Топка

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Схема паравознай топкі
Разрэз паравознай топкі

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

Топка (камера згарання) можа мець розныя памеры і форму. Гэтыя параметры задаюцца інжынерамі-теплотехниками. Галоўнымі характарыстыкамі камеры згарання з'яўляюцца аб'ём, цеплавая магутнасць і склад прадуктаў згарання (у тым ліку доля механічнага і хімічнага недажога, 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 фронту адзін насупраць аднаго. У супрацьлеглым сценцы (задняй) звычайна знаходзіцца адтуліну для выхаду прадуктаў згарання (у энергетычных катлах званае выхадное акно); часам газы выдаляюцца ў іншым кірунку, напрыклад, у столь.

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

Тэхналогіі спальвання арганічных паліваў

Тыпы топак[правіць | правіць зыходнік]

Пластовыя топкі[правіць | правіць зыходнік]

Паралаксная топка — топка, у якой гарэнне цвёрдага паліва, загружанага пластом (звычайна на каласніковую рашотку), адбываецца ў струмені паветра, пранізваючага гэты пласт (звычайна, але не заўсёды, знізу ўверх)[2]. Гістарычна гэта першы тып спальвання паліва, які вядзе паходжанне ад першабытнага вогнішча. Паліва можа загружацца ўручную, праз дзверцы, або механічна, з бункера (часта з дапамогай забрасывальнікаў). Для памяшкання ў бункер паліва надаецца патрэбная крупность драбненнем на драбнілках (не млынах), альбо, 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/ч пара).
  • Са пластом паліва, якія рухаюцца па нерухомай рашотцы пад дзеяннем гравітацыі (напр. па нахіленай рашотцы) або шурующей планкі. У шахтавых топках паліва паступае па меры выгарання з загрузнай гарлавіны, дзе яно падсушваюць і разаграваецца з частковым выхадам лятучых[4].
  • З ланцуговай кратамі (прамога (спераду назад) або зваротнага ходу).
    Прымяняюцца для катлоў да 10-35 т/ч і вышэй. Топкі з прамым ходам рашоткі адчувальныя да якасці паліва. Асноўная праблема — няпоўнасць згарання паліва.

Да рухаючагася 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 вяліка, а таўшчыня палаючага пласта значная, частка гэтых газаў пры недахопе акісляльніка (кіслароду) не згарае (пры гэтым тэмпература зоны павышаецца да 1500-1600 °C). Далей адбываецца аднаўленне вугляроду па формуле . Атрыманая такім чынам сумесь газаў пры дадатку другаснага паветра можа эфектыўна гарэць, што, у прыватнасці, выкарыстоўваецца ў топках своеасаблівай канструкцыі піралізных катлоў.

Калі паралаксная топка не перефорсирована (выдзіманне не занадта моцнае), механічны недапалу складае 1 — 5 %, але пры спробе павялічыць теплонапряжение павелічэннем выдзімання можа дасягаць 50 %. Каб падаць большую колькасць паветра (інтэнсіфікаваць гарэнне) і пазбегнуць вынасу паліва (рэжыму пневмотранспорта), выдзіманне арганізуюць не з-пад каласнікі, а зверху на пласт паліва (верхняе выдзіманне). Каласнікі пры гэтым мае патрэбу ў адмысловым астуджэнні, што можа быць рэалізавана выкананнем яго з труб, уключаных у сістэму цыркуляцыі катла.

Топкі з кіпячым пластом[правіць | правіць зыходнік]

Часам дадзеныя топкі фармальна адносяць да слоевым, аднак стан паліва ў іх істотна адрозніваецца[5]:41—-42. У ўзыходзячай патоку газу загрузка з цвёрдых часціц можа знаходзіцца ў трох станах:

  • у якія спачываюць, калі хуткасць газу малая і ён не можа падняць часціцы — характэрны для слоевых топак;
  • у рэжыме пнеўматранспарта, калі часціцы пераносяцца з хуткім патокам газу — у камерных топках;
  • у псеўдаажыжаным стане пры прамежкавай хуткасці газу, калі ён пры праходжанні праз пласт «рассоўвае» 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 нізкатэмпературнай (800-900 °C) кіпячым слоі вельмі эфектыўна душыцца вылучэнне аксідаў азоту і можна прымяніць пагружную паверхню, да якой выключна высокі каэфіцыент цеплааддачы (нагрэтыя часціцы паліва датыкаюцца з ёй 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:41. Палівам могуць служыць вугаль (у тым ліку ў выглядзе рэшткаў ў попеле ад нізкаэфектыўных катлоў), гаручы сланец, торф, драўняныя і іншыя адходы[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 дадзеных топках больш інтэнсіўнае, чым у звычайных слоевых, іх габарыты менш; аднак для іх патрабуецца стварыць воздухораспределительная рашотка радыятара і вентылятар большай магутнасці. У ліку іншых недахопаў гэтага тыпу топак:

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

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

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

Цыркулюючы кіпячы пласт[правіць | правіць зыходнік]

Гэтая тэхналогія прамежкавая паміж звычайным кіпячым пластом і камерным спальваннем. Асноўная частка часціц пры гэтым узважана ў кіпячым пласце, але выдзіманне некалькі больш моцнае; цыркуляцыя паліва ідзе па ўсёй вышыні топкі, і частка яго выносіцца. Для ўлоўлівання за топкай прысутнічае гарачы цыклон, з якога цвёрдыя часціцы вяртаюцца ў зону гарэння. У цыркулявалую кіпячы пласт (ЦКС) таксама дазавана дадаюць вапняк для падаўлення аксідаў серы; аксіды азоту у іх таксама вельмі нізкія і не патрабуюць спецыяльнага ўлоўлівання. Уплыў эрозіі менш, чым у звычайнай топцы кіпячага пласта. Выкід попелу з газамі невялікі (але патрабуецца ўсё ж ўстаноўка электрафільтраў). Недахопамі з'яўляюцца вялікі расход электраэнергіі на выдзіманне і вялікая складанасць вырабу і аўтаматызацыі катлоў ЦКС; у Расіі яны ў цяперашні час не выпускаюцца.[9]

Камерныя (факельныя) топкі[правіць | правіць зыходнік]

Камерная топка выкананая звычайна ў выглядзе прамавугольнай прызматычнай камеры якая складаецца з вертыкальных сцен, потолочного перакрыцці і халоднай варонкі або пада, выкладзеных з вогнетрывалых матэрыялаў. На ўнутраных паверхнях К. г размяшчаюць топачныя экраны (вырабляемыя з труб дыяметрам 32-76 мм, у якіх цыркулюе котловая вада), а таксама столевы або насценны радыяцыйны параперагравальнікпаравых катлах). Паліва ўводзіцца ў К. т. 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 газоходы катла; астатняя частка попелу выпадае з паходні ў выглядзе кропель дзындры і выдаляецца з топкі альбо ў цвёрдым грануляваным выглядзе, альбо ў вадкім расплаўленым выглядзе, сцякаючы з пада топкі праз годку ў шлакоприемное прылада, 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 выкарыстоўваюцца ў якасці прадтопкаў камерных топак на цеплавых электрастанцыях і як тэхналагічныя печы, напрыклад, для абпалу медных руд. У віхравых топках часціцы паліва падтрымліваюцца ва ўзважаным стане за кошт апорнай сілы магутнага віхра, з прычыны чаго ў ёй не выпадаюць нават буйныя часціцы (5-10 мм і больш). 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 30-я гады прафесарам Г. Ф. Кнорре. Такія цыклоне топкі мелі шырокае распаўсюджванне пры арганізацыі пылеугольного спальвання ў энергетычных катлах. Асаблівасцю ужывальнага падыходу была арганізацыя вадкага выдалення шлаку за кошт падтрымання ў цыклоннай топцы высокіх, да 1700-1800 °З, тэмператур. Пры гэтым часціцы паліва прыліпаюць і выгараюць ў павольна сцякаючай па сценках топкі плёнцы вадкага шлаку.

Экранаванне топак[правіць | правіць зыходнік]

У культуры[правіць | правіць зыходнік]

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, прапанова знішчыць яго ці прыбраць з вачэй далоў.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Большая советская энциклопедия : ([в 30 т.]) / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд.. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. Большая советская энциклопедия : ([в 30 т.]) / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд.. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  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.
  5. 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.

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]