Топка — прылада для спальвання арганічнага паліва з мэтай атрымання высоканагрэтых дымавых газаў. Атрыманая цеплавая энергія пераўтворыцца ў электрычную або механічную энергію, або ўжывецца для тэхналагічных і іншых мэтаў.[1]

Схема паравознай топкі
Разрэз паравознай топкі

Топка (камера згарання) можа мець розныя памеры і форму. Гэтыя параметры задаюцца інжынерамі-цеплатэхнікамі. Галоўныя характарыстыкі камеры згарання — аб’ём, цеплавая магутнасць і склад прадуктаў згарання (у тым ліку доля механічнага і хімічнага недапалу, якія зніжаюць ККД топкі, і доля шкодных рэчываў).

Фронтам (пярэдняй сценкай) топкі называецца бок, дзе размешчана загрузныя дзверцы і/або гарэлкі; у некаторых топак два фронты адзін насупраць другога. У процілеглай сценцы (задняй) звычайна ёсць адтуліну для выхаду прадуктаў згарання (у энергетычных катлах называнае выхадное акно); часам газы выдаляюць у іншым кірунку, напрыклад, праз столь.

Ёсць закрытыя і адкрытыя топкі. Яны могуць размяшчацца ў печы, на паравозе або ў стацыянарным катле.

Тэхналогіі спальвання арганічных паліваў

Тыпы топакПравіць

Пластовыя топкіПравіць

Паралаксная топка — топка, у якой гарэнне цвёрдага паліва, загружанага пластом (звычайна на каласніковую рашотку), адбываецца ў струмені паветра, якое пранізвае гэты пласт (звычайна, але не заўсёды, знізу ўверх)[2]. Гістарычна гэта першы тып спальвання паліва, які паходзіць ад першабытнага вогнішча. Паліва могуць загружаць ўручную, праз дзверцы, або механічна, з бункера (часта з дапамогай забрасывальнікаў). Для загрузкі ў бункер паліву надаецца патрэбная буйнасць драбненнем на драбнілках (не млынах), або, наадварот, фарміраваннем пелет (гл. Пелетны кацёл). З пункту гледжання будовы рашоткі і характару руху па ёй паліва топкі могуць быць наступных разнавіднасцяў[3]:

  • З нерухомай каласніковай рашоткай і нерухомым пластом паліва (у тым ліку калі асобныя каласнікі могуць паварочвацца або рашотка трасецца) — для невялікіх катлоў (да 1-2 т/г пары).
  • З пластом паліва, якія рухаюцца па нерухомай рашотцы пад уздзеяннем гравітацыі (напр. па нахіленай рашотцы) або шуравальнай планкі. У шахтавых топках паліва паступае па меры выгарання з загрузнай гарлавіны, дзе яго падсушваюць і разаграваюць з частковым выхадам лятучых газаў[4].
  • З ланцуговай рашоткай (прамога (спераду назад) або зваротнага ходу).
    Прымяняюцца для катлоў да 10-35 т/г і вышэй. Топкі з прамым ходам рашоткі адчувальныя да якасці паліва. Асноўная праблема — няпоўнасць згарання паліва.

Да рухомага пласта паліва можна падводзіць паветра нераўнамерна па ходзе руху, каб на кожнай стадыі гарэння лішак паветра быў аптымальны.

Гарэнне цвёрдага паліва заўсёды суправаджаецца выхадам лятучых газаў. Калі колькасць паветра, які паступае скрозь пласт, не вельмі вялікая, а таўшчыня палаючага пласта значная, частка гэтых газаў пры недахопе акісляльніка (кісларода) не згарае (пры гэтым тэмпература зоны павышаецца да 1500—1600 °C). Далей адбываецца аднаўленне вугляроду па формуле  . Атрыманая такім чынам сумесь газаў пры даданні другаснага паветра можа эфектыўна гарэць, што, у прыватнасці, выкарыстоўваецца ў топках своеасаблівай канструкцыі піралізных катлоў.

Калі паралаксная топка не перафарсіравана (выдзіманне не занадта моцнае), механічны недапал складае 1—5 %, але пры спробе павялічыць цепланапружанне павелічэннем выдзімання можа дасягаць 50 %. Каб падаць большую колькасць паветра (інтэнсіфікаваць гарэнне) і пазбегнуць вынасу паліва (рэжыму пнеўматранспарта), выдзіманне арганізуюць не з-пад каласнікі, а зверху на пласт паліва (верхняе выдзіманне). Каласнікі пры гэтым маюць патрэбу ў адмысловым астуджэнні, што можа быць рэалізавана вырабам іх з трубаў, уключаных у сістэму цыркуляцыі катла.

