Вся электронная библиотека >>>

 Топки. Котельное оборудование >>

 

 Водоснабжение и отопление

Топливо, топки, котельные установки


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

ПРЯМАЯ ОТДАЧА ТОПКИ

 

 

Тепловая энергия, выделившаяся при горении топлива, должна быть передана через стенки поверхностей нагрева котельной установки к воде или пару.

Этот процесс передачи тепла осуществляется путем излучения накаленного слоя горящего топлива и факела, а также несветящихся дымовых газов в газоходах котла; конвекцией, т. е. непосредственным соприкосновением горячих лазов со стенками котла; теплопроводностью через металлические стенки котла; наконец, конвекцией к кипящей или некипящей в котле воде.

Как известно, интенсивность процесса передачи тепла характеризуется коэффициентом теплопередачи, т. е. количеством тепла в ккал\часу передаваемого через 1 м2 поверхности нагрева при разности температур в 1°.

Основное требование — соблюдение экономии в расходовании металла — побуждает стремиться так спроектировать котельную установку, чтобы при одинаковых прочих условиях коэффициент теплопередачи  был максимальным.  Особенно эффективно  передается котлу тепло за счет прямого излучения от горящего слоя топлива и факела в топке. Коэффициент теплопередачи в подобных условиях доходит до величины порядка 300 ккал/м2 час град, в то время как в среднем коэффициент теплопередачи в газоходах котла, преимущественно зависящий от непосредственного соприкосновения газов с котлом, определяется величинами порядка 25 ккал/м2 час град. Эти показатели достаточно ярко характеризуют огромное значение прямой отдачи тепла в топке, поэтому при конструировании следует так скомпоновать в одно целое котел и топку, чтобы передача тепла излучением топки (прямая отдача) достигала максимальных размеров. Эта задача конструктивно разрешается тем, что стараются довести до максимума размеры поверхностей, воспринимающих тепло излучения от топки. Примером котла, в котором до максимума развита поверхность прямого излучения, может служить жаротрубный котел при сжигании в его жаровой трубе мазута или антрацита. Здесь нефтяной факел со всех сторон окружен воспринимающими энергию излучения факела стенками котла; такая комбинация котла и топки послужила прототипом для развития современных мощных котлов, стенки топки у которых покрыты так называемыми экранами, т. е. трубами небольшого диаметра, 80—100 мм, включенными в общую циркуляцию котла

 

 

Если сравнить топку, расположенную внутри паровозного котла или жаровой трубы, с внешней топкой под водотрубным котлом, то не только периферия топочного факела в первых случаях будет сильнее окружена поверхностями нагрева, но и любой элемент раскаленного слоя будет излучать энергию на поверхность нагрева под телесным углом 2ir вместо угла f < 2тс в случаях устройства внешних топок. Прямая отдача тепла в топке, обеспечивая огромную эффективность в смысле передачи тепла излучением, в то же время, очевидно, резко снизит температуру топочного факела.

Коэффициент прямой отдачи топки а — величина весьма сложная, зависящая от многих факторов, но главным образом от величины поверхностей нагрева, расположенных в топке. В мелких котлах, где обычно отсутствует экранирование, <з характеризует «раскрытие» горящего слоя по отношению к поверхностям нагрева котла. Чем больше поверхностей нагрева удается подвергнуть воздействию прямого излучения факела и раскаленного слоя, тем больше коэффициент прямой отдачи а и тем ниже будет температура продуктов сгорания при входе в первый газоход. Такое снижение температурного потенциала в топке выгодно, так как облученные поверхности нагрева работают с высоким коэффициентом теплопередачи и, кроме того, снижая 7) до 800—1000°, уменьшается износ обмуровки и топочной гарнитуры. В § 4 приводились указания о трех фазах плавления золы, причем для топлив СССР, включая сюда угли, антрацит по преимуществу, торф и сланцы, необходимо отметить значительную легкоплавкость их золы. При сжигании пылевидного топлива с легкоплавкой золой бывает особенно важно снизить температуру при входе в первый газоход. Зола топлива, увлекаемая в газоходы вместе с газами, должна подходить к ним гранулированной во избежание накипания на поверхностях нагрева и образования сталактитовых наростов, затрудняющих теплопередачу и сужающих живое сечение для прохода продуктов сгорания. Чтобы избежать указанных нежелательных явлений, стенки топок современных крупных котлоагрегатов энергетических установок по возможности экранируют полностью,

 Развивающаяся в процессе сгорания топлива температура горения заметно понижается при повышении избытка воздуха. Температура газов при входе в первый газоход падает под влиянием прямой отдачи тепла. Первое понижение температуры вредно, так как с уменьшением теоретической температуры горения уменьшается и количество отданного тепла радиацией, которое согласно закону Стефана-Больцмана пропорционально разности четвертых степеней температур излучающего и поглощающего тела. Второе понижение температуры за счет прямой отдачи тепла в топке полезно.

Таким образом, основные положения правильного конструирования топки и ее эксплуатации должны свестись к следующей формулировке, дополняющей приводимую ранее.

Правильно сконструированная и хорошо работающая топка должна обеспечитьминималь-ный избыток воздуха при одновременно полном сгорании топлива и максимальной прямой отдаче тепла втопке.

Следуя этим основным указаниям, все же не всегда можно до максимума доводить прямую отдачу тепла в топке. Например, при сжигании пылевидного топлива, определяя требуемую поверхность нагрева топочных экранов, температуру при входе в первый газоход обычно не снижают ниже 1 000°, так как в факеле пылевидного сжигания имеются не только легко сгорающие летучие вещества, но также частицы кокса, для быстрого сгорания которых требуется достаточно высокая температура. Высокая температура в топке при сжигании пылевидного топлива необходима также и для быстрого воспламенения угольной пыли (особенно для топлив с малым выходом летучих, как, например, антрацитовый штыб) и устойчивости горения пылеугольного факела.

