Топочные устройства печей

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Топочные устройства печей, называемые также топками или топливниками, предназначены для преобразования химической энергии, заключенной в сжигаемом топливе, в тепловую. В топливниках протекает процесс выработки номинальной теплоты, используемой для отопления зданий. Под номинальным понимают наибольшее количество теплоты, которое образуется в топке в условиях длительной эксплуатации и допускаемых температур поверхностей нагрева.

Современные топливники печей должны развивать номинальную, теплопроизводительность в течение небольшого промежутка времени; быть экономичными, т. е. создавать условия для наиболее полного сжигания топлива (с КПД не менее 90%); обладать высокими аэродинамическими свойствами, т.е. обеспечивать оптимальную полноту смешения воздуха с топливом; иметь небольшое газовое сопротивление; быть удобным в эксплуатации; обеспечивать устойчивость горения и возможность регулирования его интенсивности; обладать достаточной герметичностью в периодах между топками; отвечать требованиям пожаробезопасности.

В топливниках не только вырабатывается теплота; они также служат своеобразным теплообменным аппаратом, в котором происходит теплоотдача от зоны горения топлива к более холодным стенкам, а от стенок к воздуху помещения. Поэтому существуют и такие печи, которые состоят из одного топливника, например камины, печи каменки, традиционные русские печи и т. п. Поверхности конструктивных элементов (стенки, перекрытия) воспринимают лучистую (радиационную) тепловую энергию, поступающую от горящего топлива. В свою очередь, перекрытие и стенки топливников, отражая тепловые лучи на слой топлива, создают необходимую температуру для стабилизации процесса горения.

Топливники печей в зависимости от способа сжигания топлива подразделяют на слоевые и факельные. В слоевых топливниках топливо горит в слое определенной толщины, который расположен на поде или колосниковой решетке. Такие топливники предназначены для работы на твердом топливе. В слоевые топливники можно загрузить значительное количество топлива, что обеспечивает устойчивый процесс горения. В факельных топливниках топливо горит во взвешенном состоянии, образуя факел; их применяют при использовании газообразного топлива, а также для сжигания опилок, лузги и других пылевидных горючих веществ. Слоевые топливники бывают с неподвижным и подвижным слоем горящего топлива. К неподвижным относятся шахтные топливники печей длительного горения, топливники для сжигания торфа и т. п.

ТОПЛИВО И ТОПОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Эффективность проведения топочных процессов, т. е. полнота сжигания топлива, тесно связана с его характеристиками. Состав и качество топлива зависят от места и способа добычи его, а также от химического состава горючей массы. Это учитывают при конструировании топочных устройств и их тепловом расчете. Как правило, принимают усредненные данные тех видов топлива, которые для данного населенного пункта являются предпочтительными. Такие усредненные данные называют расчетными параметрами топлива, участвующего в топочном процессе.

В бытовых печах топливо используется как источник тепловой энергии, расходуемой для отопления зданий, приготовления пищи и других хозяйственных нужд. Топливо состоит из горючих и негорючих элементов. Горючими являются углерод С, водород Н и летучая сера, которые при сгорании выделяют тепловую энергию. Негорючие компоненты топлива — кислород О и азот N — представляют собой внутренний балласт топлива, а зола А и влага XV — внешний. Топливо в том состоянии, в котором его получает потребитель, называют рабочим.

Важнейшие теплотехнические параметры твердого топлива — выход летучих горючих веществ и содержание кокса. Летучие горючие вещества — это газообразная смесь, состоящая из водорода, кислорода, летучей серы, окисленного углерода и различных его соединений с водородом. Состав и содержание летучих веществ существенно влияет на топочные процессы. После удаления летучих веществ из угля образуется кокс, состоящий из углерода и золы.

Интенсивность топочного процесса во многом зависит от теплоты сгорания топлива. Теплотой сгорания называют количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 нм3 газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания рабочего топлива. Высшая теплота сгорания Qpв % — это количество теплоты, полученное при сгорании единицы массы рабочего топлива при условии, что влага, содержащаяся в топливе, конденсируется. Выявить Qpв можно лишь в лабораторных условиях, где моделируют топочный процесс в герметичной калориметрической бомбе. Низшая теплота сгорания Qpн % — это количество теплоты, полученное при сгорании единицы массы рабочего топлива при условии, что влага, содержащаяся в топливе и продуктах горения, не конденсируется. Между высшей Qpв % и низшей Qpн % теплотой сгорания (кДж/кг) существует следующая зависимость:

