Толщина слоя топлива
При сжигании топлива на колосниковой решетке, на которую периодически вручную забрасываются новые порции топлива, нельзя удержать одинаковый по толщине слой. Он будет меняться, достигая максимальных размеров при загрузке свежих порций и утончаясь по мере выгорания топлива впредь до новой загрузки.
Горение слоя топлива с периодической загрузкой
Явления, происходящие при горении слоя с периодической загрузкой, иллюстрируются диаграммой проф. К. В. Кирша (рис. 16).
Рис. 16
На диаграмме по оси абсцисс откладывается время, отмечается период между двумя загрузками топлива. Считая, что тяга не регулируется, общее количество воздуха, проходящего в топку через слой воздуха, изобразится линией ab постепенно повышающейся по мере прогорания слоя и уменьшения вследствие этого его газового сопротивления. Из поступившего в топку воздуха не все его частицы используются на сгорание как в слое, так и в топочном пространстве, часть из них остается неиспользованной, причем чем меньше летучих в топочном пространстве, тем больше получается возможностей для проскальзывания, не вступая в реакцию, отдельных струек воздуха. Учитывая эти соображения, на диаграмме нанесена линия cd изменения количества воздуха, поддающегося использованию на цели сжигания.
Загруженное на горящий слой свежее топливо сначала подсыхает, потом начинает бурно газифицировать, для сжигания выделяющихся летущих веществ уже не хватает воздуха, появляется неполнота сгорания, постепенно исчезающая по мере затухания процесса коксования заброшенных порций топлива. К концу периода между отдельными загрузками горит главным образом кокс на решетке и при утонченном слое получается полное сгорание с большим избытком воздуха. Таким образом, при сжигании кускового топлива на колосниковой решетке с ручным обслуживанием приходится считаться с двумя потерями: химической неполнотой сгорания в первые моменты после загрузки и увеличенной потерей с отходящими газами в конце.
Изменение требующегося количества воздуха для горения в течение периода характеризуется кривой ef. В сущности были только два момента хорошей работы топки без чрезмерного избытка воздуха и при полном сгорании - это в местах пересечения линий cd и ef. Поэтому при сжигании толщины слоя топлива на колосниковых решетках приходится мириться с возникающими при этом тепловыми потерями, обусловленными периодическим забрасыванием топлива. При экспериментировании устанавливают такую среднюю толщину слоя топлива, чтобы сумма потерь от неполного сгорания и с отходящими пазами достигала бы минимального значения.
Следовательно, правильно выбранная толщина слоя топлива будет являться в данном случае линией, около которой колеблется слой топлив а, повышаясь при загрузке и понижаясь при прогаре.
Очевидно, чем меньше получится диапазон этих колебаний, тем ближе будут подходить условия горения к нормальным, меньше будут мешки, образуемые взаимным пересечением линий cd и ef, а этого можно достигнуть, чаще загружая топливо более мелкими порциями. Последнее мероприятие особенно следует подчеркнуть, так как кочегары часто его игнорируют.
Периоды между отдельными забросами топлива рекомендуется брать при антраците (наиболее теплоплотном топливе) 7- 8 мин., для остальных топлив желательно еще короче.
Добавочный воздух
В практике топкостроения уже пытались уничтожить эти дефекты работы колосниковой решетки. Так, в топочное пространство в период максимальной газификации вводился добавочный воздух.
Регулировка моментов впуска этого добавочного воздуха должна производиться каждый раз применительно к составу топлива и условиям его сжигания, иначе вместо пользы может получиться вред; главным образом вследствие этих обстоятельств это мероприятие и не получило распространения. Другим мероприятием, улучшающим тепловую работу топки и облегчающим труд кочегара, явилось сокращение почти до нуля интервалов времени между отдельными загрузками и введение непрерывной заброски топлива особыми механизмами, так называемыми "механическими кочегарами".
В шахтных топках (рис. 33), а также на механических решетках (рис. 66) слой топлива, изменяясь по толщине в пространстве, что для некоторых топлив и топок целесообразно и о чем будет говориться ниже, не изменяет своих размеров во времени. Поэтому в подобных случаях можно, установив должные соотношения по толщине слоя топлива, достигнуть полного сгорания, и оптимальная сумма потерь получится при отсутствии одной из них, т. е. неполноты сгорания.
Требующийся объем топочного пространства выясняется в процессе проектирования топки. Нужную толщину слоя топлива устанавливают при эксплуатации в зависимости от сорта топлива, крупности его кусков, влажности, структуры, степени горючести и пр.
Контроль толщины слоя топлива
Контролировать, удачно ли выбрана толщина слоя топлива, можно двояко. Лучше всего, конечно, при помощи приборов - газоанализаторов, показания которых дают возможность судить как о полноте сгорания топлива, так и об избытке воздуха. В случаях отсутствия приборов при сжигании всех топлив за исключением антрацита, почти не имеющего выхода летучих, появление химической неполноты сгорания определяется по дыму, а должный избыток воздуха можно приблизительно оценить по форме и цвету факела. При полном сгорании и одновременном малом избытке воздуха пламя получается прозрачное, соломенно-желтого цвета и длинное. В случаях большого избытка воздуха пламя, не изменяя своей прозрачности, становится коротким. При неполном сгорании пламя, оставаясь длинным, краснеет и в нем появляются темные прослойки. Труднее ориентироваться при сжигании антрацита. Признаком неполного сгорания являются голубые язычки горящей окиси углерода, появляющиеся над слоем антрацита и при очень сильной неполноте сгорания даже залетающие в котельные газоходы. Установленная тем или иным способом правильная толщина слоя топлива колеблется для разных видов и сортов топлива в значительных пределах, что иллюстрируется приводимыми данными ориентировочной толщины слоя для различных топлив.