При сжигании на простой колосниковой решетке влажного бурого угля или торфа, отличающихся низкой теоретической температурой горения, даже при условии, что температура газов при входе в первый газоход не будет ниже 900°, что еще обеспечивает достаточную устойчивость горения факела, все же над слоем топлива часто располагают своды с целью поддержания температуры горящего слоя топлива на достаточно высоком уровне.

Раскаленные излучающие своды в топке при этом будут обеспечивать быстрое зажигание забрасываемых свежих порций топлива, уменьшать потери от химической и главным образом от механической неполноты сгорания за счет лучшего выжигания частиц кокса.

Перекрывание топочного пространства кирпичными сводами уменьшит передачу тепла излучением раскаленного слоя топлива к поверхности нагрева котла в топке, в результате чего уменьшится о и поднимется Т\. В случаях необходимости сжигания низкосортного влажного топлива под жаротрубными котлами уменьшить прямую отдачу можно только путем футеровки жаровой трубы, но при ограниченности в этих условиях площади колосниковой решетки, располагаемой в жаровой трубе, указанное мероприятие сильно снизит мощность топки, а следовательно, и теплопроизводительность котла. Поэтому при сжигании, например, подмосковного угля или очень влажного торфа приходится в таких случаях устраивать выносные топки, позволяющие достаточно развить площадь колосниковой решетки. Однако выносные топки уже чрезмерно уменьшают прямую отдачу тепла в топке, что и является их главным недостатком.

Если увеличить количество топлива, сжигаемого в час иа колосниковой решетке, то прямая отдача по своей абсолютной величине повышается в меньшей мере, чем увеличивается количество сжигаемого топлива. Поэтому относительная величина прямой отдачи тепла в топке на 1 кг сжигаемого топлива уменьшается с увеличением нагрузки топки.

Следовательно, еще имеется способ уменьшения прямой отдачи тепла в топке и увеличения температуры продуктов сгорания при входе в первый газоход—это повышение форси-ровки топки.

В дополнение к ранее высказанным соображениям о причинах неизменности толщины слоя при повышении форсировок топки добавляется соображение о более высокой температуре слоя горящего топлива и, следовательно, ускоренном процессе горения в топке при уменьшении прямой отдачи тепла в ней. Однако это обстоятельство не следует переоценивать.

При сжигании пылевидного топлива в крупнейших современных котельных установках, например, подмосковного угля, приходится предельно развивать экраны, увеличивая прямую отдачу тепла в топке, так как при высоких тепловых напряжениях топочной камеры, а также при относительно малой величине поверхности факела по сравнению с его объемом не удается получить большую величину з и заметно снизить 7J даже при полном экранировании топочной камеры. Однако в отопительных котельных установках с относительно малыми по своим размерам котлами и топками почти всегда требуется перекрывание сводами топочных камер в случаях сжигания низкосортных и влажных топлив.

Закрытие топки и уменьшение теплопередачи излучением горящего слоя топлива сказывается и на работе самого котла. С уменьшением прямой отдачи понижается суммарная отдача тепла от дымовых газов в котле, что ведет к более высокой температуре газов за ним, и если за котлом не установить дополнительных экономайзерных поверхностей, то понижается к. п. д. котельной установки.

Значительную пользу при сжигании влажного топлива может принести вдувание в топку воздуха, подогретого при помощи воздухоподогревателя.

Воздухоподогреватели получили широкое распространение лишь в мощных котельных, в отопительных котельных их применение пока еще ограничено.

Подробнее этому вопросу будет уделено внимание в разделе III.

Для таких влажных и в то же время малотеплошютных топлив, каковыми являются торф и дрова, очевидно, должен существовать предел влажности, выше которого вообще не удается сжечь эти виды топлива в топках обычного типа. Влажность в 60%, которую иногда приходится встречать в торфе, вообще следует признать предельной; с ее повышением топка глохнет и даже применение горячего дутья не сможет принести существенной пользы.

 

К содержанию книги:  Топливо, топки, котельные установки

 

Смотрите также:

 

ОТОПЛЕНИЕ. Паровые и водогрейные котлы

 

 Генераторы тепла. Отопительные котлы

 

 ОТОПЛЕНИЕ. Паровые и водогрейные котлы

 

 ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПАРОВЫЕ И ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ

 

 Котлы на твердом топливе, чугунные и стальные водогрейные котлы ...

 

 Автоматизированные жаротрубно-газотрубные котлы...

 

 Центральное отопление, котлы, радиаторный обогреватель батареи

 

 Котлы на жидком топливе. Модели бытовых котлов ...

 

 Газовые котлы   ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ   Газовые теплогенераторы. Чугунные котлы

 

ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА. Топки. Топочные устройства для сжигания топлива   Топки

 

Специализированная газовая отопительная печь

 

 Теплоэлектростанция   Отопление и горячее водоснабжение

 

Устройство санитарно-технического и отопительного оборудования в ...

 

КОТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. Выбор котельного оборудования  Котельное оборудование. Отопительные котлы

 

 Водяное отопление. При водяном отоплении индивидуальных домов в ...

 

 ВОДЯНОЕ ОТОПЛЕНИЕ. Водяное отопление с принудительной циркуляцией ...

 

 Водяное отопление. Топка печей. Дрова. Торф. Уголь

 

 Центральное отопление   Печное отопление

 

Центральное водяное отопление. Местное отопление

 

 Отопление. потребление тепла, виды топлива, печное отопление

 

 Паровое отопление низкого давления   Местное отопление