Полезная информация
Особенности эксплуатации на твёрдом топливе.
В настоящее время рынок водогрейных котлов промышленного назначения расширяется.
Уважаемые покупатели, обратите внимание на эту статью и прочитайте документ под названием ГОСТ 30735-2001.
Этой статьёй хочется предостеречь потребителя от ошибок совершаемых при закупке водогрейных котлов.
Многие хотят купить котёл дешевле, ставят один котёл большой мощности, вместо двух.
Для примера: При работе котла с ручной загрузкой топлива мощностью 1,5 Гкал./ч., топливо уголь. При загрузке котла открывается дверца, тяга из поддувала прекращается, через котёл проходит холодный воздух с топочной дверцы, плюс холодное топливо, результатом выше сказанного является охлаждение котла. Как показала практика, при каждой загрузке большого котла, температура теплоносителя снижается на пять-шесть градусов, чтобы поднять температуру теплоносителя до первоначального значения требуется минимум 20 минут. Загрузка происходит два раза в час. В этих условиях, чтобы сохранить температуру прибегают к «форсированному режиму», уменьшается время нагрева теплоносителя, вместе с этим температура дымовых газов увеличивается в два раза и доходит до 500 градусов. КПД котла резко падает с 80 до 40.
В сутки перерасход угля может доходить до 2500 кг или 7500 руб. В месяц 225000 руб. Перерасход угля достигает до 30%, дров до 50%.
Для сравнения на котлах до 0,8 Гкал/ч. при загрузке топлива теряем 1-2 градуса по теплоносителю, что соответствует 5-7 минутам работы котла на номинальном режиме, для выхода котла на прежний режим.
Второй пример: Многие котлы, выпускаемые сегодня промышленностью, имеют ряд недостатков.
К ним можно отнести: невозможность или затруднительная очистка поверхности труб, накипеобразование, применение мощных вентиляторов (большое аэродинамическое сопротивление), применение циркуляционных насосов большей мощности (большое гидравлическое сопротивление), потери КПД после полугода эксплуатации из-за накипи и сажи.
Все эти недостатки отсутствуют в котлах ИжКВ. Вы наверняка слышали про автомат «Калашникова». Так вот по простоте конструкции и обслуживания это одно и тоже.
Природа сама подсказала, что нужно сделать, человеку осталось только наблюдать и претворять в жизнь то, что он видит.
Вы знаете, что такое атмосферное давление, и наверняка замечали, что горение в топке улучшается при морозной погоде. Так вот при правильном расчёте аэродинамического сопротивления котла, высоты и диаметра дымовой трубы, можно с уверенностью убрать из котельной все вентиляторы поддува и дымососы. При этом при выходе котла на мощность требуется только установить шибер поддувала на нужную величину, при увеличении или уменьшении атмосферного давления тяга меняется, как и температура горения топлива с повышением температуры теплоносителя без вмешательства человека (аналог бытовой печки).
Все в детстве смотрели на воду, будь то речка ручей, и замечали, что при ровном течении воды щепки и прочий мусор всегда прибивает к берегу, где течение намного меньше. Используя это наблюдение можно с уверенностью сказать, что при хаотичном быстром движении воды, появляется водоворот, это многие используют в различных конструкциях.
В нашей же ситуации вода омывает стенки труб по окружности, образуя своеобразный вихрь. При этом выделяемые воздушные пузырьки и мелкий мусор от стенки трубы, смещаются в центр, образовав воронку, за счёт интенсивного теплообмена на стенках труб вода не успевает нагреваться до кипения и показатель температуры воды при выходе из котла не превышает показателя температуры воды у стенок труб.
Котёл при правильном сжигании топлива, способен самоочищаться. Простой пример сравним степень расширения материалов: Металл, Известь, Сажа.
При использовании стальной трубы в котлах, труба при нагревании увеличивается как в длину, так и в диаметре пропорционально коэффициенту теплового расширения стали. Для извести и сажи этот коэффициент имеет совсем другое значение. В результате неоднократного цикла сужения-расширения происходит растрескивание отложений и отслоение от металла, остаётся только подать воду и убрать известковые отложения в грязевик, а сажу выгрести под котлом и из циклона.
При заказе котла на твёрдое топливо, особо обратите внимание на устройство топки.
Объём топочного пространства должен быть достаточен для сжигания именно вашего вида топлива (по теплоте сгорания топлива). Тут экономить не следует. Пламя в топке должно гореть ровным соломенным цветом, верх пламени не должен касаться потолочного экрана котла, а тем более уходить в экономайзерную часть. При этом необходимо обращать внимание на равномерное заполнение «зеркала горения» при загрузке.
Хорошие показатели достигаются при использовании «шахтных топок».
Рассмотрим горение сырого топлива в котлах. Если топка имеет недостаточный объём, то пламя, не достигнув максимальной температуры, касается холодных труб и гаснет, при этом происходит недожог горючих газов, унос их в экономайзерную часть котла и в атмосферу, интенсивное оседание сажи на стенках труб, в результате котёл не развивает номинальной мощности. Соответственно температура теплоносителя на входе в котёл менее шестидесяти градусов, стенки труб при этом покрываются конденсатом (или как ещё говорят: «котёл плачет»). Происходит отложение сажи, КПД котла резко уменьшается, котёл работает «вхолостую», как правило, в этом случае приходится начинать с чистки котла.
Это цепная реакция на пренебрежение к пламени. Вспомните, как горит костёр. Сравните количество топлива, и высоту пламени, а теперь представьте, если горит одновременно 300 кг дров, опила, стружки, угля.
«Шахтная топка» или «Топка с зажигательным поясом» не имеет этих недостатков, т.к. развитию пламени ничего не мешает, а раскаленный шамотный кирпич во многом помогает, при загрузке свежей порции топлива (сушит, температура пламени так резко не опускается). Возможно применение отработанных газов, но это путь к дополнительным затратам с менее эффективными результатами.
Многие спрашивают, зачем нужна линия рециркуляции воды в котельной?
В современном котлостроении, когда КПД котла превышает 70%, а то и 94%, температура уходящих дымовых газов может иметь значение 120 – 180 оС. Как правило, такие температуры уходящих газов бывают при межсезонной эксплуатации, когда температура теплоносителя даже на выходе из котельной не превышает 60 оС.
Рассмотрим понятие «точка росы». В уходящих дымовых газах имеется влага, так вот чем ниже температура горения, тем ниже температура теплоносителя. При прохождении дымовых газов через котел, особенно через экономайзерную часть, на стенках холодных труб конденсируется влага.
Думаю не надо объяснять, что это приводит к интенсивному отложению сажи, серы, в результате – коррозия металла. Отсюда следует потеря КПД котла и преждевременный износ. Особенно это наблюдается при работе котлов на мазуте и неочищенной нефти (образование кислот).
Этого можно избежать, если с учётом применяемого топлива, настроить линию рециркуляции так, чтобы «обратная вода» попадала в котёл с температурой выше «точки росы». При такой эксплуатации котёл легче выходит на номинальный режим, с хорошим КПД и мощностью. Линия рециркуляции в котельной требуется и по ряду других причин, будь то авария на трассе или запуск холодных котлов.
Многие заказчики, не обращают внимания на наличие термометров на отработанные газы и тягонапоромеров. Или эти приборы отсутствуют в котельных.
Рассмотрим пример эксплуатации без термометра на выходе дымовых газов, при работе нескольких котлов на одну дымовую трубу, с дымососом.
По опыту скажу, что без термометра здесь не обойтись. Посмотрим ГОСТ, в котором указаны максимальные температуры уходящих газов на номинальном режиме эксплуатации (180-280 градусов).
Превышение или уменьшение этой температуры ведёт к преждевременному выходу из строя котла или дымовой трубы, перерасходу топлива. Не зная температуры уходящих газов не настроить агрегат на номинальный экономичный режим. Регулировки производятся шибером с использованием показаний тягонапоромера.
При заказе котлоагрегатов, желательно производить подбор с учётом их гидравлического сопротивления при номинальном расходе воды через котёл.
При правильной регулировке котла, подборе сетевых насосов, разница температуры теплоносителя на номинальном режиме, между входом и выходом из котла составляет от 10 до 30 градусов, в зависимости от КПД котла и вида топлива. Гидравлическое сопротивление по котлу при этом может изменяться, в зависимости от количества пропущенной через котел воды.
Котлы с большим показателем сопротивления по воде, требуют более мощных сетевых насосов, а так же тщательной регулировки задвижками, при работе в паре с котлом с меньшим показателем сопротивления.
