Размещено на http://www.allbest.ru/

Совершенствование конструкции механической топки с шурующей планкой

к.т.н. Б.Я. Каменецкий

Небольшие отопительные котельные на твердом топливе, широко распространенные в коммунальном хозяйстве, оснащены в основном водогрейными котлами с ручными слоевыми топками. Тепловая мощность таких котлов невысока, ограничена величиной 0,6 МВт, а эксплуатационный КПД не превышает 70%.

Создание в конце ХХ в. на Братском заводе отопительного оборудования механической топки с шурующей планкой (ТШП) мощностью 1,3 МВт представляло значительный шаг в развитии отопительной техники [1, 2]. ТШП имела водоохлаждаемую колосниковую решетку размерами 1x1,2 м, водоохлаждаемую шурующую планку с электромеханическим приводом, устройство зонного дутья от вентилятора и систему автоматического управления. Кроме ликвидации ручного труда кочегаров использование ТШП позволило вдвое увеличить мощность котла и повысить его КПД. Котлы «Братск» и «Кировец», оснащенные ТШП, по результатам теплотехнических испытаний на каменном угле марки 2СС имели тепловую мощность 1,1-1,3 МВт при КПД равном 77%.

В сравнении с механическими топками с цепной решеткой, имеющими большую мощность, ТШП обладает существенными преимуществами, в частности, имеет меньшую металлоемкость. Кроме того, в ТШП преодолены трудности зажигания свежих порций топлива, присущие топкам с цепной решеткой.

Процесс горения полифракционного топлива в слое ТШП отличается от процесса в ручной колосниковой топке существенно большей интенсивностью. Вследствие частых шуровок слоя при периодических возвратно-поступательных движениях (ходах) шурующей планки, перемешивающих частицы топлива, и возросших скоростей воздуха в струях, пронизывающих слой, существенно повысился тепломассообмен в слое. Это привело, в частности, к сокращению времени прохождения стадий подготовки и сгорания частиц топлива.

Подача воздуха через три дутьевые зоны выполнена с целью обеспечения большего соответствия объемов поступающего воздуха распределению топлива по длине решетки. В итоге теплонапряжение зеркала горения (площади колосниковой решетки), характеризующее форсировку слоя, возросло до 1,5 МВт/м².

Интенсификация слоевых процессов привела к возрастанию тепловосприятия топочных экранов, расположенных в непосредственной близости к слою. Это следует из опытных данных теплотехнических испытаний котла «Братск» с ручной и механической топкой на каменном угле [3] (рис. 1, 2). Панели, расположенные над первой зоной горения и примыкающие к слою, воспринимают наибольшие тепловые потоки (до 100 кВт/м²), превышающие тепловые потоки панелей в топке котла с ручной топкой. Однако, несмотря на рост локальных тепловых потоков, воспринимаемых топочными экранами, интегральное значение теплообмена в котле с ТШП, как это следует из данных рис. 2, снизилось по сравнению с котлом, оборудованным ручной топкой.

Другим недостатком ТШП являются повышенные топочные потери тепловой энергии вследствие механического недожога топлива в слое и в уносе, достигающие при работе на каменном угле 12% и при работе на бурых подмосковных углях 20% от количества тепла топлива, введенного в топку [4]. Потери в слое определяются механическим недожогом крупных кусков, а потери с уносом связаны с недожогом мелких фракций, содержащихся в топливе. Эти потери тепловой энергии растут с нагрузкой, особенно при работе на рядовом топливе, содержащем как крупные фракции, так и мелочь.

Проведенные исследования [3, 5-7], выявившие недостатки ТШП, позволили наметить следующие пути их устранения и конкретные технические решения.

1.Усиление топочного теплообмена. Причина снижения тепловосприятия топочных поверхностей нагрева котла с ТШП - меньшая поверхность слоя (1,2 м²) по сравнению с ручной топкой котла «Братск» (2 м²) и кирпичный свод, служащий для сбора уноса и затеняющий задние панели котла. Для повышения тепловосприятия топки и котла целесообразно ликвидировать кирпичный свод или сократить его площадь. Что касается подачи осажденного на своде уноса в зону горения, то эффективность этого мероприятия нуждается в проверке. Другое решение - на месте кирпичного свода расположить экранную панель, включенную в водяной контур котла, что приведет к росту тепловосприятия топки и котла.