Qpн = Qpв - 25(9Hp + Wp),

т. е. низшая теплота сгорания равна высшей за вычетом теплоты парообразования. В приведенной формуле принято, что на испарение 1 кг влаги расходуется 25000 кДж, а коэффициент 9 показывает, что при 1 мае. ч. водорода за счет присоединения кислорода получается 9 мае. ч. воды. Низшую теплоту сгорания твердого и жидкого топлива можно вычислить по эмпирической формуле Д. И. Менделеева:

Qpн = 339Cp + 1030Hp + 109(Op - Spл) - 25(9Hp + Wp)

где Cp, Hp, Op, Spл и Wp — компоненты рабочей массы топлива, %.

При эксплуатации печей возникает необходимость вычислить расход топлива В не только в физических единицах (кг, т), но и привести его к условному топливу Условным называют топливо Ву с теплотой сгорания, равной приблизительно 3 • 104 кДж/кг. Для пересчета данного топлива в эквивалентное и обратно пользуются так называемым калорийным эквивалентом Э:

Э = Qpн /(3*1014).

найденному Э вычисляют Ву: Ву = ЭВ, где В — масса топлива, кг. Топочный процесс представляет собой физико-химическую реакцию соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, в результате которой выделяется теплота и повышается температура топочного объема. Топочный процесс горения поддерживается, когда обеспечиваются три основных фактора: подвод воздуха к топливу, высокая температура топочного объема и непрерывный отвод продуктов сгорания.

Топочные процессы протекают при полном и неполном сгорании топлива. Полным называют сгорание, при котором горючие компоненты, вступив в реакцию с кислородом, сгорают полностью. При неполном сгорании загруженное в топливник топливо используется лишь частично в результате недостаточного окисления горючих элементов (химический недожог). Кроме того, часть горючей массы, не вступая в реакцию горения, проваливается через колосники или уносится с дымом (механический недожог). Для полного сгорания необходимо обеспечить поступление в топливник воздуха в количестве, соответствующем виду сжигаемого топлива и условиям, в которых протекает топочный процесс.

Теоретический расход воздуха Lв (м3/кг) вычисляют по формуле Д. И. Менделеева:

Lв = 0,089 + 0,266Нр + 0,033 (Spл - Qp)

Lв = 0,29 + (Qpн + 0,025Wp)

Фактический расход воздуха Lo должен несколько превышать теоретический (см. § 8). Поскольку не вся масса топлива, загруженного в топливник печи, участвует в реакции горения и не все количество теплоты, выделяющееся при горении, аккумулируется непосредственно в топливнике, топочный процесс протекает с потерей тепловой энергии. Учитывая, что теплота уходящих газов полезно используется в конвективной части печи, энергетическими потерями топливника в основном считают провал и часть несгоревшего топлива, удаляемого со шлаком. Отношение количества теплоты, полученной в процессе сжигания топлива (полезно используемая теплота), к количеству теплоты, заключенной в топливе, которое участвует в топочном процессе (затраченная теплота), называют КПД топливника:

η = Qп /( BQpн),

где Qп — полезно используемая теплота, кДж; В — расход топлива, кг; Qpн — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг. КПД топливников современных печей, работающих на твердом топливе, достигает 95%, а топливников печей на газообразном топливе — 98...99%.

РАЗНОВИДНОСТИ ТОПЛИВНИКОВ И ИХ ПАРАМЕТРЫ

Топливники печей представляют собой топочную камеру (рис. 23), в которой осуществляется процесс выработки и частичной аккумуляции теплоты. Загруженное через топочную дверку 5 топливо сгорает на поде 3, снабженном колосниковой решеткой. Воздух для поддержания горения поступает в топливник через поддувало (зольник 1) и распределяется колосниковой решеткой. Количество воздуха, поступающего в топливник, регулируют поддувальной дверкой 2, расположенной в фронтальной стенке б топливника.

Топливники печей футеруют огнеупорным или тугоплавким кирпичом. Футеровка 7 — это защитная облицовка внутренней поверхности топливника, предохраняющая стенки и свод печи от разрушающего действия высоких температур. Топочная камера — пространство, заключенное между стенками, подом и перекрытием (сводом) 8, соединяется с конвективной системой проемами (хайлами 9). Размеры топливника определяют из условия одновременной загрузки в него всего количества топлива, потребного на одну топку. Конструкции топливников должны быть приспособлены к виду сжигаемого топлива. В зависимости от применяемого топлива различают топливники, работающие на дровах, каменных углях, антраците, торфе, горючих сланцах, бурых и подмосковных углях, природном газе, а также специальные топки для местных видов топлива — соломы, лузги, кизяка, опилок и т. п.

