CC BY
70
--© Д.Д. Разаев, 2013
УДК 622.331:622.271.9001.2:662.93 Д.Д. Разаев
СЖИГАНИЕ КУСКОВОГО И ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Форсированное использование торфа как топлива для обеспечения тепло и электроэнергией торфодобывающих регионов может стать не только существенным подспорьем в борьбе за выживание торфяных предприятий, но и «локомотивом», способным вывести торфяную отрасль на принципиально новый уровень развития. Ключевые слова: кусковой торф, фрезерный торф, сжигание, топка.
С давних времён торф пробовали сжигать в самых различных топочных устройствах (далее топках). В ходе экспериментов были получены множество данных, которые и определили перспективы применяемой той или иной топки, [2].
Основными недостатками торфа как топлива являются его влажность, зольность, малая степень разложения (для верхового торфа) и образование шлака при непосредственном его сжигании.
Торф является малотеплоплотным топливом, на что пагубно влияют влажность, зольность, малая степень разложения (для верхового торфа), наличие мелочи (для кускового торфа). Теплоплотность отличается от теплоты сгорания тем, что характеризует тепловую ценность не единицы массы (кг), а единицы объёма (м3). Малая теплоплотность требует частой загрузки торфа и в случае ручной загрузки торфа, приходиться часто открывать загрузочную дверцу, что при наличии повышенного разряжения будет сильно расхолаживать топку, увеличивая потерю с отходящими газами, [6].
Образование шлака ведёт к возрастанию газового сопротивления слоя, что заставляет поддержать повышенное разряжение над слоем
торфа. Вследствие чего необходима постоянная шуровка слоя, что весьма усложняет обслуживание топки [2].
Для сжигания кускового торфа наиболее простой и дешёвой топкой, как и для сжигания стволовой древесины, является топка с вертикальной топочной камерой, с простой колосниковой решёткой и ручным обслуживанием, рис. 1. Однако при сжигании кускового торфа все недостатки такой топки сказываются ещё резче, чем при сжигании стволовой древесины. Как отмечалось выше, к таким недостаткам относятся частое открывание загрузочной дверки и постоянная шуровка слоя, [1].
При сжигании кускового торфа под жаротрубными котами, проще всего располагать топку с ручным обслуживанием внутри жаровой трубы, но ограниченные размеры топки ведут к следующим недостаткам таких топок. Ограниченные размеры зеркала горения не позволяют получить значительных форсировок, и котельная поверхность нагрева используется недостаточно. Длина колосниковой решётки не должна превышать более 1,8 м, что приводит к необходимости частой загрузке торфа, вследствие чего наблюдается расхолаживание топки.
камерой, с простой колосниковой решёткой и ручным обслуживанием
Рис. 2. Выносная топка с простой колосниковой решёткой и ручным обслуживанием
Также, при влажном торфе, в целях уменьшения прямой отдачи жаровую трубу в пределах топки прихо-
диться выкладывать кирпичом (футеровать), что ещё больше уменьшает внутренние размеры топочного пространства. В связи с этим не удаётся развить надлежащую толщину слоя топлива. А также остаётся проблёма с шуровкой слоя.
При желании получить высокий теплосъем с котла, сжигая кусковой торф, следует обратиться к выносным топкам, устанавливая высокую вертикальную шахту. При отсутствии возможности поднимать топливо на загрузочный этаж, останавливаются на варианте выносной топки с простой колосниковой решёткой и ручным обслуживанием, рис. 2 [1].
Наиболее распространёнными и эффективными топками для сжигания кускового торфа оказались полумеханические шахтные топки, разработанные проф. К.В. Киршем и его учениками, но как оказалось не всех типов. Например, для сжигания кускового торфа нельзя использовать шахтную топку с вертикальным зеркалом горения, т.к. слой будет рассыпаться под углом естественного откоса, и не будет наблюдаться должного горения топлива. Шахтные топки с наклонным зеркалом горения, рис. 3, успешно применялись в СССР для сжигания кускового торфа [1, 2].
В таких топках слой топлива постоянен во времени, но изменяется по толщине, постепенно уменьшаясь к низу. Торф, загруженный в верхнюю часть шахты, по мере прогорания нижележащих слоёв будет постепенно опускаться вниз, попутно сначала подсушиваясь, затем газифицируясь и загораясь. В топку организованно по-зонное дутьё, его количество регулируется в зависимости от влажности топлива. При горении торф шлакуется
Рис. 3. Шахтная топка с наклонным зеркалом горения (с наклонными колосниками и ступенчатая)
и поэтому периодически приходиться прорезать шлак, проводя резаком через прозоры колосников. В топках с наклонными колосниками сжигания кускового торфа происходит эффективно при влажности не более 45 %.
При увеличенной
влажности до 50 % рекомендуется использовать шахтную топку со ступенчатыми колосниками, заменяя в топке наклонные колосники на ряд кирпичных сводов по которым и будет сползать основная масса торфа.
Для улучшения работы полумеханических шахтных топок на торфе была разработана механическая шахтная топка, рис. 4, [1, 2].
Механизация заключалась в том, что шахтная топка, рис. 4, оборудовалась шурующей планкой системы ВТИ, вследствие чего перемещение торфа, шуровка слоя и удаление очаговых остатков совершается без применения ручного труда. Было разработано два варианта топки. В первом использовались наклонные колосники, во втором же они заменялись на кирпичный скос, при котором процесс подготовки топлива протекает наиболее эффективно. В обоих вариантах имеется ьоль-шая горизонтальная решётка, в начале которой установлена зажигательная шахта. В первом варианте шахта снабжена поворотными колосниками, во втором - неподвижным. Такое оформление рабочего полота обес-
Рис. 4. Механическая шахтная топка, соответственно с наклонными колосниками и с кирпичным скосом
обеспечивает не только мощной очаг, но и даёт возможность полностью дожечь шлак, образовавшийся в конце решётки.