Регулировка котла по количеству проходящей воды, возможна без применения счётчика, так при номинальном режиме работы котла, при помощи входной задвижки, перекрывая её можно добиться разницы в температуре теплоносителя по «паспорту». Следует отметить, что «паспортных» величин можно добиться, ёсли температура теплоносителя на входе в котёл будет минимум 60 градусов. Это как автомобиль с оборотами двигателя, чем выше обороты (температура) тем быстрее он разгоняется. Для примера, при температуре воды 40 градусов разница будет составлять 6-8 градусов, при температуре воды 90 градусов на входе, на выходе может доходить до 120 градусов.
Хочу так же обратить ваше внимание на маркировку котлов по топливу. С одной и той же маркировкой буквы «К», котлоагрегат может работать на всех видах твёрдого топлива, но за основу производительности берётся «антрацит» или «каменный уголь».
При заказе котла, следует знать теплоту сгорания Вашего топлива, прочитав ГОСТ, применить поправочный коэффициент. Заказ же котла произвести с учётом этих расчётов и не забудьте при заказе, что если стоит буква «Д» поинтересоваться объёмом топки котла или комплектацией отдельной топкой. И с учётом потерь тепла по различным причинам, будь то человеческий фактор или иной, заказ по мощности котла нужно производить на порядок выше, а с учётом наших непредсказуемых зим иметь запасные котлы.
Немного слов о газоходах в котельных: газоходы должны быть выполнены с учётом сжигаемого топлива. Также следует учесть количество котлов, наличие «газоотбойников», необходимо предусмотреть увеличение сечения газохода после каждого котла, следует уделить внимание «газоплотности» и утеплению, по возможности утеплить дымовую трубу срок службы трубы при этом увеличивается в 2-3 раза.
Привожу некоторые статьи с Интернета:
Особенности сжигания низкосортных топлив.
При сжигании низкосортных топлив (повышенной зольности и влажности) сильно осложняется работа всех узлов и участков котельного агрегата, снижается надежность работы самого котла, дымососов и другого вспомогательного оборудования.
По данным испытаний (ВТИ, НПО ЦКТИ) присосы в топках доходят до 15 – 20%, вместо проектных 4 – 5%, а за котлом доходят до 70% вместо 30% по нормам. Это приводит к значительным потерям с уходящими газами.
Наряду с увеличенными потерями теплоты с уходящими газами (q2), ощутимо увеличиваются потери с механическим недожогом (q4). Общий КПД котла при работе на низкосортных углях снижается (по сравнению с работой на качественных углях) на 5 – 7%.
Расчетные зависимости теоретической температуры в топке θa = Ta - 273°C от зольности и влажности углей показывают, что повышение зольности Ас на каждые 10% приводит к снижению теоретической температуры в топке на 40 – 100°С (в зависимости от влажности). Температура в очаге горения при этом снижается на 30 – 90°С.
Уменьшение Wр на 10% повышает теоретическую температуру горения на 100 – 160°С, а температуру в ядре горения на 85 – 130°С (в зависимости от зольности).
Так, теоретическая температура горения угля с калорийностью 3600 ккал/кг составляет 1349°С (при сжигании каменного угля с калорийностью 5000 ккал/кг она составляет 1495°С).
Необходимо отметить, что Нормативный метод расчета котельных агрегатов для высокозольных топлив дает несколько заниженное значение температуры газов на выходе из топки θ"m, что обусловлено сильным влиянием золы на оптическую плотность среды в топке.
Снижение температуры в ядре горения вредно. Оно приводит к увеличению доли неоплавленных остроугольных золовых частиц в уносе, что может приводить к эрозии хвостовых поверхностей нагрева. Высокие температуры ядра горения необходимы не только для снижения доли неоплавленных высокоэрозионных частиц, но и с точки зрения обеспечения заданного теплосъема в топочной камере.
Объем топочной камеры
Для успешного сжигания низкосортных углей непременным условием является снижение величины теплонапряжения топочного объема (Q/V).
В котлах малой мощности величина теплонапряжения топочного объема Q/V, полученная из конструктивных расчетов
Q/V = 0,4 ÷ 0,5 Гкал/м³/ч
для сжигания низкосортных топлив является недопустимо большой.
Это говорит о том, что мал объем топочной камеры, нет необходимой высоты для стабилизации горения низкосортных топлив. (Для информации: - это участок, где выдерживается соотношение (CO2max - CO2min) / CO2 = 0,3).
Величина Q/V при сжигании каменных углей не должна быть больше 0,3 ккал/м³/ч, а при сжигании низкокачественных топлив величина теплонапряжения топочного объема должна быть существенно меньше.
Зажигательный пояс
Устройство в топочных камерах зажигательных поясов позволяет сжигать топлива с низкой теплотой сгорания (до 2000 ккал/кг).
В случае необходимости сжигания еще менее калорийных топлив необходим подогрев дутьевого воздуха.
Для предотвращения шлакования котла необходимо, чтобы факел не касался ограждений в пристенных зонах топочной камеры и отсутствовала полувосстановительная газовая среда, а температура на выходе из топки при номинальной нагрузке не превышала температуру начала размягчения золы более, чем на 50°С.
Равномерность подачи топлива
При переходе на сжигание низкокачественных топлив еще более ужесточаются требования, предъявляемые к равномерности подачи топлива.
Колебания в подаче топлива и воздуха (окислителя) приводят к появлению в одних местах котла окислительных, а в других – восстановительных зон горения, что является причиной потери устойчивости и надежности котла, потери нагрузки и даже прекращения горения.
Конструктивные особенности котла
Применяемые конструкции топочных камер котлов малой мощности квадратного поперечного сечения являются наилучшей конструкцией с точки зрения равномерности температур и тепловых потоков по периметру топки, но крайне не достаточной высоты.
Предложения
Конструкции типовых котлов малой мощности привлекают компактностью, решениями компоновки трубных систем и грамотным построением гидравлических схем.
Для продолжения дальнейших разработок котлов малой мощности необходимо использовать следующие конструктивные зависимости:
Сравнение значений, полученных из расчетов типовых котлов малой мощности и необходимых значений, приведенных на графиках (для твердотопливных котлов мощностью 1 Гкал/ч)
| Параметр | Котлы типовые | Необходимая величина
|
| Объем топочной камеры, м³ | 2 ÷ 4 | 6,7 |
| Поверхность стен топочной камеры, м² | 18 ÷ 20
| 25,6
|
| Отношение объема топки к поверхности ее стен | 0,05 ÷ 0,1 | 0,26
|
Особенности конструирования котельных установок малой мощности, работающих на отходах пиления и обработки древесины
Все рабочие процессы в котельной установке - это взаимодействие (теплообмен) двух организованных потоков: газов (продуктов горения топлива) и нагреваемой воды (в водогрейных котлах, на которых, в силу указанных выше причин, и остановим внимание).
Топочные устройства или просто топки бывают двух основных видов: слоевые и камерные. Слоевые топки применяют при сжигании кускового твердого топлива. Топливо в таких топках сгорает в плотном слое на колосниковой решетке. Оптимальная высота слоя для каждого вида топлива своя и также зависит от влажности топлива. Например, при сжигании опилок высота слоя рекомендуется порядка 300 мм. Камерные топки предназначены для сжигания мелкофракционного топлива (например, угольной пыли) непосредственно в топочном объеме (камере). В последнее время для сжигания опилок разработаны и успешно работают топки с кипящим слоем и топки со смешанным камерно-слоевым горением. Топки с кипящим слоем выполняются с цепной решеткой, что усложняет и удорожает их конструкцию и ограничивает применение таких топок для котлов малой мощности. Топки камерно-слоевого горения за счет интенсификации горения, наоборот, требуют меньшей площади колосников и объема топочной камеры. В таких топках на колоснике размещается, как бы, очаг поддержания горения для периодически вдуваемого в камеру топлива. Не сгоревшее в вихре камеры топливо оседает на колосники, образуя очаг.
При сжигании древесины выделяется большое количество горючих газов (летучих веществ), поэтому пламя древесины имеет значительную высоту - до 2-х метров. При низкой высоте топочной камеры пламя упирается в свод теплообменника, охлаждаемый теплоносителем, летучие остывают, оседают на своде. Происходит недожог смол и других летучих веществ. Соответственно они оседают на трубах теплообменника и закоксовывают его. Это значительно снижает общий КПД котла. Поэтому для надежной и качественной работы котла на отходах деревообработки высота топочного пространства над колосниками должна быть не менее 2-х метров.
Очень важна для сжигания опилок с относительной влажностью выше 20% температура дутьевого воздуха. Очевидно, что дутье с температурой воздуха выше 100 градусов позволяет подсушивать опилки при их подаче в факел, а при нагреве древесины опилок до 300 градусов С происходит возгонка летучих составляющих и ее самовозгорание, что еще более интенсифицирует горение.