Каждой из разновидностей топливников свойственны свои особенности, которые существенно влияют на КПД печного устройства. По конструкции топочного пода различают топливники с глухим горизонтальным (рис. 24, а) или слегка наклонным подом и топливники с колосниковой решеткой.

Колосниковая решетка может быть горизонтальной (рис. 24,6) или наклонной, располагаться лишь в передней части пода или занимать всю его площадь (рис. 24, в). Колосниковую решетку размещают также в углублении пода, имеющем крутые стенки и образующем неглубокую (до 200 мм) шахту (рис. 24, г).

Рис. 23. Основные элементы топливников:

Некоторые топливники содержат крутонаклонные колосниковые решетки, установленные под углом к горизонтальной части пода (рис. 24, д). Топливники с глухим горизонтальным или слегка наклонным подом предназначены для работы на дровах, сухом торфе, лузге, опилках; они используются преимущественно в русских печах, а также в печах, в которых сжигают отходы пиломатериалов и лузгу (рис. 24, е). Топливники с колосниковыми решетками пригодны для всех видов твердого топлива. Если их под выполнен в виде неглубокой шахты, то можно добиться полного сгорания каменных углей и антрацита.

В конструкцию топливников для газа (рис. 24, ж) входит топочный фронт 1 с газовой горелкой 2, поддувало 3, воздух из которого через проем 4 в поде поступает в топочную камеру 5, перекрытую кирпичной насадкой 6. Каждый тип топливника характеризуется параметрами, основные из которых теплопроизводительность (тепловая мощность), удельное тепловое напряжение топочного объема, весовое напряжение колосниковой решетки.

Теплопроизводительностью Qт (Вт) топливника называют количество теплоты, выделяемой при сжигании расчетной массы топлива в топочном объеме в течение 1 ч. Теплопроизводительность определяют по формуле:

Qт = BQpнηт/3,6

где В — количество сжигаемого топлива, кг/ч; Qpн — низшая теплота сгорания, кДж/кг; ηт — коэффициент полезного действия топливника.

Удельным тепловым напряжением топочного объема Е (Вт/м3) называют количество теплоты, выделяемой при сжигании расчетной массы топлива в 1 м3 объема топливника (УТ) в течение 1 ч. Эту величину вычисляют по формуле:

E = Qт/Vт = BQpн/(3,6Vт)

Для топливников, работающих на твердом топливе, величина Е колеблется от 400 до 550 кВт/м3, а для топливников на газообразном топливе — от 250 до 700 кВт/м3.

Рис. 24. Конструкции топливников печей: а — с глухим подом

Зная удельное тепловое напряжение топочного объема, можно рассчитать необходимый объем топливника Кт (м3), при котором сжигание протекает с оптимальной эффективностью:

Vт = BQpp(3,6E)

Оптимальные значения удельного теплового напряжения зависят от вида сжигаемого топлива. Для дров, торфа, бурых и подмосковных углей, соломы, подсолнечной лузги Е = 400 кВт/м3, каменного угля — 520, антрацита — 550, горючих сланцев — 290 кВт/м3. При непродолжительной (не более 100 ч) работе топливника указанные величины допускается увеличить на 20%. Весовое напряжение колосниковой решетки К [кг/(м2 ч)] — количество топлива, сжигаемого на 1 м2 колосниковой решетки в 1 ч. Эту величину находят по формуле R = В/Fр, где Fр — площадь колосниковой решетки, м2.

Допустимое весовое напряжение колосниковой решетки R и нормативное живое сечение ее

Допустимое весовое напряжение колосниковой решетки R и нормативное живое сечение ее

ТОПЛИВНИКИ С ГЛУХИМ ПОДОМ

Топливник с глухим подом:

Топливник с глухим (сплошным) подом выполнен в виде сплошной кирпичной кладки, на которой протекает процесс горения топлива. Такие топливники применяют в каминах, русских, хлебопекарных и других печах, которые работают на дровяном топливе. Многие топливники с глухим подом сохранились в печах старых конструкций. Воздух для горения топлива в топливники с глухим подом (рис. 25) поступает или через отверстия топочных дверок 2, или через проем, который одновременно служит для закладки дров (в русской печи).