Топкі з кіпячым пластомПравіць

Часам гэтыя топкі фармальна адносяць да пластавых, аднак стан паліва ў іх значна адрозніваецца[5]:41-42. У ўзыходзячым патоку газу загрузка з цвёрдых часціц можа знаходзіцца ў трох станах:

  • у заснулым, калі хуткасць газу малая і ён не можа падняць часціцы — характэрны для пластавых топак;
  • у рэжыме пнеўматранспарта, калі часціцы пераносяцца з хуткім патокам газу — у камерных топках;
  • у псеўдазвадкаваным стане пры сярэдняй хуткасці газу, калі ён пры праходжанні праз пласт «разсоўвае» часціцы і павялічвае яго таўшчыню, паніжаючы шчыльнасць, але не здольны забраць часцінку за межы пласта. Гэты апошні рэжым і ствараецца ў топках кіпячага пласта.

У нізкатэмпературным (800—900 °C) кіпячым пласце вельмі эфектыўна душыцца вылучэнне аксідаў азоту і можна ўжыць пагружную паверхню, да якой выключна высокі каэфіцыент цеплааддачы (нагрэтыя часціцы паліва датыкаюцца да яе непасрэдна, і частка цяпла перадаецца не канвекцыяй, а цеплаправоднасцю). Для рэгулявання тэмпературы пласта, каб пазбегнуць шлакавання можна ўводзіць ваду і пар, але ў прынцыпе з-за высокай абразіўнасці гэтага пласта топкі з яго ужываннем да шлакавання не схільныя.

У кіпячы пласт ўводзяць значная колькасць інэртных напаўняльнікаў. Даламіт і вапняк, напрыклад, звязваюць у карбанаты да 90 % аксідаў серы[5]:41. Палівам могуць служыць вугаль (у тым ліку ў выглядзе рэштак у попеле ад нізкаэфектыўных катлоў), гаручы сланец, торф, драўняныя і іншыя адкіды[6].

Топкі кіпячага пласта не адчувальныя да якасці паліва ў сэнсе яго хімічнага складу, але адчувальныя да аднастайнасці фракцыйнага складу часціц паліва і інэртнага засыпання[7]. Гарэнне ў гэтых топках больш інтэнсіўнае за звычайныя пластавыя, іх габарыты менш; аднак для іх трэба стварыць паветраразмеркавальную рашотку радыятара і вентылятар большай магутнасці. У ліку іншых недахопаў гэтага тыпу топак:

  • вынас да 20-30 % усяго вугляроду паліва (таму гэтыя топкі раяць ужываць пры магчымасці дапалу вынасу памерам 0-1 мм у працоўнай прасторы катла);
  • зашлакоўванне міжсоплавай прасторы і саміх соплаў паветраразмеркавальных каласніковых рашотак пры недастатковым дынамічным напоры паветра;
  • дужа вялікі абразіўны знос цеплаперадаючых паверхняў, асабліва высокі ў пагружных.

Эфект інтэнсіўнага гарэння, аналагічны назіранаму пры спальванні ў кіпячым пласце, можна атрымаць пастаянным устрасваннем каласноў з кавалкамі паліва любога памеру; але з-за зніжэння трываласці металу каласнікоў пры высокай тэмпературы гэты спосаб цяжка практычна рэалізаваць.

Топкі кіпячага пласта пад ціскам да 16 кгс/см2 з глыбокай ачысткай газу ад попелу могуць ужывацца для арганізацыі працы газавых турбін на цвёрдым паліве (у складзе высаканапорнага парагенератара ПГУ)[8]

Цыркуляваны кіпячы пластПравіць

Гэтая тэхналогія прамежкавая паміж звычайным кіпячым пластом і камерным спальваннем. Асноўная частка часціц пры гэтым завіслая ў кіпячым пласце, але выдзіманне троху больш моцнае; цыркуляцыя паліва ідзе па ўсёй вышыні топкі, і частка яго выносіцца. Для ўлоўлівання за топкай ёсць гарачы цыклон, з якога цвёрдыя часціцы вяртаюцца ў зону гарэння. У цыркуляваны кіпячы пласт (ЦКП) таксама дазавана дадаюць вапняк для падаўлення аксідаў серы; аксіды азоту ў іх таксама вельмі нізкія і не патрабуюць спецыяльнага ўлоўлівання. Уплыў эрозіі меншы за звычайную топку кіпячага пласта. Выкід попелу з газамі невялікі (але патрабуе ўсё ж ўстаноўкі электрафільтраў). Недахопамі з’яўляюцца вялікі расход электраэнергіі на выдзіманне і вялікая складанасць вырабу і аўтаматызацыі катлоў ЦКП; у Расіі яны ў цяперашні час не вырабляюцца.[9]