2.Оптимизация зонного дутья. Основная часть рядового топлива, содержащего большое количество мелочи, сгорает на начальном участке колосниковой решетки [5]. Необходимо изменить конструкцию дутьевых зон: выполнить первую зону с максимальным давлением воздуха длиной 0,3 м, вторую зону длиной 0,4 м и третью зону длиной 0,5 м.

3.Повышение полноты сгорания топлива. Как уже указывалось выше, большой механический недожог топлива в слое определяется недожогом крупных фракций (массой до 1 кг), имеющихся в рядовом топливе. Фактическое время нахождения топлива на решетке t_пр) при больших нагрузках составляет 12-16 мин [6], что недостаточно для полного сгорания крупных кусков t_сгор=20-25 мин для кусков массой 0,8-1 кг). Эта ситуация иллюстрируется на рис. 3. Для снижения недожога в слое предлагается увеличить длину колосниковой решетки до 1,4 м, разместив на выходном конце ее дожигательную зону длиной 0,2 м. При этом длина хода шурующей планки не изменится. Очаговые остатки (шлак и несгоревшее топливо) будут накапливаться и догорать в дожигательной зоне до сброса их в шлаковый канал.

горение полифракционный топка шурующий

4.Устранение временной неравномерности топочного процесса. Эта цель достигается выравниванием подачи угля по времени за счет разделения (секционирования) решетки на две части со своими шурующими планками, которые совершают ходы поочередно (рис. 4а). Осуществление этого предложения позволит снизить средний коэффициент избытка воздуха до 1,3, что уменьшит самую большую потерю тепла котла - потерю с уходящими газами.

5.Усиление тепломассообмена в слое. С этой целью шурующую планку необходимо выполнить с наклоном к направлению ее движения, как показано на рис. 4а. В этом случае при ходах планки частицы топлива приобретут перемещения как в прямом, так и перпендикулярном направлениях, что усилит перемешивание топлива и тепломассообмен в слое.

6.Повышение тепловой мощности котла с ТШП. При проектировании котлов тепловой мощностью 4-6 МВт целесообразно использовать 4 шурующие планки на двух колосниковых решетках, расположив бункеры топлива с фронта и с тыльной стороны котла, как показано на рис. 4б.

7.Применение неохлаждаемой колосниковой решетки. Неохлаждаемая решетка из трех рядов чугунных колосников длиной 0,5 м с развитым оребрением была применена в опытном образце ТШП сушильного агрегата [8]. При работе на каменном угле и при небольшой высоте слоя колосники разогревались до 400 ^ОС. Работоспособность такой решетки нуждается в дальнейшей проверке.

8.Необходимо предусмотреть аварийный ручной привод шурующей планки для удаления ее из топки в случае отказа электродвигателя. Кроме того, целесообразно использовать цепную передачу привода шурующей планки вместо реечной и бесконтактные концевые выключатели привода.

Применение вышеизложенных предложений повысит потребительские свойства и конкурентоспособность ТШП перед другими механическими топками.

Литература

1. Мазур В.В. Механизация котлов малой мощности, работающих на твердом топливе. Сб. трудов НИИсантехники. М., 1979. Вып. 53. С.12-19.

2. Топка механическая унифицированная мощностью 1,16 МВт. ОНТИ НИИсантехники. М., 1980.

3. Каменецкий Б.Я. О применимости Нормативного метода расчета топочного теплообмена к слоевым топкам // Теплоэнергетика. 2006. № 2. С. 58-60.

4. Мазур В.В., Аронов Д.И., Иванов Ю.М. Пути повышения эффективности котлов «Братск». Сб. трудов НИИсантехники. М., 1988. № 63. С.11-18.

5. Каменецкий Б.Я. Оптимизация зонного дутья слоевых топок // Промышленная энергетика. 2008. № 12. С. 43-46.

6. Каменецкий Б.Я., Рагялис А.И. Выбор оптимального профиля шурующей планки механических топок. Сб. трудов НИИсантехники. М., 1989. № 64. С. 32-41.

7. Каменецкий Б.Я. Расчет теплообмена в топках котлов при слоевом сжигании топлив // Теплоэнергетика. 2008. № 5. С. 75-77.

8. Каменецкий Б.Я., Фрегер Ю.Л. Агрегат сушки кормов // Техника в сельском хозяйстве. 1987. № 10. С. 62.

Размещено на Allbest.ru