КПД топливника с глухим подом, т. е. без поддувала и колосниковой решетки, не превышает 35%. Малая эффективность топливника с глухим подом объясняется следующими причинами. Во-первых, большим избытком воздуха, который, не участвуя в реакции горения, транзитом проходит через печь и охлаждает ее поверхности. Во-вторых, низкой температурой приточного воздуха, который не вступает в контакт с теплоотдающей средой. В-третьих, воздух в топливнике с глухим подом движется над топливом, а не через его толщу.

Топливник с глухим подом сложнее эксплуатировать, чем топливник, оборудованный колосниковой решеткой, так как к топливу, находящемуся в глубине топочного объема, доступ достаточного количества воздуха затруднен и топливо не горит. Чтобы все топливо сгорало, его требуется перемещать к фронту топливника. Кроме того, необходимо непрерывно следить за процессом горения топлива, взрыхлять и перемещать его в пределах пода. При взрыхлении горящего слоя приходится открывать дверки 2 и 3, что приводит к дополнительному охлаждению массива печи воздухом.

Рис. 26. Схема движения воздуха в топливниках с колосниковой решеткой

Недостаток топливника с глухим подом — в нем нельзя сжигать каменные угли.

ТОПЛИВНИКИ С КОЛОСНИКОВЫМИ РЕШЕТКАМИ

Назначение колосниковых решеток. Конструкцию любого топливника можно рассматривать как техническое сочетание горелочного устройства с топочным пространством. При сжигании твердого топлива горелочным устройством служит колосниковая решетка, поддерживающая и распределяющая по плоскости пода слой горящего топлива. На колосниках происходит подготовка топлива (подогрев и подсушка) не только за счет лучистой теплоты топочных газов и обмуровки, но и в основном за счет продуктов сгорания, движущихся снизу вверх через слой горящего топлива. Это обеспечивает его воспламенение и устойчивое горение.

Рис. 27. Структура фаз слоевого сжигания твердого топлива в печах

и зола, проваливающаяся сквозь отверстия колосниковой решетки 5. Образующийся шлаковый слой предохраняет колосники решетки от чрезмерного нагрева и способствует равномерному распределению воздушных потоков 6, поступающих из зольника.

Стабильность процесса горения требует регулирования притока воздуха. Необходимость в этом вызывается тем, что высота слоя топлива, размещенного на колосниковой решетке, по мере выгорания уменьшается и, следовательно, снижается сопротивление воздушному потоку. В начальной фазе горения это сопротивление равно расчетному, поскольку в топливнике находится установленное расчетом количество топлива. С течением времени в слое появляются провалы-кратеры, а масса топлива расслаивается, поэтому в топочный объем поступает сверхнормативное количество воздуха. По мере накапливания шлака 4 сопротивление колосниковой решетки 5 возрастает, что приводит к снижению объема поступающего воздуха и сказывается положительно на топочном процессе, который уже протекает без избытка воздуха. Этого можно достичь также, уменьшив площадь приточного отверстия зольника, для чего прикрывают поддувальную дверку.

Конструкции колосниковых решеток. В зависимости от вида топлива и конструкции печи применяют разнообразные колосниковые решетки, которые могут быть неподвижные и подвижные. К неподвижным относятся решетки, сформированные из плиточных плоских (рис. 28, а) и балочных (рис. 28, в) колосников. Иногда используют корзиночные решетки (рис. 28, б). Неподвижные решетки широко применяют в типовых печах.

Подвижные решетки изготовляют с горизонтальной осью вращения (полноповоротные и качающиеся) и с вертикальной осью (вибрационные). На рис. 29 приведена полноповоротная решетка с горизонтальной осью вращения. Для очистки от золы и шлака решетка 3 может поворачиваться вокруг оси 2 с помощью тяги 7, выведенной на фронт печи.

Качающиеся решетки перемещаются вокруг горизонтальной оси на 20...30°. Периодически покачиваясь, колосники разрыхляют шлак, в результате чего негорючая масса проваливается из топливника в зольник, что облегчает чистку печи и улучшает процесс горения топлива. Подвижные вибрационные решетки состоят из двух сочлененных пластинчатых решеток, которые могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на 180°.