По виду топливоподачи топки бывают ручные, механизированные и автоматизированные, а котельные бывают автоматические. В котельных-автоматах постоянное присутствие оператора не требуется. Ручные слоевые топки оборудуются простой неподвижной колосниковой решеткой, под которую подводится вентиляторное дутье воздуха. В механических топках операции подачи топлива, выноса шлака и золы механизированы. В автоматизированных котельных установках управление механизмами (включение и выключение в нужный момент) выполняют специальные устройства (например, температурные реле или реле времени).
ТОПКИ ДЛЯ ДРОВ Колосниковая решетка с ручным обслуживанием. Схема простой колосниковой решетки для сжигания дров. Топка расположена под водотрубным котлом и относится к разряду внешних топок. Дополнительно к ранее приведенному описанию основных элементов подобной топки необходимо добавить, что в целях развития на решетке слоя дров должной толщины для достижения нормального избытка воздуха и должной аккумуляции тепла в слое надо загрузочную дверку располагать от плоскости колосников (размер см.) на расстоянии, не меньшем 0,8—1,0 м, а для сырых не колотых дров придется увеличивать этот размер еще более.Если повысить расположение загрузочной дверки по отношению к колосниковой решетке, то при частом открывании дверки для забрасывания топлива будет меньше врываться в топочное пространство холодного воздуха. Это положение может быть подтверждено следующим образом. При рассмотрении природы естественной тяги, создаваемой дымовой трубой, подсчитывалась разность давлений столба внешнего воздуха и столба горячего газа на расстоянии h от верха трубыВертикальная шахта топочного пространства в сущности является трубой, хотя и располагающей малой высотой, но зато наполненной газами с температурой порядка 1000°. В подобных условиях каждый метр по высоте создает разность давлений Z, приблизительно равную 1 мм вод. ст. Таким образом, если размер b будет равен 3 м, то на уровне решетки получится разрежение за счет самотяги, равное 3 мм вод. ст., по большей части достаточное, чтобы преодолеть газовое сопротивление решетки и слоя дров. На уровне же первого газохода разрежение по отношению к атмосферному, замеренному на той же высоте, в таком случае будет равняться нулю, и преодоление дальнейших сопротивлений отдельных газоходов должно производиться за счет тяги дымовой трубы или дымососа. Такое парадоксальное на первый взгляд явление, когда газы идут в направлении от повышенного разрежения к нулевому, а не наоборот, объясняется тем, что измеряются разрежения на разных уровнях по высоте, вследствие чего сказывается разность барометрического давления, абсолютное же давление все время падает от топки к устью трубы.Правильное представление о давлениях газов в исследуемых пунктах можно получить, переводя эти давления из относительных в абсолютные. Пусть, например, показание тягомера над слоем топлива дает минус 3 мм вод. ст., а расположенного на 2 м выше — минус 1 мм. Разность давлений газа значительно меньше, чем разность давлений, взятая в тех же горизонтальных плоскостях атмосферного воздуха, так как горячие газы значительно легче воздуха и, кроме того, совершенно ничтожно газовое сопротивление рассматриваемого участка топочного пространства. Это явление, позволяющее при движении газов снизу вверх по вертикальному газоходу иметь меньшее разрежение за исследуемым газоходом, как уже указывалось, носит название саметяги. Иногда при слабой основной тяге вследствие самотяги вверху первых газоходов высоких вертикально-водотрубных котлов даже получается плюс и при открывании дверок для обдувки газы врываются в котельное помещение.Явлением самотяги иногда пользуются, помещая загрузочную дверку возможно выше, тогда вследствие незначительной разности давлений на уровне расположения дверки меньше врывается воздуха при ее открывании.Проф. А. К. Сильницким была предложена колосниковая решетка для сжигания под водотрубным котлом дров и древесных обрезков, различных по длине. Высота топочного пространства достигала 6 м., и в топке сильно развивалась самотяга, которая использовалась для преодоления газового сопротивления топки.На уровне топочной дверки разрежения почти не имелось, почему и подсос воздуха через топочную дверку был незначителен, что весьма важно в данном случае при работе мощной дровяной топки, когда в нее приходится забрасывать топливо почти непрерывно.Проектируя для дровяной решетки колосники, нужно главное внимание обращать на их прочность. Колосники воспринимают удар от брошенного с высоты полена. Форма же их с точки зрения распределения воздуха значения не имеет, в толстом слое дров воздух успеет распределиться с требуемой равномерностью. Для колосниковой решетки следует брать обычные брусчатые колосники длиной до 700 мм я с зазорами 20—25 мм.Все металлические части топки, подвергающиеся сильному нагреванию, в том числе и колосники, выполняются из чугуна, так как он лучше выдерживает высокие температуры.Колосники опираются на чугунные или железные балки. Форма балок должна быть такова, чтобы исключалась возможность частичного забивания золой зазоров, по которым проходит воздух, направляющийся в топку и в то же время охлаждающий решетку.Крепление балок, поддерживающих смежные ряды колосников при выполнении балок из стали или чугуна. Самая нижняя дверка служит для пропуска воздуха в топку, размеры ее должны выбираться так, чтобы обеспечить удобную очистку зольника, кроме того, скорость проходящего воздуха не должна превышать 3 м/сек. Глубину d зольника желательно брать равной 500 мм и как нижний предел — 300 мм. Ширина решетки, обслуживаемая одним комплектом топочных дверок, нормально принимается равной 1 м и во всяком случае не больше 1,3 м. Размер топки по ширине задается конструкцией котла и равняется размеру I между его боковыми стенками. Длину решетки выбирают согласно с принятым для данной местности или на предприятии размером полена, прибавляя к этой длине на необходимые зазоры 100— 150 мм; первая цифра может быть взята при укладке одного полена в длину, вторая — при укладке двух поленьев. Длина решетки во всяком случае не должна превосходить 2,5 м, иначе кочегару становится трудно ее обслуживать.Расположение загрузочного пола от нижней кромки двери k следует делать в пределах 500—800 мм, причем средним размером может быть принят 650 мм. Сама загрузочная дверка выполняется размером 400X450 мм. Для наблюдения за цветом и длиной топочного факела в обмуровке предусматриваются гляделки.При сжигании дров влажностью более 35—40% для получения устойчивого процесса горения приходится перекрывать топку сводами, уменьшая тем прямую отдачу; на 30 такие своды указаны буквой п\ следует проверять скорость газов в узком месте между сводами, не допуская повышения последней за пределы 10—15 м/сек. Если по местным условиям представляется возможным развить размер g до 2—2,2 м, тогда в котельной осуществляются два этажа — загрузочный и золовой. В противном случае для чистки золы оставляется приямок , перекрываемый съемным щитком с отверстиями, обеспечивающими подвод воздуха в поддувало.Кирпичная обмуровка подвергается температурным воздействиям, поэтому, чтобы избежать трещин, она выкладывается на глине. Связующие свойства глины ничтожны, и, как правило, на обмуровку не следует передавать нагрузок от веса котла, перегревателя и других элементов, распределяя эти усилия на каркас, опирающийся на фундамент, который выкладывается на обычном цементном растворе. Выполняется обмуровка печниками (обмуровщиками), а не каменщиками, привыкшими к кладке на цементном растворе с толстыми швами: швы обмуровки не должны превышать 3—4 мм. Часть обмуровки, непосредственно соприкасающейся с горячими газами топочной камеры, футеруется кирпичом высокой огнестойкости, выкладываемым на огнеупорной же глине. Эта часть кладки показана условной штриховкой в клетку.Стены обмуровки обыкновенно делаются в 2 кирпича, из них 1 кирпич шамотный и 1 красный. Все кирпичи кладутся вперевязку, и при несовпадении размеров шамотного и красного кирпичей перевязка выполняется через несколько рядов. В крупных котельных агрегатах футеровка топочной камеры с целью обеспечить возможность свободного расширения не перевязывается с остальной кладкой, в таких случаях для большей устойчивости стена футеровки делается утолщающейся книзу.В пределах топки нельзя располагать металлических частей — балок, опор и пр., так как они будут перегорать, если не предусмотрено их охлаждение водой, возможно применение транспортировочных опор, после монтажа убираются.