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.



« предыдущая оглавление следующая »

2017-02-20 fireplace.su топливник
4.65 (** авторизуйтесь, чтобы поставить оценку)


Советуем прочитать:

up