Подвижные колосниковые решетки применяют ограниченно, в основном в печах длительного й непрерывного горения. В топливниках теплоемких печей колосники и колосниковые решетки укладывают торцом на кирпичи или вытесанные в кирпичах

Рис. 28. Неподвижные колосниковые решетки

Рис. 29. Подвижная колосниковая решетка

четверти. Колосники решеток изготовляют преимущественно из чугуна, который окисляется незначительно под воздействием кислорода и высокой температуры. Для того чтобы зола и мелкий шлак проваливались через промежутки (прозоры), колосники выполняют клинообразной или конусной формы. Количество воздуха, поступающее через колосниковую решетку в топливник, зависит от ее живого сечения, под которым понимают отношение суммы площадей прозоров (зазоров) к площади колосниковой решетки. Живое сечение выражают в процентах от площади решетки.

Форма колосников, их толщина и живое сечение решетки зависят от вида топлива и размеров его зерен. Крупно-зерновое топливо с большим выходом летучих веществ (уголь, торф) наиболее эффективно сгорает на балочных колосниках, сформированных в виде решетки, живое сечение которой составляет 20...40% по отношению ко всей площади решетки. При сжигании мелкокускового и многозольного топлива с малым выходом летучих (тощие угли) применяют плиточные колосниковые решетки с живым сечением 10... 15%. Общая площадь решетки определяется ее наружными размерами.

Прозоры в колосниковых решетках из брусчатых элементов образуются в результате выступов размером 3 мм на торцах брусков (рис. 30). Бруски, уложенные торцами один к другому, образуют зазоры 6 мм. Для сжигания бурого угля, брикетов из торфа, дров и другого неспекающегося топлива такие зазоры оптимальные. При сжигании антрацита под топливника оборудуют решетками с балочными колосниками, имеющими уширенный торец (12 мм) и увеличенные выступы (4 мм), благодаря чему зазоры колосниковой решетки достигают необходимых размеров (8 мм).

При установке колосниковой решетки 2 в печи (рис. 31) между ее сторонами и кладкой топливника оставляют деформационный шов размером не менее 5 мм, что обеспечивает свободное тепловое расширение колосников при нагреве. Верх решетки располагают ниже кромки топочной дверки 3 не менее чем на 50 мм, что устраняет опасность выпадания горящих углей из печи. Решетку устанавливают таким образом, чтобы топливо размещалось на широкой горизонтальной плоскости колосников (рис. 32, а). При неправильном положении решетки (рис. 32, б) зазоры забиваются золой и шлаком. Уменьшение живого сечения колосниковой решетки ведет к неполному сгоранию топлива и перегреву колосников. Колосниковые решетки устанавливают с небольшим (около 50 мм) уклоном к топочной дверке, что обеспечивает хорошее отделение пламени от дыма и способствует возгоранию удаленного от топочной дверки топлива.

ТОПЛИВНИКИ ДЛЯ ДРОВ

Рис. 30. Торец балочных колосников

Для сжигания дровяного топлива применяют топливники (рис. 33) с неподвижными колосниковыми решетками 7, уложенными с минимальным уклоном к фронту печи. От решетки к стенкам топки выкладывают откосы (пандусы 2), что способствует скатыванию углей на колосники в процессе горения дров.

Габаритные размеры топливника определяются условиями, обеспечивающими полное сгорание расчетного количества топлива, т. е. условиями, обеспечивающими оптимальное удельное тепловое напряжение топочного объема. Лимитируется также наименьшая высота расположения перекрытия топливника над слоем топлива; она должна составлять не менее 210, 280 и 420 мм для топливников теплопроизводительностью соответственно 1800, 3500, 4000 Вт и более.

Рис. 31. Установка колосниковой решетки:

Рис. 32. Правильная (а) и неправильная (б) ориентации колосниковой решетки

прореагировать с воздухом в пределах топочного пространства. Таким образом создаются условия для полноценного использования топлива. При недостаточной высоте топливника (рис. 34, б) процесс горения протекает вяло; летучие вещества, не успев сгореть в топочном объеме, заполняют газоход. Вследствие небольших температур в газоходе процесс горения прекращается. Это приводит к тому, что несгоревшие частицы осаждаются на плоскостях каналов, образуя слой сажи, ухудшающий в значительной степени аккумуляцию теплоты массивом печи. Печь с заниженной топкой неэкономична. Для того чтобы горение протекало наиболее эффективно, толщина слоя дровяного топлива должна составлять 200, 250 и 350 мм соответственно для топливников теплопроизводительностью 1800, 3500, 4000 Вт и более. Тепловое напряжение топочного объема топливников для дров не должно превышать 400 кВт/мЗ.