Камерныя (факельныя) топкіПравіць

Камерная топка зроблена звычайна ў выглядзе прамавугольнай прызматычнай камеры якая складаецца з вертыкальных сцен, столевага перакрыцця і халоднай варонкі або пода, выкладзеных з вогнетрывалых матэрыялаў. На ўнутраных паверхнях камернай топкі размяшчаюць топачныя экраны (зробленыя з трубаў дыяметрам 32-76 мм, у якіх цыркулюе катлавая вада), а таксама столевы або насценны радыяцыйны параперагравальнікпаравых катлах). Паліва ўводзіцца ў камерную топку разам з паветрам, неабходным для гарэння, праз гарэлачныя прылады, якія размяшчаюць на сценах топкі, а таксама па яе кутах. Паліва згарае ў струмені паветра (у факеле). У такіх топках спальваюць цвёрдае пылападобнага паліва, а таксама газападобнае і вадкае паліва. Пры спальванні пылападобнага паліва частка попелу выносіцца дымавымі газамі з топкі ў газахады катла; астатняя частка попелу выпадае з факела ў выглядзе кропель соку і выдаляецца з топкі або ў цвёрдым грануляваным выглядзе, або ў вадкім расплаўленым выглядзе, сцякаючы з пода топкі праз ляток ў шлакапрыёмнай прыладзе, запоўненае вадой. Схема камернай топкі

Віхравая топка, або цыклонная топка, — топка, у якой ажыццяўляецца спіральны рух газа-паветранага патоку, які нясе часціцы паліва і шлака. Віхравыя топкі ўжываюць як прадтопкі камерных топак на цеплавых электрастанцыях і як тэхналагічныя печы, напрыклад, для абпалу медных руд. У віхравых топках часціцы паліва падтрымліваюцца ў завіслым стане за кошт апорнай сілы магутнага віхра, з прычыны чаго ў ёй не выпадаюць нават буйныя часціцы (5-10 мм і болей). У сучасных віхравых топках спальваюцца кавалкі цвёрдага паліва памерам 2-100 мм пры хуткасці струменя падаванага паветра 30-150 м/сек.

Утрыманне дробных ветразных часціц у топцы да іх глыбокага выгарання найбольш эфектыўна можна арганізаваць у цыклонных топках. Гэтая схема спальвання была прапанаваная ў СССР у 1930-я гады прафесарам Г. Ф. Кнорэ.

Такія цыклоння топкі мелі шырокае распаўсюджванне пры арганізацыі пылавугальнага спальвання ў энергетычных катлах. Асаблівасцю гэтага падыходу была арганізацыя вадкага выдалення шлаку за кошт падтрымання ў цыклоннай топцы высокіх, да 1700—1800 °C, тэмператур. Пры гэтым часціцы паліва прыліпаюць і выгараюць ў павольна сцякаючай па сценках топкі плёнцы вадкага шлаку.

Экранаванне топакПравіць

У культурыПравіць

 
Паравоз Ел−629, у топцы якога былі спалены Лазо, Сібірцаў і Луцкі (Усурыйск)
  • У 1920 годзе рэвалюцыянеры, змагары за савецкую ўладу на Далёкім Усходзе Сяргей Лазо, Усевалад Сібірцаў і Аляксей Луцкі (паводле афіцыйнай савецкай версіі) былі спалены японскімі інтэрвентамі ў топцы паравоза Ел−629.
  • У інтэрнэт-слэнгу слова «топка» обозначачает «кошык», месца, куды адпраўляецца усё непатрэбнае. Заклік «У топку!» (або Фтопку!) азначае адмоўнае стаўленне да прадмета, прапанову знішчыць яго ці прыбраць з вачэй далоў.

Гл. таксамаПравіць

Зноскі

  1. Большая советская энциклопедия : ([в 30 т.]) / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд.. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.(руск.) 
  2. Большая советская энциклопедия : ([в 30 т.]) / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд.. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.(руск.) 
  3. Зах Р. Г. Топочные устройства // Котельные установки. — М.: Энергия, 1968. — С. 53—75. — 352 с.
  4. Большая советская энциклопедия : ([в 30 т.]) / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд.. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.(руск.) 
  5. 5,0 5,1 Двойнишников В. А. и др. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение" / В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов. — М.: Машиностроение, 1988. — 264 с. — ISBN 5-217-00078-3.
  6. Котлы с топками кипящего слоя. ЭнергоСовет.ru. — Описание и список котлов кипящего слоя бывшего СССР. Архівавана з першакрыніцы 14 лютага 2012.
  7. Лейкин В. З. «Кипящий слой» решает проблемы и энергетики, и экологии. «Независимая газета» (12 снежня 2006). Архівавана з першакрыніцы 14 лютага 2012.
  8. FBC boilers (англ.)  (pdf). — Описание принципа работы котлов кипящего слоя и ЦКС. Архівавана з першакрыніцы 14 лютага 2012.(англ.)  (pdf). — Описание принципа работы котлов кипящего слоя и ЦКС. Архівавана з першакрыніцы 14 лютага 2012.
  9. Что дает «циркулирующий кипящий слой»?. публикация ОГК-6. — Планы по введению технологии ЦКС на Новочеркасской ГРЭС. Архівавана з першакрыніцы 14 лютага 2012.

СпасылкіПравіць