В случаях необходимости перекрытия топок широко используют своды. Своды делаются цилиндрическими, толщиной в 1 кирпич и со стрелой ( 30) /г = 1Ы -r 1 s I (ГДе I — пролет свода, который может доходить до 2—2,5 м). Своды приходится выкладывать особенно тщательно, впритирку. Если расстояние между стенками топки более 2,5 м, то устанавливают в середине добавочную стенку, на которую и опирают своды, перекрывая тогда отдельно каждую половину топки. В крупных современных котлах расстояние между стенами обмуровки получается настолько больших размеров, что на перекрытие топки цилиндрическими (арочными) сводами рассчитывать не приходится; в таких случаях устраивают подвесные плоские перекрытия, выполняемые из шамотных фасонных кирпичей. Верхними концами эти кирпичи подвешивают к металлическому каркасу, идущему вне топки ( 64).Шахтные дровяные топки. В области изучения сжигания дров и создания экономичных топочных устройств большая работа была проделана профессором Московского высшего технического училища К.В. Киршем.К. В. Кирш дал правильное очертание слою топлива, сгорающему в шахтной топке, в отличие от прежних конструкций, где слой топлива не утончался книзу, как это сделал Кирш, а, наоборот, увеличивался. Такое видоизменение произошло не случайно, а на основании глубокого изучения процесса горения топлива в заданных условиях. Это позволило К- В. Киршу предложить простую, совершенно оригинальную шахтную топку с вертикальным зеркалом горения, в которой могут успешно сжигаться сырые свежесрубленные дрова. Основываясь на схемах топочных устройств, впервые предложенных проф. Киршем, ученики его школы продолжили их разработку, достигнув не превзойденных в мировой технике результатов.Топка с наклонным зеркалом горения. При рассмотрении процесса горения топлива на простой колосниковой решетке указывались основные недостатки этой топки.Изменяющаяся во времени толщина слоя топлива периодически вызывает неполное сгорание или чрезмерно большие избытки воздуха. Улучшая тепловую работу решетки, необходимо чаще забрасывать топливо мелкими порциями, что в свою очередь вызывает потери, связанные с прорывом воздуха в топку, и, кроме того, весьма усложняет труд кочегара.В шахтной топке с наклонным зеркалом горения слой постоянен во времени, но изменяется по толщине, постепенно утончаясь книзу. Такого рода неравномерность толщины не вредна, а полезна. Топливо, загруженное в верхнюю горловину шахты, по мере прогорания нижележащих слоев будет постепенно опускаться вниз, попутно сначала подсушиваясь, затем газифицируясь и загораясь. При опускании вниз топливо становится сначала суше, а затем мельче; чтобы обеспечить полноту сгорания на всех участках слоя, последний должен постепенно утончаться, так как при сжигании дров и угля требуется различная толщина слоя; для дров — больше, для угля — меньше.На каждом участке слоя толщина будет постоянна во времени, несмотря на то, что загрузка топлива осуществляется периодически. Колебание уровня загружаемых дров происходит в пределах горловины шахты, и надо только следить, чтобы этот уровень не спускался ниже свода, за которым начинается зеркало горения (горящий слой топлива).В нижней части слоя топлива развиваются высокие температуры, так как там сгорает накаленный уголь. Слой здесь выполняется преднамеренно более тонкий, чтобы через него провести наибольшее количество воздуха, направляющегося в топочное пространство для сжигания летучих газов.В таком случае будут хорошо охлаждаться нижние колосники, работающие в наиболее тяжелых условиях. С этой же точки зрения не следует вводить добавочный воздух в топочное пространство отдельными каналами в обмуровке, минуя колосниковую решетку.Воздух подводится в шахтную топку двумя зонами, а иногда тремя при сильно развитом зеркале горения. Позонный ввод воздуха позволяет регулировать его подачу к отдельным местам топочного слоя. Если, например, сжигаются сильно влажные дрова, то в верхнюю зону, особенно при наличии третьей зоны, должно быть уменьшено поступление воздуха, так как из-за большой влажности процесс сгорания замедляется и удлиняется не требующая воздуха зона подсушки топлива. В случаях же сжигания очень сухих дров они начнут загораться непосредственно в самой горловине, еще до продвижения к зеркалу горения; тогда, чтобы избежать неполноты сгорания, воздух пропускают через все зоны и, кроме того, приоткрывают крышку загрузочной коробки, через которую воздух также направляется в топку. Размеры дверок отдельных зон следует делать не меньше 450 X 400 мм, чтобы иметь возможность через них проникнуть в топку при ее ремонте.При шахтных топках кочегару удобно сбрасывать дрова вниз, в горловину; кроме того, удлиняются периоды между загрузками. Если для обычной колосниковой решетки при работе на дровяном или другом топливе кочегар нормально может забрасывать в 1 час около 600—700 кг, то для шахты эта норма повышается до 1 100—1 300 кг/час.Далее, как только что указывалось, шахта обеспечивает постоянство процесса сгорания во времени, и в условиях правильно выбранной толщины слоя топлива может быть создано практически полное сгорание при минимальных избытках воздуха: ат при простой решетке — 1,4, для шахтной топки — 1,3.Однако эта хорошая тепловая работа осуществляется не во вое периоды эксплуатации. При процессах растопки и прогара шахтная топка работает менее удовлетворительно, и только позонный ввод воздуха дает возможность частично исправлять дефекты. Во время растопки, очевидно, не следует пускать воздух через верхнюю зону, так как он будет только охлаждать топку; так же и при прогаре: по мере снижения выжигаемой массы угля должна постепенно прикрываться верхняя зона. Эти недостатки не позволяют особенно рекомендовать шахтную топку в установках с малым числом часов использования, например, при работе в одну смену, так как периоды прогара и розжига занимают примерно не менее как по часу времени, что будет сводить на нет тепловые достоинства этой топки. Точно так же при наличии малого количества установленных котлов и переменной нагрузки будет сказываться недостаточная гибкость шахтных топок, что может вызвать перерасход топлива и усложнение в обслуживании.При установившейся работе шахтной топки поддувальные дверки, как правило, следует держать открытыми, только иногда прикрывая верхнюю дверку при сырых дровах.Регулировать тягу и в этом случае надо регистром, расположенным перед тяговым устройством. Кроме того, при регулировании тяги поддувальной дверкой увеличиваются присосы воздуха; закрывая при недогрузках полностью поддувальные дверки и пропуская воздух только через горловину шахты, можно вовсе сжечь колосниковую решетку, через которую не будет проходить тогда охлаждающий воздух. Подобные случаи наблюдались в практике при неумелой эксплуатации. Коробление колосников может происходить также в случае, когда кочегар не следит за тем, чтобы верхний уровень дров не выходил из пределов горловины.Наличие плохой тяги может вызвать дымление через горловину шахты, так как последняя является в некотором роде трубой, тяга которой противодействует основной. В таких случаях можно искусственно повысить разрежение в топке путем незначительного закрывания поддувальных дверок, соответственно усилив тягу, приоткрыв соответствующий регистр, и тем прекратить дымление.Эта противотяга горловины приносит и большую пользу, так как струйки горячих отходящих газов из нижних слоев топлива не направляются по прямым линиям в топочное пространство, а идут по удлиненному кривому пути, несколько подсасываясь к горловине и тем самым производя подсушку свежих, еще не разгоревшихся слоев топлива. Подсушивающие свойства шахтной топки особенно ярко выявляются в шахте с вертикальным зеркалом горения, описание которой будет приведено ниже.Зеркалом горения в шахтной топке является площадь, по длине простирающаяся от свода, отделяющего горловину, до порога и доходящая до 2,5—3,0 м., ширина зеркала связана с длиной полена, превышая его на 100—150 мм, и обыкновенно приближается к расстоянию между стенами котельной обмуровки. Толщина слоя зависит от рода и сорта сжигаемых дров, влажности, крупности колки и может колебаться в весьма значительных пределах — от 1,4 до 0,7 м. Особых приспособлений, регулирующих слой топлива при сжигании дров, не делается, а просто в случае надобности удлиняется или укорачивается свод, перекрывающий топку и фиксирующий требуемую толщину слоя.Горловина шахты должна обеспечить возможность периодической загрузки топлива, поэтому размер по высоте / не следует делать меньше 1,2—1,5 м, но и чрезмерно увеличивать высоту горловины рискованно: тогда усиливается обратная тяга и топка может начать дымить через горловину. Размер по ширине при входе в горловину делается в пределах 0,5—0,6 м, при этом обеспечивается хорошее заполнение горловины и не застревают даже крупные поленья.