Рис. 33. Топливник для дров: / — колосниковая решетка, 2 — пандус

Рис. 34. Топливник достаточной (а) и недостаточной (б) высоты

Глубина топливника для дров должна быть такой, чтобы обеспечивалась горизонтальная укладка поленьев, но не менее 350 мм. Высота пандусов, поднимающихся над колосниковой решеткой, составляет 65 мм. Загрузочная дверка должна быть высотой, удобной для укладки дров слоем около 300 мм.

Топливники для дров теплопроизводительностью более 3000 Вт футеруют внутри шамотным кирпичом, что повышает долговечность печи. При теплопроизводительности топливников менее 3000 Вт футеровка не обязательна.

ТОПЛИВНИКИ ДЛЯ ТОРФА

Торф можно сжигать в топливниках, оборудованных такими же колосниковыми решетками, как и дровяные. Однако подобные топливники эффективны лишь для сжигания торфяных брикетов и резаного торфа, прошедшего длительную сушку. Для сжигания влажного торфа и торфяной крошки, требующих предварительной сушки до поступления в зону горения, применяют топливники, которые называются полушахтными. Полу-шахтный топливник (рис. 35, а) состоит из горизонтальной решетки 7, к которой примыкает крутонаклонная решетка 2. Во фронтальной стенке печи установлены две или три дверки: поддувальная 3, шуровочная 4 и загрузочная 5. При горении торфа в слое выделяются газы, которые, смешиваясь с кислородом воздуха, воспламеняются и сгорают в топочном пространстве. Влажный торф, кроме этого, в процессе сушки на колосниковой решетке 2 выделяет большое количество водяных паров. Выпариваемая влага и дымовые газы кратчайшим путем удаляются через небольшую щель 6 высотой 65 мм, расположенную в потолке топочной камеры или под ее сводом. Площадь щели составляет 3...5% площади горизонтальной колосниковой решетки.

В тех случаях, когда топливник для сжигания торфа имеет выход в систему дымооборотов непосредственно через перекрытие, например при работе на сухом торфе (рис. 35,6), пароотводящую щель не устраивают. При розжиге печи небольшое количество торфа загружают на горизонтальную решетку, пользуясь

Рис. 35. Топливники для торфа

шуровочной дверкой 4. По мере того как пламя разгорится, через загрузочную дверку 5 добавляют небольшие порции свежего топлива. Когда слой горящего торфа достигнет основания крутонаклонной решетки 2, топливник заполняют полной порцией топлива до уровня верхней дверки. Колосниковая решетка топливника, работающего на торфяном топливе, должна иметь щели шириной не более 10 мм.

ТОПЛИВНИКИ ДЛЯ УГЛЕЙ

Топливники для бурых углей. Бурые угли характеризуются очень высокой зольностью (12% и более) и большой влажностью (до 45%). Для сжигания этого вида топлива применяют топливник, показанный на рис. 36, а. Аналогично топливнику для торфа он оборудован горизонтальной 1 и наклонной 2 решетками. Наклон решетки 2 30°. Топливник снабжен четырьмя дверками: поддувальной 3, разжигательно-шуровочной 4, прочистной 5 и загрузочной 7. Дверки расположены в двух противоположных стенках печи — фронтальной и тыльной. Зольник 8 топливника должен вмещать значительное количество негорючей массы топлива. Загрузочную дверку располагают на высоте 1000 мм над решеткой /. Над топкой размещают свод б, способствующий более полному выгоранию углей. Минимальная высота топливника теплопроизводительностью до 3500 Вт равна 490 мм, при большей теплопроизводительности — 630 мм.

При небольшой теплопроизводительности (до 3500 Вт) печи топливник для бурого угля имеет более простую конструкцию (рис. 36,6). Топливники для каменных углей. Большинство каменных углей для горения требуют значительно большего поступления воздуха в топливник, чем при сжигании дров (приблизительно на 70%). В связи с этим живое сечение и площадь колосниковой решетки у топливников для сжигания каменных углей должны быть также большими. Колосники у таких решеток более высокие по сравнению с колосниками решеток для дров, в противном случае они будут деформироваться от теплового напряжения, возникающего при сжигании углей.

