4 ТОПКОВІ ТА ПАЛЬНИКОВІ ПРИСТРОЇ. ОСОБЛИВОСТІ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА
4.1 Класифікація топок. Час горіння палива

На промислових підприємствах отримання різних теплоносіїв здійснюється в котельних установках при спалюванні різних органічних палив. Топки—пристрої, в яких відбувається спалювання палива. За призначенням всі топки можна розділити на[2]:

Класифікація теплових топок наведена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Класифікація теплових топкових пристроїв

Теплові топки призначаються для перетворення хімічної енергії палива у фізичну теплоту високотемпературних газів для подальшої передачі теплоти цих газів через поверхні нагріву теплоносію.

Силові топки служать для отримання продуктів не тільки з висо-кою температурою, але і з підвищеним тиском. Ці продукти згорання використовуються безпосередньо в газових турбінах, соплах реактивних двигунів тощо.

Теплові топки поділяють на шарові для спалювання кускового палива і камерні – для спалювання газоподібного і рідкого палива, твердого палива в пилоподібному (подрібненому) стані, а також для спалювання суміші палив.

Повнота, стійкість та інтенсивність горіння палива визначаються двома основними фізичними факторами:

Із підвищенням температури в зоні горіння вище мінімального значення – температури спалаху – інтенсивність горіння зростає.

Горіння можливе при утворенні такої суміші палива із повітрям, коли концентрація повітря у суміші знаходиться між нижньою та верхньою концентраційною межею. Для природного газу, наприклад, між 5,5 і 15,6%.

Основними показниками топкового пристрою є:

1. Придатність для спалювання даного виду палива.
2. Теплова видатність, В_р·Q_н, МВт.
3. Коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки, α_т".
4. Втрати теплоти від хімічної неповноти згорання, q₃, %.
5. Втрати теплоти від механічної неповноти згорання, q₄, %.

Для камерних топок – об’ємна густина тепловиділення, q_v = В_р·Q_н/V_т, кВт/м³.
Для шарових топок – густина тепловиділення на площу дзеркала горіння, q_R = В_р·Q_н/R, кВт/м².
6. Густина тепловиділення на одиницю площі стін топки, q_F = В_р·Q_н/F_ст, кВт/м².
7. Доля золи, що виноситься з топки, а_вин.
8. Надлишковий тиск в топці, Р_т, Па.
9. Температура дуттєвого повітря.

Незалежно від схеми організації горіння повний час згорання будь-якого палива в топці τ_т складається з часу, необхідного для підведення окислювача до палива (сумішоутворення), τ_см, часу нагріву компонентів горіння до температури запалювання, τ_н, і часу, необхідного для протікання самої хімічної реакції горіння τ_х, тобто

Етапи змішування і нагріву є фізичною стадією процесу, τ_ф, а реакцій горіння – хімічною, τ_x.

Якщо τ_ф<<τ_x, то процес знаходиться в кінетичній області. Повний час згоряє палива визначається в цьому випадку швидкістю хімічного процесу. Для кінетичної області τ_т≈τ_x.

При τ_x>> τ_ф, коли час транспортування окислювача до палива значно більше часу, необхідного для здійснення хімічної реакції горіння, процес знаходиться в дифузійній області для якої τ_т≈τ_ф.

Якщо час протікання хімічної реакції приблизно дорівнює часу фізичної стадії, τ_x≈τ_ф, то процес знаходиться в проміжній області і повний час горіння палива τ_т визначається швидкістю найповільнішого етапу.

Паливо та повітря подаються в топку через пальник. Призначення пальника – підведення визначеної кількості палива і повітря, організація їх сумішоутворення, створення стійкого факелу. Нестійка робота пальника характеризується "затягуванням" полум’я або "відривом" полум’я.

Під час вибору пальників слід враховувати наступне:

1. Газове паливо технічно може використовуватись для котлів будь-якої потужності.
2. Загальна потужність пальників повинна забезпечувати повну теплову потужність котла із запасом 10…20%.
3. Із збільшенням кількості пальників покращується регулювання котла, але ускладнюється його експлуатація, компонування елементів.
4. Відстань між осями пальників повинна бути не менше 2,5…3 діаметри амбразури, і по 3 діаметри від поду та бокових стін.