Наклонно располагающееся полотно колосниковой решетки выполняется из брусчатых или плиточных чугунных со щелями колосников. Колосники поддерживаются балками — чугунными или стальными. Верхние наклонные колосники устанавливают более круто, чем нижние; в среднем наклон к горизонту тех и других составляет угол 45°. Горизонтальные колосники, обычные брусчатые. Зазоры между колосниками берутся для наклонных колосников 10—15 мм, горизонтальных—20—25 мм. Так же как и в простой решетке, приходится обращать внимание на достаточную механическую прочность колосников и поддерживающих их балок, которые могут подвергаться сильному ударному воздействию при начальной загрузке дров, когда полено падает на решетку, проходя значительный путь по высоте. Размер щели 5 между наклонными и горизонтальными колосниками не следует брать более 100—150 мм, иначе будут подгорать снизу наклонные колосники. Иногда эту щель и совсем не делают, так как значительные по размеру зазоры горизонтальных колосников обеспечивают провал золы в поддувало, высота которого d аналогично с простой решеткой делается равной 0,3—0,5 м.Обмуровка шахтной топки также выполняется в 2 кирпича за исключением фронтовой стенки, обыкновенно выкладываемой в 2 кирпича. Места футеруемые огнеупорным кирпичом (штриховка в крест с точкой — кирпич высокой огнеупорности, штриховка в крест — марка шамотного кирпича с пониженной огнеупорностью). Сводов делается два: один сильно нагревается и чаще ремонтируется, другой, над ним (разгрузочный свод), воспринимает на себя нагрузку от находящейся сверху кирпичной кладки. Между сводами оставляется зазор 30—50 мм, что дает возможность свободно расширяться нижнему разогревающемуся своду.Ширина топки, как уже указывалось, больше длины полена, поэтому во избежание прорывов лишнего воздуха в зазоры между обмуровкой и торцами поленьев колосниковая решетка делается несколько уже. Если при влажных дровах потребуется уменьшить прямую отдачу, то это осуществляется при помощи дополнительных сводов п.Обмуровка скрепляется металлическим каркасом, состоящим в основном из стоек, укрепляемых горизонтальными поясами. Часть из таких поясов следует расположить на уровне сводов в целях восприятия каркасом получающегося от сводов распора. Балки поясов устанавливаются таким образом, чтобы при их нагрузке от выпучивания разогревшейся кладки они; работали по наибольшему модулю. Рамки топочных дверок надо крепить к металлическому каркасу, а не отдельными ершами к обмуровке, так как в последнем случае крепление получается малонадежное.Разрежение над слоем должно быть не ниже 3 мм вод. ст., иначе топка может начать дымить через горловину.Топка с вертикальным зеркалом горения. Шахтная топка с вертикальным зеркалом горения отличается простотой и компактностью. Практика сжигания сырых дров в этой топке показала, что горение идет устойчиво даже при дровах с влажностью до 55%. Подсушка верхних слоев топлива производится струйками горячего газа, проникающими в горловину за счет самотяги последней.Обратная тяга горловины, особенно резко сказывающаяся в шахтах с вертикальным зеркалом, одновременно является и их недостатком, так как при резрежении над слоем меньше 6 мм топка дымит через горловину. Это обстоятельство служит серьезным препятствием распространению шахтных топок с вертикальным зеркалом, ограничивая их применение только случаями необходимости сжигания сырых дров. При растопке или прогаре топки крышка, перекрывающая горловину, подвергается воздействию лучистого тепла; она сильно нагревается и скоро изнашивается, что является вторым существенным недостатком топки, который, правда, не сказывается при круглосуточной работе отопительных котлов.Размер по глубине а, являясь в известной степени толщиной слоя топлива, выбирается в зависимости от размеров по сечению сжигаемых дров и их влажности.Величину а не следует брать больше 1 м, соответственно ее уменьшая при сухих и мелких поленьях. Большое влияние на подсушку оказывает объем подсушивающего очага, в частности его высота h, считая от площади колосниковой решетки до порога газового окна. В этом месте шахты горит накаленный уголь, отходящие газы которого и сушат вышележащие слои дров. Размер к обыкновенно колеблется в пределах 0,5—0,8 м, доходя до 1 м при очень сырых дровах.Зеркало горения располагается вертикально; достигается это тем, что размер газового окна с в отличие от шахтных топок с наклонным зеркалом горения делается ^же ширины топки d. Высоту газового окна не делают больше 1,4 м.Ранее уже упоминалось о необходимости оставления заплечиков е, чтобы уменьшить прорывы воздуха в топочное пространство, минуя топливо; это особенно важно в шахтах с вертикальным зеркалом, так как при отсутствии заплечиков или штробы сверху горловины (в продольном разрезе топки) скорее получается дымление через горловину с прорывом дыма около стен.Воздух подводится в топку через нижнюю поддувальную дверку, которая должна обеспечить проход воздуха со скоростями не более 4—5 м/сек.Верхней дверкой, находящейся над уровнем колосниковой решетки, пользуются при растопке, затем дверкой не пользуются и только иногда ее приоткрывают при сжигании сухих дров. Узкая часть горловины (размер г) назначается в пределах 0,5—0,6 м; высота горловины —от 1,2 до 1,5 м.Прямая отдача шахтной топки с вертикальным зеркалом несколько ниже, чем с наклонным.Топка для сжигания очень влажных древесных отходов спичечного производства с \FP —50%. Угол естественного откоса для этого топлива достигает 60°, топка по профилю приближается к шахтной с вертикальным зеркалом горения.Шахтные дровяные топки в комбинации с жаротрубными котлами. При установке колосниковой решетки непосредственно в жаровой трубе не удается развить должных размеров зеркала горения, что в свою очередь вызывает снижение съема тепла с котла -и недостаточное использование последнего. Сжигание в таком случае приходится вести при чрезмерно тонком слое. Сырые же дрова, находясь в жаровой трубе, вообще будут плохо гореть из-за повышенной прямой отдачи.Пристраивая к жаротрубным котлам выносную шахтную топку, можно сильно повысить количество сжигаемого топлива и улучшить условия горения. Необходимость обеспечить с фронта обслуживание парового котла — его арматуру, лаз и спускной вентиль — заставляет отставлять топку от котла на расстояние не меньше 0,9—1,0 м, соединив ее с жаровыми трубами при помощи особой горловиныЖелезная обечайка, футеруемая в 1 кирпич, вставляется в жаровую трубу и расклинивается в трех местах. Обечайка, примыкающая к топке, отделяется от первой обечайки щелью в 50 мм, щель перекрывается стальным кольцом, приваренным к топочной обечайке. Между обечайкой жаровой трубы и кольцом прокладывается асбестовый шнур.Такая конструкция допускает возможность передвижения котла в сторону топки после его разогревания.Локомобильные котлы имеют топки коробчатого (паровозного) типа или жаротрубные. Последняя система более удобна, так как имеется возможность жаровые трубы вместе с дымогарными вынимать на площадку перед фронтом котла, где их и очищают от накипи В таком случае выносная топка должна быть откатной с целью обеспечить выемку жаровых и дымогарных труб. Шахтная топка обслуживается с двух уровней. Верхний загрузочный пол и нижний золовой отстоят друг от друга на расстоянии 3—4 м, и при расположении нижнего пола вровень с землей дрова приходится поднимать на загрузочный пол, устраивая подъемники, эстакады и тому подобные приспособления.В дровах мало золы, поэтому, если по местным условиям дрова являются основным видом топлива, котельную по предварительному согласованию с Котлонадзором можно построить с зольным подвалом, размещая загрузочный пол на уровне земли. Поднять кверху сравнительно ничтожное количество золы, конечно, не представит затруднений. Подвал можно делать при условии, если отметка его пола будет выше уровня грунтовых вод. Фартучная топка. Жаротрубными котлами оборудуются сравнительно мелкие котельные установки, усложняя которые дополнительными устройствами для подачи дров в шахтные топки, можно в конечном счете слишком удорожить стоимость отпускаемой тепловой энергии.Кроме того, в существующих котельных с жаротрубными котлами расстояние от фронта котлов до противоположной стены здания может оказаться недостаточным при переходе на дровяное топливо и шахтные топки. В подобных условиях и при гарантии, что влажность дров не будет превосходить 30—40%, можно применить предложенные проф. К- В. Киршем так называемые фартучные топки, представляющие собой род горизонтально располагаемой шахтной топки ( 39). Вместо колосниковой решетки топка снабжается трапециевидной чугунной плитой (фартук) с отверстиями. Жаровая труба полностью загружается дровами, и может быть установлена требующаяся толщина слоя а. Сзади топка замыкается порогом, выкладываемым для прочности на чистом цементе; непосредственный контакт порога с охлаждаемой стенкой допускает в данном случае пользование цементом, и порог практически получается весьма прочным. Дверки, загрузочная и поддувальная, делаются в виде двух сегментов, по суммарной площади приближающихся к сечению жаровой трубы. По мере прогорания топлива через загрузочную дверку добавляются сверху новые поленья так, чтобы сечение трубы по возможности все время было заполнено дровами. Золу приходится чистить только при остановке котла и при выжигании топки. Уголь следует сгребать на фартук и постепенно его выжигать, тогда останется только зола, удаляемая из поддувала топки.