Топливник (рис. 37) состоит из колосниковой решетки 1, поддувальной 2 и загрузочной 3 дверок, свода 4, проема для отвода продуктов сгорания, соединяющего топочное пространство с газоходом 5. Внутренние стенки топливника футеруют огнеупорным кирпичом 6. Наименьшая высота топливника над слоем топлива составляет, мм: для подмосковных углей — 500, для каменных — 400; толщина слоя топлива должна находиться в пределах от 90 до 200 мм.

Топливники для антрацита. Для эффективного сжигания антрацита требуется толстый слой топлива, в котором может развиться достаточно высокая температура раскаленных углей. Антрацит горит небольшим пламенем, с малым выходом летучих. Поэтому объем топочного пространства топливника для антрацита может быть почти в 2 раза меньше, чем топливника для дров. Процесс сжигания антрацита протекает без частой его шуровки. Антрацит не спекается, продукты его негорючей массы легко отделяются и проваливаются в зольник.

Топливник для антрацита (рис. 38) выполняют в виде неглубокой топочной шахты 3, расположенной в поде. Основание шахты полностью перекрыто колосниковой решеткой 2 с небольшим живым сечением (около 10%). Стенки топливника полностью выкладывают из огнеупорного кирпича 5. Шахтный топливник для антрацита, изображенный на рис. 39, а, обеспечивает длительное сжигание топлива. В такие топливники можно одновременно загружать большое количество топлива, достаточное на период для горения в течение 15...20 ч. Благодаря, этому отпадает необходимость в тепло-аккумулирующем массиве печи.

Рис. 36. Топливник для бурых углей, сжигаемых в печах теплопроизводительностью

Рис. 37. Топливник для каменных углей

Рис. 38. Топливник для антрацита

объема воздуха, подаваемого для горения через поддувальную дверку 3. Топливо загружают в шахту 5 топливника через дверку б на горящий по всей площади колосниковой решетки 2 слой.

При сгорании антрацита иногда образуется очень плотный шлак, который трудно удалить с колосниковой решетки. Чтобы устранить это явление, шлак «подпаривают», подводя под решетку водяной пар, который образуется в установленном в зольнике противне 1, заполненном водой. Паровоздушная смесь, образующаяся в шахте 5 в процессе сушки топлива, удаляется через отверстие 7. Некоторые топливники для антрацита оборудуют подвижными колосниковыми решетками (рис. 39,5), что облегчает эксплуатацию печей.

Рис. 39. Шахтный топливник длительного горения для антрацита (а) с подвижной вибрационной колосниковой решеткой (б):

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНИКИ

Топливники для опилок и лузги. Эти виды топлива эффективно сжигают в топливниках специальной конструкции. Такие топливники (рис. 40, а) оборудованы глухим подом 1, на который устанавливают решетку 2 в виде усеченного полуконуса, изготовленного из листовой стали (рис. 40, б). В конусе просверлены отверстия диаметром 6 мм на расстоянии 30...40 мм одно от другого. Вместо топочной дверки на печь помещают бункер 4, в который загружают топливо, перемещающееся по желобу 3 под действием собственного веса к поду печи. Загораясь у пода, лузга или опилки подхватываются струей воздуха и сгорают на лету в топочном пространстве. Солома и лузга — длинно-пламенные виды топлива, поэтому высота топки составляет 500...700 мм, что почти в 4 раза больше, чем у топливника для антрацита. Применение топливников описанной конструкции позволяет экономить большое количество ценных ви дов топлива за счет использования отходов производства.

Топливники для кизяка. В регионах нашей страны, где хозяйства имеют значительное количество жвачных животных, целесообразно использовать в качестве топлива кизяк с теплотой сгорания 10... 12 тыс. кДж/кг. Особенно рационально использовать кизяк в южных областях, где легко организовать его заготовку и естественную сушку. Кизяк горит тлеющим пламенем подобно древесному углю, однако выход летучих у него значителен.

Рис. 40. Топливник для лузги и опилок (а) и устройство для подачи топлива (б):

Рис. 41. Топливник для кизяка:

Кизяк, влажность которого достигает 30%, сжигают в топливниках, конструкция которых подобна топливникам для торфа (рис. 41). Для того чтобы мелкие частицы кизяка не проваливались в зольник /, зазоры в колосниковых решетках 2 и 4 не должны превышать 10 мм. Топливо подсушивается на крутонаклонной решетке 4.

