблучок; 3 — задний каблучок; 10 — топочная рама; 11 — задняя стенка; 12 — топочное (шуровочное) отверстие; 13, 15 — контрфорс; 14 — передняя стенка кожуха топки; 16 — косынка; 11 — предохранительная пробка; 18 — анкерный болт; 19 — потолок огневой коробки; 20 — боковая стенка; 21— циркуляционная труба

Кожух топки изготовлен из стальных листов и состоит из следующих частей: потолка, двух боковых стенок, лобового листа с отверстием для подачи топлива и ухватного или смычного листа 2 для соединения кожуха топки с цилиндрической частью котла. Смычным этот лист называется, если он охватывает задний конец цилиндрической части котла по всему периметру, а ухватным, если им охвачена цилиндрическая часть котла только снизу.

Потолок огневой коробки выполнен с подъемом в передней его части на величину от 0,016 до 0,020%0, чтобы предотвратить оголение от воды задней его части при следовании паровоза по уклону и в случае резкого торможения.

Потолочный лист кожуха топки изготовлен параллельно потолку огневой коробки, что дало возможность использовать анкерные болты одинаковой длины и ставить их перпендикулярно к листам кожуха топки и огневой коробки.

Боковые стенки кожуха и огневой коробки радиальной топки имеют наклон (снизу вверх) к центру котла, так как ширина топки больше диаметра цилиндрической части. Наклон боковых стенок выполнен таким образом, что водяной промежуток между стенкой огневой коробки и кожуха увеличивается кверху, чем облегчаются выход пара от стенок огневой коробки, а также производство промывки и контроля за стенками топки.

Наиболее интенсивное парообразование происходит со стороны задней решетки, поэтому уширение пространства между смычным или ухватным листом и подрешеточной частью сделана наибольшим. Наклон вперед лобового листа кожуха топки вместе с задней стенкой огневой коробки выполнен по следующим соображениям: для смещения центра тяжести котла вперед, для лучшей обтекаемости стенок огневой коробки горячими газами и улучшения циркуляции воды.

Во избежание прогиба листы огневой коробки и кожуха топки соединены между собой по всей площади специальными стальными прутками — анкерными болтами и связями.

В нижней части кожух топки с огневой коробкой соединен с помощью стальной литой рамы, называемой топочной.

 

Тип и форма топок зависят от мощности паровоза, размера колосниковой решетки и места их размещения.

Рассмотрим три основных типа топок котлов паровозов. Топки с радиальным кожухом и плоским потолком огневой коробки имели узкую нижнюю часть для размещения ее между боковыми листами рамы паровоза. У топок этого типа маленький размер колосниковой решетки, малый объем парового пространства и площадь уровня воды (зеркала испарения) над потолком огневой коробки.

Топки с плоским потолком кожуха и огневой коробки (см. рис. 4) имеют более широкую нижнюю часть и больший объем парового пространства над огневой коробкой. Размещают их над рамой паровоза.

Основным недостатком топок этого типа является более сложное и тяжелое крепление плоского потолка кожуха топки.Рис. 5. Радиальная топка: 1 – боковой лист кожуха топки; 2 — потолок кожуха топки; 3 — потолок огневой коробки; 4 — тяжи укрепления лобового листа; 5 — потолочные связи; в — циркуляционные трубы; 7 — лобовой лист кожуха топки; 8 — боковые связи; 9 — топочная рама; 10 — задний лист огневой коробки; 11 — колосниковая решетка; 12 — боковой лист огневой коробки; 13 — свод; 14 — ухватный лист кожуха; 15 — трубная решетка

 Радиальные топки (рис. 5) применены на паровозах Л, Е^а,м. Потолок кожуха топки имеет радиус, равный радиусу цилиндрической части котла. Потолок огневой коробки у этих топок имеет свод, описанный радиусом от 3000 до 3500 мм. Эти топки являются более легкими и в то же время более прочными и эластичными, чем топки с плоским потолком кожуха топки и огневой коробки. У радиальных топок анкерные болты, соединяющие потолок огневой коробки с кожухом, располагают веерообразно, перпендикулярно потолку, поперечные тяги кожуха не ставят.

Листы огневой коробки паровозных котлов изготовлялись из стали, листы кожуха топки и цилиндрической части котла — из котельной стали.

Огневая коробка изготовлялась сварной из листов толщиной 10 мм, задняя (трубная) решетка — толщиной 14—15 мм.

Рис. 6. Сварные швы огневой коробки и кожуха топки: а-ручная сварка огневой коробки; б — автоматическая сварка огневой коробки

 

 Листы кожуха топки имеют следующую толщину: потолочный — 14—18 мм, боковых стенок—13—14 мм, лобовой — 13—15 мм, ухватный или смычной 18—22 мм. Кожух топки также сварной.’ Разделка листов топки под сварку показана на рис. 6.

Заклепочные швы в сварных топках имеются только в местах соединения кожуха топки с цилиндрической частью котла и по топочной раме.

pro-parovoz.ru