Фартучная топка дешева, удобна в обслуживании, не занимает места перед котлами и не затрудняет обслуживание котла с фронта, дрова не нужно поднимать на второй этаж. Процесс горения в фартучной топке удается вести при сравнительно небольших избытках воздуха; но большую мощность можно развить только при повышенных разрежениях перед слоем — около 13 мм вод. ст.Зеркалом горения является сегмент, образуемый жаровой трубой и порогом топки. Условно при вычислениях площадь зеркала горения R принимается равной площади сечения жаровой трубы. Умеренный избыток воздуха в топке достигается при незначительных форсировках; с повышением форсировок избыток воздуха в топке сильно возрастает.Сжигание древесных опилок. Для сжигания мелкого топлива, каковым, в частности, являются опилки, можно применять шахтную топку со ступенчатой решеткой. Основными достоинствами ее является отсутствие провала топлива в зольник через прозоры колосников и хорошая подсушка топлива очагами горения, образующимися между отдельными ступеньками. На 40 приводится продольный разрез такой топки.Там же показано в увеличенном масштабе несколько ступенек с расположенным на них топливом. Топливо подается сверху в загрузочную воронку. Главная масса топлива сползает по ступенькам вниз. Между ступеньками задерживается часть топлива — О; это топливо постепенно подсыхает и затем загорается. Продукты горения, засасываясь в топочное пространство за счет существующего в нем разрежения, пронизывают движущийся сверху вниз слой топлива, подсушивая его. Такой прием образования подсушивающих очагов довольно часто используется конструкторами топок; в частности подобные очаги имеются в подсушивающих предтопках при сжигании торфа на цепных решетках.Использование ступенчатой решетки, предохраняющей мелкое топливо от провала его в зольник, с повышением зольности топлива осложняет эксплуатацию топки, так как зола в значительной доле остается на ступеньках и ее оттуда приходится чистить. Это обстоятельство побуждает рекомендовать ступенчатую решетку для сжигания опилок или других разновидностей растительного топлива — подсолнечной лузги, одубины и пр., а также и для малозольного торфа.Чем мельче топливо, тем тоньше требуется его слой при горении. Для опилок даже при повышенной влажности толщина слоя не превышает 200 мм. Небольшая толщина слоя и, следовательно, уменьшение побудительной силы тяжести, производящей передвижение вниз топлива, сказывается на сокращении длины зеркала горения: вместо 2,5—3 м при дровах эта длина должна быть около 1,0 м. При увеличении длины зеркала горения ступенчатая решетка начинает работать с уменьшенным к. п. д. Слой оползает неравномерно, в нем получаются разрывы, образуются места, через которые проходит избыточный воздух, и, наоборот, в других пунктах зеркала горения опилки нагромождаются кучами, что вызывает неполноту сгорания. При необходимости повышения мощности топки и в связи с этим развития длины зеркала горения приходится идти на увеличенную толщину слоя топлива, а следовательно, на заведомо неполное горение в слое с дожиганием образовавшихся летучих горючих в топочном пространстве, куда в данном случае вводится добавочный воздух через отверстие а в обмуровке. Таким образом, приходится переходить на работу с полугенераторным процессом горения, которого в иных условиях желательно избегать. При уменьшенных расходах воздуха через слой топлива в нем сильно повышается температура, что при сухих и шлакующихся топливах вызывает усложнение в обслуживании, а также коробление и перегорание колосников.На ступенчатой решетке, как и в обычных шахтных топках, слой топлива должен утончаться книзу. При сжигании мелкого топлива с относительно тонким слоем трудно точно отрегулировать уклон колосников, и неминуемо через нижнюю часть решетки будет прорываться много лишнего воздуха. Последний надо направлять на дожигание летучих горючих газов, выделяющихся в верхних частях. Кроме того, поток горячих газов ускорит зажигание топлива (верхнее зажигание). Поэтому ступенчатая решетка в силу специфичности своей работы должна в нижней части перекрываться сводом. Необходимость повышения толщины слоя с последующим возрастанием его температур, а также уменьшение прямой отдачи от перекрывания сводами делают ступенчатую решетку применимой только для сжигания мелких и сильно влажных топлив, каковыми являются древесные отбросы и опилки, мелкий торф.Опыты использования ступенчатой решетки для сжигания подмосковного (бурого) угля хотя и дали вполне удовлетворительные результаты с тепловой стороны, однако кочегару приходилось около 50% своего времени уделять на прочистку пространства между ступеньками от образовавшихся там корочек шлака, затруднявших прохождение в топку воздуха и тем снижавших мощность топки.В итоге в настоящее время от сжигания подмосковного угля на ступенчатых решетках отказались.Сжигание опилок желательно производить с дутьем под решетку, и еще лучше, если воздух 'предварительно будет подогрет в воздухоподогревателе. В таком случае площадь зоны подсушки топлива уменьшается и за счет большего развития активной площади горения можно повысить тепловое напряжение зеркала горения.Значительно увеличивается площадь зеркала горения в двускатной топке. Характерной особенностью топки, представляющей собой комбинацию двух шахтных топок, у которых зеркала горения располагаются друг против друга, является незначительность потери в окружающую среду, так как на наиболее нагретом верхнем своде находится слой свежее загруженного топлива. Малая прямая отдача двускатной топки допустима и даже желательна при сырых опилках. Колосники показаны в виде плит с круглыми отверстиями; но лучше, конечно, устанавливать ступенчатую решетку. На том же рисунке указаны заслонки, регулирующие толщину слоя топлива.До сих пор говорилось о сжигании опилок; вместе с ними на тех же топках молено сжигать и другие мелкие древесные отбросы: стружку, щепу и пр. В крупных установках опилки следует сжигать во взвешенном состоянии в камерных топках, о чем будет сказано в разделе пылевидного сжигания.При рассмотрении вопросов сжигания топлива на простой колосниковой решетке было выяснено, что количество сжигаемого топлива зависит от того, сколько воздуха будет проведено через cjfoH топлива, причем толщина слоя остается неизменной. Однако с повышением форсировки зеркала горения начинает резко возрастать составляющая общей потери тепла от механического недожога—потеря от уноса. Одновременно с этим при высоких форсировках и неоднородном фракционном составе топлива горение получается неравномерным по площади, в нем появляются отдельные кратеры, в которые и направляется по линии наименьшего сопротивления большая часть воздуха, отчего вынос мелочи еще более усиливается. С целью увеличения паропроизводительности крупных котельных агрегатов центральных теплосиловых станций канд. техн. наук В. В. Померанцев предложил оригинальную топку скоростного горения, позволяющую довести тепловое напряжение зеркала горения до 10 000 тыс. ккал/м2 час и более.Идея топки заключается в том, что слой топлива зажимается с двух сторон: слева — ступенчатой колосниковой решеткой обычного типа и справа — трубами, экранирующими топку. К трубам приварены шипы, между которыми образуются сводики из топлива, предохраняющие от выноса мелочи из слоя.Топливо, направляясь сверху вниз, подсушивается и газифицируется в той части топки, где нет отверстий между трубами экрана; продукты газификации специальным эжектором могут отсасываться из верхней части топочной горловины и направляться в топку шт на производственные нужды. При сжигании влажной древесной щепы отсасываемые газы выбрасываются наружу, так как состоят главным образом из водяных паров.