Толщина слоя топлива поддерживается в пределах от 150 до 200 мм. Пар выходит через отверстие 6. Высота топливника над слоем топлива не должна превышать 400 мм. Дым из топки отводится через тыльный 7 или боковой 8 канал.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ТОПЛИВНИКИ

В печах заводского изготовления применяют универсальные топливники, которые пригодны для сжигания различных видов топлива. Производству готовых печей и стандартных деталей для их сборки на объектах строительства в наибольшей степени способствуют топливники, тыльная стенка которых выполняется с большим проемом (перевалом). Шахтный топливник с перевалом и полусводом изображен на рис. 42, а. Характерная особенность такого топливника — отсутствие перекрытия над ним. Перекрытие заменено наклонной отражательной плитой (полусводом 7).

Плита расположена в топливнике несколько ниже обычного свода, что усиливает ее отражательную способность и создает условия для сжигания различных видов твердого топлива. Герметичность топливника повышается его облицовкой, в которую вмонтированы загрузочная 1 и поддувальная 2 дверки. Скаты 4 топливника образуют углубление, в котором устанавливают колосниковую решетку 3. Размеры колосниковой решетки и ее живое сечение таковы, что допускают сжигание дров, торфа, углей и различных видов местного топлива (хвороста, соломы, отходов древесины). Подобная универсальность топливника сказывается на его среднем КПД, который колеблется от 75 (при сжигании углей) до 45% (при работе на местном топливе).

Рис. 42. Универсальные топливники

Топливник с отражательной плитой технологичен в изготовлении, поскольку кирпичная кладка заменяется сборкой элементов из огнеупорных 10 и керамических 9 плит, облицованных изразцами 11. Топочный процесс интенсифицируется благодаря расположенному над топочной дверкой обратному своду 8, который способствует образованию вихрей газового потока. Отразившись от обратного свода, топочные газы огибают полусвод 7 и опускаются между перевалом 5 и тыльной стенкой б топливника.

В нашей стране применяют кирпичные универсальные топливники (рис. 42,6) с увеличенным топочным пространством, что дает возможность наряду с топливом, имеющим небольшой выход летучих веществ, сжигать дрова и торф. Выделившиеся в топливнике газы огибают перевал 5, затем опускаются по первому топочному каналу 12, поступают в подъемный канал 13 и уходят в конвективную систему, расположенную над перекрытием 14. Угли, например антрацит, горят в топливнике с перевалом значительно хуже, чем в топливнике с шахтой.

Достоинство универсальных топливников — сильный прогрев их стенок, что обусловлено расположением дымооборотов, находящихся непосредственно у перевала. Повышенная теплоотдача топочной и подтопочной частей печей обеспечивает хороший прогрев нижней зоны помещений. Благодаря этому создаются комфортные условия в жилых комнатах отапливаемого здания.

КОМПЛЕКСНЫЙ РАСЧЕТ ТОПЛИВНИКОВ

Рассчитать топливник — значит определить оптимальные размеры всех его элементов: объем топливника, размеры колосниковой решетки и поддувального отверстия.

Пример. Произвести расчет топливника для каменного угля Азейского месторождения с низшей теплотой сгорания Qpн=5 16 500 кДж/кг. КПД: топливника ηт = 0,9, печи ηп = 0,6; конвективной системы ηк = 0,666. Теплоотдача печи должна покрывать теплопотери помещений Qpч = = 2500 Вт. Топливник должен выработать количество теплоты, достаточное для обогрева помещений за одну двухчасовую топку (z = 2 ч) в сутки, поскольку отапливаемое здание расположено в северо-восточной зоне БАМа.

Решение. При одной двухчасовой топке в сутки (24 ч) за каждый час топки должно быть израсходовано угля

Bч = (24 * 3,6Qpч) / (zQpнηн) = (2,4 * 3,6 * 2500) / (2 * 16500 * 0,6) = 10,91 кг/час.

где 3,6 — переводной коэффициент.

Количество теплоты, вырабатываемое в топливнике в течение 1 ч, должно составлять Qч = (2500 • 24) : 2 = 30 000 Вт.

2016-09-01 fireplace.su топливник 4.76 (авторизуйтесь, чтобы поставить оценку)


Советуем прочитать:

up
Наличие и цена
Заполните форму ниже и закажите обратный звонок
Ваше имя
Заполните пож-ста поле ИМЯ !
Ваш телефон
Укажите пож-ста Ваш телефон !