Дрова как топливо«Берегите дрова!» – призывал выдающийся российский теплотехник Карл Васильевич Кирш аудиторию своей монографии «Дрова как топливо», изданной в 1919 г. Тепловым комитетом при Политехническом обществе МВТУ. К тому времени в результате хозяйственного упадка, вызванного мировой войной и хаосом двух революций, добыча и доставка потребителям угольного, нефтяного и торфяного топлива оказались настолько подорваны, что дрова стали почти единственным топливом не только для населения, но также для транспорта и промышленности. При этом дров крайне не хватало. Одной из первостепенных задач момента ученый считал обеспечение экономичного сжигания древесины, вот и спешил поделиться с коллегами обобщенными материалами по данному вопросу. Подборка сведений из монографии будет интересна и современному читателю. Среднее значение теплоты сгорания органической древесной массы, определенное в калориметрической бомбе, составляет 4450 кал/кг. При этом минимальное значение (4370) приходится на иву, а максимальное (4560 кал/кг) – на сосну. Другой важный параметр – удельная масса древесины. Для ели, ивы и липы он составляет 0,49 (при условии 15-процентной влажности и плотной укладке), для дуба – 0,76 т/м3. Береза, отчасти хвойные породы, дают весьма густое, богатое углеводородами и потому сильно теплоизлучающее пламя. Напротив, осина горит сравнительно прозрачным синеватым пламенем, более богатым оксидом углерода (СО), который менее горюч, чем углеводороды. Поэтому соответствующие породы дров также отличаются своими горючими свойствами. Состав выделяемых при горении газов отражается и на размере получаемого пламени. Так, высота пламени сосны, березы, ели и ольхи находится приблизительно в соотношении 100 : 75 : 70 : 50. Теплота сгорания дров может значительно уменьшиться при выщелачивании их в воде (например, при сплаве). Так, после семи дней сплава иногда наблюдается ее снижение на 9–10 %. Поскольку сера в дровах отсутствует, их балласт (несгораемая часть) состоит из золы и влаги. Если в крупном стволе содержание золы составляет 0,7–2 % (при влажности 0 %), то в коре оно достигает 3–4 %, а в сплавных дровах, загрязненных песком и илом, может доходить до 4–6 %. Зольность листьев – до 7 %. Главная составляющая балласта – влага. Влажность растущего дерева варьируется в диапазоне 45–60 %, доходя у тонких ветвей до 65 %. Наименьшая влажность отмечается осенью, наибольшая – в июне-июле. У березы и дуба она составляет около 45 %, у ели и сосны – около 55 %. Кроме того, на влажность оказывают влияния состав почвы, условия роста и другие факторы. В обычных условиях под сухими, пригодными для употребления дровами подразумеваются дрова влажностью 25–30 %. Их рабочая теплота сгорания – 3100–2900 кал/кг. При досушивании распиленных и расколотых дров в течение года-двух их влажность уменьшается до 15 (хвойные породы) или 18 (лиственные) %, а теплота сгорания увеличивается до около 3500 кал/кг. Однако в 1919 г. на такое качественное топливо рассчитывать не приходилось. Для упрощения заготовки дрова пилились на брусья длиной до 3 аршин (1 аршин = 71,12 см), не раскалывались и не очищались от коры. Именно два последних обстоятельства резко замедляли сушку. Так, если обесшкуренное полено в августе-сентябре в течение четырех дней теряет 40 % своей основной влаги (причем 34 % – в течение одного дня), то неочищенное за тот же период – только 1 %. В период деятельности К.В. Кирша в Тепловом комитете (1917–1919 гг.) на практике регулярно приходилось иметь дело с дровами низкого качества – не только не высушенными, но и, например, подвергавшимися длительному выщелачиванию водой, загрязнению илом и песком. Теплота сгорания таких дров нередко составляла всего 1400–1500 кал/кг. Примечательно, что в приведенных в монографии таблицах наряду с древесными породами фигурирует такое топливо, как сырая отдубина (не отжатые и не высушенные отходы кожевенного производства) с рабочей теплотой сгорания 860 кал/кг. Сравнение дров с угольным топливом иллюстрируется следующим отношением: для вмещения 1 Мкал требуется 133 л донецкого антрацита, 335 л подмосковного курного угля, 590 л дуба или 950 л ели (при влажности 30 %). Малая теплота сгорания дров не только играет огромную роль в вопросах их перевозки, но и оказывает доминирующее значение на конструкции топочных устройств. Вместе с тем ученый отмечает, что высокая теплота сгорания органической массы торфа (4750–6210 кал/кг) и курного угля (7000 кал/кг) значительно сокращается из-за большого количества минеральных примесей. Поэтому рабочая теплотворность сухих дров, среднего торфа и подмосковного курного угля весьма близки. Процесс горения дров распадается на две стадии: горение на решетке или в слое и горение в топочном пространстве. Первая стадия влияет, прежде всего, на мощность топки, обусловливая полное или частичное окисление того или иного количества топлива. Это количество зависит в первую очередь от предоставления проходящему потоку воздуха доступа к достаточной поверхности топлива. Вторая стадия – горение в топочном пространстве – прежде всего, сказывается на экономичности работы топки. Работа топочного устройства осложняется непостоянством процессов по времени (от загрузки до загрузки). Для сжигания всех видов топлива с выходом летучих веществ характерна нехватка воздуха вскоре после новой загрузки. При сжигании дров неравномерность процесса несколько сглаживается тем, что большая влажность и малая относительная поверхность кусков дров задерживают выход летучих, продлевая его по времени. В весьма большом топочном пространстве, соответствующем значительному выходу летучих, удавалось добиться относительно благоприятных результатов даже при ручных топках и загрузке на горящий слой. Наиболее благоприятными К.В. Кирш считал условия, создаваемые всеми топками с горизонтальным отводом газов (внешние топки цилиндрических котлов) и топками в жаровых трубах. Движение газов параллельно слою топлива облегчает перемешивание выделяющихся из разных участков слоя свободного кислорода и несгоревших газов, а достаточно длинный путь по просторным каналам вдоль поверхности нагрева способствует догоранию несгоревших газов. Иная ситуация имеет место в случае топок, помещенных под горизонтально-водотрубными котлами с вертикальными газоходами. Чтобы обеспечить в них сколько-нибудь удовлетворительное сжигание дров приходится увеличивать высоту топочного пространства (от решетки до труб) до 2500–3000 мм. В противном случае возможно слишком раннее охлаждение несгоревших газов при попадании их в тесное межтрубное пространство. Необходимое удаление слоя топлива от поглощающей теплоту поверхности приобретает еще большее значение при сжигании сырых дров, когда трудно обеспечить достаточную температуру в топочном пространстве. Толщина слоя дров на решетке должна быть подобрана таким образом, чтобы проходящий воздух встречал достаточную (по размеру и способности к окислению) поверхность и чтобы свободного кислорода хватило (без избытка) для окисления всех выделившихся летучих горючих веществ. Очевидно, что толщина слоя зависит от степени горючести дров (для осины больше, чем для березы). Сжигание дров под котлами с вертикальным отводом газов и при ручной загрузке через открытую дверку должно производиться в топках с механическими вентиляторами. При сжигании дров в жаротрубных котлах с горизонтальным отводом газов можно обойтись без дутья.Калориметрическая бомба – герметически закрывающийся металлический сосуд, используемый для опытного определения теплоты сгорания топлива. Для этого в бомбу, помещенную в сосуд с водой, вводят топливо (1–1,3 г) и наполняют ее кислородом через специальное отверстие. Затем топливо поджигается электрической искрой, выделяющееся при его горении тепло нагревает воду. По разнице температуры воды до и после сгорания топлива рассчитывается количество тепла.Подготовил М. Лукьянцев, Сегодня я предлагаю разобраться чем же так привлекательны шахтные топки и каковы перспективы у рассматриваемого пока виртуального котла. Каждый из нас хоть раз в жизни сталкивался с обычной буржуйкой или котлом, у которого реализован принцип сжигания на колосниках или просто говоря сжигание в слое. Суть метода заключается в том, что на колосники нагружают топливо и газы от колосников полностью проходят весь слой. Пока слой топлива велик, то его можно разделить на несколько зон. 1- зона окисления. Это зона находится у колосников и в ней кислород реагирует с углеродом. В зоне развивается огромная температура и выделяется огромное количество тепла. 2- зона восстановления. Здесь происходит не очень приятный процесс, а точнее реакция восстановления СО2 до СО. Реакция эта эндотермическая и идет с поглощением тепла. Слава богу, что чем меньше температура, тем медленнее идет реакция и не всегда весь углекислый газ восстанавливается до СО. 3- зона подсушки и выхода летучих. В древесине от высокой температуры начинает разлагаться органика, которая выходит из пор в виде горючих газов. Эти газы сгорают и мы видим пламя. Недостаток такого способа сжигания очевиден- большой химнедожег. Так же постоянно во времени изменяющаяся толщина слоя, что требует коррекции режима работы. Автор темы предложил использовать шахтную топку. Она хороша тем, что слой топлива участвующий в горении в ней одинаков и постоянен во времени. Красная- зона окисления, оранжевая- зона выхода летучих, желтая -зона подсушки. Толщину слоя который будет участвовать в реакции автор предлагает менять с помощью высоты расположения колосников, в чем я его поддерживаю. При хорошо подобранных высотах и дозировке вторичного воздуха можно добиться очень высоких показателей по экономичности. Однако есть несколько подводных камней. Один из них- удаление влаги. Подсыхая дрова будут выделять водяной пар, который будет мешать нормальному горению. Есть несколько вариантов его удалить. Первый из них- свисток. Вещь нужная. Но очень капризная ибо если сделать проход свистка мелким, то толку от него будет мизер, а если переборщить, то получим паразитный поток газов, который превращает нашу шахтную топку в обычную слоевую, да и еще в теплообменник не попадает. Можно предусмотреть транзитный воздух, который будет подавлять восходящие потоки пара и являться в свою очередь вторичным для доокисления. Однако для этого требуется неслабое разряжение в дымоходе. Автор темы позиционирует минимальную мощность котла в 15% от номинальной при неизменном КПД. Предлагаю рассмотреть как поведет наша топка при таких аномально низких нагрузках. Но для начала вспомним про излучение. Все прекрасно знают, что нагретое тело отдает свое тепло не только теплопроводностью и конвекцией, но еще и излучением. Все чувствовали, как жарит от буржуйки или от костра на расстоянии в несколько метров. Так вот в нашем котле раскаленные угли тоже отдают тепло излучением. Его воспринимают как стенки котла, так и топливо в верхних слоях. Если б мы сделали зеркальную топку и наши дрова были зеркальными, то тогда температура в топке достигала бы под 2000 градусов. А так мы имеем в лучшем случае 1000-1100 град. И то при хорошо футерованной топке. Чем выше температура очага тем больше энергии он излучает. Зависимость эта в 4 степени от абсолютной температуры. Теперь посмотрим как будет вести себя топка. Тепловыделение в ней уменьшится в 100/15=6,7 раза. Температура соответственно упадет в 1,6 раза. (возьмите корень 4 степени) 1000/1,6=625 градусов. Ни о каком нормальном режиме горения при такой температуре не может идти и речи. На самом деле все выглядит еще хуже. На большой мощности у нас хватает тепла, чтоб нагреть вверхулежащий слой до температуры самовоспламенения летучих газов. При низких нагрузках зона выхода летучих прогревается недостаточно и поэтому они не воспламеняются, а вылетают в трубу. Одним словом получается галимое тление. Очень интересно, как автор без применения футеровки обойдет эту проблему. В трудах основоположника русской науки М. В. Ломоносова (1711- 1765), отвергшего господствовавшую в XVIII в. теорию теплорода, впервые были даны правильные представления о теории теплоты. В своей диссертации «Размышление о причине теплоты и холода» (1744-1747 п.), а также в труде «Рассуждение о твердости и жидкости тел» (1760 г.) М. В. Ломоносов утверждал, что «тепло состоит во внутреннем движении вещества». Он обосновал сущность теплоты и тепловых явлений, теоретическими и экспериментальными исследованиями заложил основы молекулярно-кинетической теории вещества и установил взаимосвязь между теплотой и механической энергией на основе открытого им всеобщего закона природы - закона сохранения и превращения энергии. Эти гениальные теоретические обобщения опередили западноевропейскую науку более чем на 100 лет. Под влиянием теоретических открытий М. В. Ломоносова в области учения о теплоте талантливый русский механик и теплотехник И. И. Ползунов, осознавший громадное значение практического разрешения проблемы промышленного использования энергии пара, построил в 1763 - 1765 гг. в Барнауле первую в России промышленную паросиловую установку, состоявшую из парового котла и паровой машины. Работы М. В. Ломоносова и И. И. Ползунова заложили теоретические и практические основы для дальнейшего развития теплоэнергетики. В области практической теплотехники больших успехов добились механики Нижнетагильских заводов Е. А. и М. Е. Черепановы. Ими был сконструирован ряд паровых машин. Самым значительным их вкладом в отечественное машиностроение было создание в 1834 г. первого русского паровоза. В 1864 г. преподаватель морского корпуса И. П. Алымов опубликовал работу, посвященную расчету тяги в топках паровых котлов. В его исследовании впервые был дан обоснованный метод расчета скорости подачи воздуха в топку парового котла. Большие исследования процесса сжигания топлива в топках паровых котлов проделал известный русский термохимик В. Ф. Лугинин. Полученные и систематизированные им количественные данные о теплотворной способности различных веществ пользовались всеобщим признанием и повсеместным применением как в России, так и за рубежом. Важную роль в этой области сыграли также работы профессора Н. С. Курнакова, посвященные вычислению температур горения. Известные русские теплотехники В. И. Гриневецкий, К. В. Кирш и ряд других усовершенствовали тепловой расчет поверхностей нагрева и теплопередачи. Большой вклад в отечественную теплотехнику внес ученик Н. Е. Жуковского - русский инженер В. Г. Шухов. В 80-х годах XIX в. он создал оригинальный водотрубный котел, который отличался однотипностью изготовления основных деталей.Это позволило организовать массовое производство стандартных котлов. Котлы Шухова получили широкое распространение в России и за рубежом. Одним из изобретений В. г. Шухова была также оригинальная форсунка для распыливания водяным паром мазута при его сжигании в топочных устройствах. Русские теплотехники являются пионерами в области использования местных видов топлива. В 1913 г. наш талантливый соотечественник Р.Э. Классон построил под Москвой (около Ногинска) первую в мире электростанцию, работающую на торфе. Ныне она носит имя Р. Э. Классона. Им же был изобретен высокопроизводительный гидравлический способ добычи торфа, заменивший малопроизводительный машинно-формовочный способ. Из выдающихся работ в области теплоэнергетики следует отметить капитальный труд академика М. В. Кирпичева по моделированию тепловых устройств. Созданная им теория подобия позволяет проводить исследования тепловых, аэродинамических и других явлений на моделях и пересчитывать полученные результаты применительно к реальным тепловым устройствам. Теория подобия М. В. Кирпичева широко используется в различных областях исследований, в том числе при проектировании современных систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Весьма важное значение для современной теплоэнергетики имеют работы коллективов научных работников Всероссийского теплотехнического института и Центрального котлотурбинного института, создавших строго научный метод расчета тепловых агрегатов, который обеспечивает совпадение их эксплуатационных характеристик с проектными, чего не удавалось достичь ранее. В результате эксплуатационная надежность спроектированных по этому методу теплоснабжающих источников выше, чем у известных зарубежных аналогов. Большой вклад в создание современных отечественных систем отопления и вентиляции внесли инженеры и ученые институтов Промстройпроект, Сантехниипроект, Гипронии РАН, Тюменского инженерно-строительного института, разработавшие строительные нармы и правила проектирования отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений (СНИП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»). Теплоснабжающее хозяйства России в 2003 г. включала в себя: 485 тепловых электростанций (ТЭЦ), на которых действуют теплофикационные турбины; 190 тыс. котельных разной единичной мощности, в том числе 84 тыс. промышленных котельных; около 260 тыс. км магистральных и распределительных тепловых сетей. В последние годы идет процесс разукрупнения систем теплоснабжения, растет числа мелких котельных и местных генераторов теплоты, расширяется зона децентрализованного теплоснабжения, увеличивается объем самозаготовок топлива населением в связи с развитием массовой загородной индивидуальной застройки в сельской местности и на свободных территориях вокруг населенных пунктов, а также из-за значительного подорожания теплоты в системах централизованного теплоснабжения. В добавление статей, хочу сказать, что наше предприятие вот уже четыре года изготавливает котлы с зажигательным поясом, в противовес тому, что сказано, котлы не "дымят" в котельной, топливо используется "сырые дрова" с делянок. Температурный график выдерживают без перерасхода дров.Котёл с "ТсЗП" - дешевле чем устройство шахтной топки при сравнительно одинаковых характеристиках на котлах до 1,25МВт. (топливо дрова).Особенности устройства и работы котлов на жидком топливе.
Отличие "жидкотопливных", "газовых" и твёрдотопливных котлов в основном по длине и объёму камеры сгорания. При заказе котла изучите технические характеристики существующей горелки, длину и ширину факела на номинальном режиме. Топка котла при этом должна быть длиннее факела горелки примерно на 150мм., что предотвращает недожог топлива.
Технические характеристики горелок как отечественных, так и импортных имеют большое отличие. Прежде чем приобрести котёл – подберите горелку, удовлетворяющую вашим требованиям и топливу.
Для помощи в более качественном сжигания любого отечественного топлива, при применении как импортных так и отечественных горелок, нашим предприятием изготовлен мазутоподогреватель ИжПМ, позволяющий сжигать любое топливо (подробности в разделе).
© ООО "Терем М", 1999-2012
Россия, Удмуртская Республика,
426028, г. Ижевск, ул. Пойма, 71.
Тел./факс: (3412) 506-345, 676-437
E-mail: kotel-t[myau]udmnet[murr]ru
ICQ: 647224606
Skype: OOO_TeremM