Также проф. Макарьев предложил для подготовки торфа на механической цепной решётке использовать
шахтную топку, получившую название шахтно-цепной топки, рис. 5, [2, 4].
На подвижном полотне не может образоваться тот мощный очаг горения, который наблюдается на неподвижных горизонтальных колосниках полумеханической топки. Поэтому подготовка топлива в шахте цепной решётки происходит в основном за счет тепла очагов горения, образующихся на ступенях предтопка. Для интенсификации тепловыделения очагов к ним с фронта топки, как правило, подводится горячее дутье, а выделившиеся в результате горения топлива на уступах пред-топка газы проходят через находящийся в шахте слой торфа, чем обеспечивается его подготовка. Отдельные загоревшиеся куски торфа сходят с уступов и перемешиваются с еще негорящим торфом, ускоряя его подготовку на цепной решетке. Как и в полумеханических топках, здесь верхний слой торфа получает некоторое количество тепла за счет лучеиспускания факела и раскаленных элементов топки. Определенное количество тепла вносит в шахту также и горячий воздух.
Рис. 5. Шахтно-цепная топка
Рис. 6. Топка с наклонно-переталкивающими колосниками
Следует отметить интересный опыт сжигания фрезерного торфа в смеси с кусковым торфом на полумеханических шахтных ступенчатых и механических шахтных топках. Во всяком случае, опыт совместного сжигания кускового и фрезерного торфа с суммарным добавлением последнего не более 30 % позволяет прийти к заключению, что модно добиться форсиро-вок зеркала горения в среднем такого же порядка, как и для кускового торфа, без снижения КПД установок.
Большое содержание мелких частиц во фрезерном торфе, парусность его частиц, большой диапазон влажности, зольности и степени разложе-
ния заметно затрудняет рациональную организацию слоевого процесса.
Совершенно не пригодными оказались топки, где происходит выгорание неподвижного слоя. К таким топкам относятся топки с ручным обслуживанием и полумеханические топки, где производиться шуровка слоя вручную. При сжигании фрезерного торфа в таких топках наблюдается неустойчивое «кратерное» горение, характеризуемый низкой экономичностью и малыми тепловыделениями, а также такой процесс требуют непрерывных шу-ровок слоя топлива, [2].
При сжигании фрезерного торфа умеренной влажности до 45 % неплохие результаты показали топки с наклонно-переталкивающими колосниками, рис. 6, [2].
В таких топках слой топлива постепенно перемещается вдоль полотна, производимые при этом шуровки, в значительной мере ликвидируют «кратерное» горение, вследствие чего исключает вредные последствия такого процесса.
Но при повышенной влажности более 45 % основная часть решётки будет занята неэффективным процессом сушки топлива и для поддержки необходимой нагрузки в таком случае потребуются большие площади. Известно, что среднесуточная влажность фрезерного торфа может колебаться в широких диапазонах, например при среднесуточной влажности 40 %, влажность отдельных проб может составлять от 30 до 50 %.
Рис. 7. Факельно-слоевая топка с предварительной подготовкой топлива системы Татищева
Рис. 8. Двухкамерная топки системы Колобанова
Таким образом, для создания промышленной топки для сжигания фрезерного торфа на наклонно-переталкивающих решётках необходимо учитывать широкий диапазон
влажности торфа, тем самым топка требует большого количества металла, оказывается дорогой и громоздкой. Вследствие чего такая топка не может быть рекомендована для сжигания фрезерного топлива в промышленных условиях.
Высокие показатели тепловой работы наклонно-переталкивающей решётки могут быть получены при предварительной подсушке фрезерного торфа, с дальнейшим пневматическим забросом на колосниковую решётку. При таких условиях на колоснике будут сгорать относительно крупные частицы фрезерного торфа, более же мелкие будут сгорать во взвешенном состоянии. Но такая схема очень сложна, кроме того здесь не учитываются потери тепла на подсушивание торфа.
В промышленной энергетике для сжигания фрезерного торфа широкое применение получили фа-кельно-слоевые и камерные топки. Нормальная работа такого типа топок требует равномерного поступления сыпучего мелкого торфа. Обычно трудности возникают в зимний период, когда влажный фрезерный торф поступает в виде смерзшихся кусков. В таких случаях приходиться использовать дробилки. Наиболее распространённой факельно-слоевой топкой по сжиганию фрезерного
торфа является топка с предварительной подготовки топлива системы Татищева, рис. 7, [2, 3, 4]. Данная топка показала хорошие результаты при сжигании торфа влажностью до 55 %. Основным недостатком таких топок является вышеуказанная проблема подготовки топлива.
Поданный питателем фрезерный торф проходит шахту, где подсушивается топочными газами, далее пневматическим забрасывателем, в котором используется для подачи топлива энергия сосредоточенной струи воздуха, подается в топку. Мелкие фракции захватываются газовоздушным потоком и сгорают во взвешенном состоянии, крупные кусочки оседают на решетке, где и сгорают. Наличие на решетке горящего слоя обеспечивает надежное воспламенение выпавших кусков торфа, вместе с тем мощное тепловыделение слоя создает благоприятные условия для окончательной подготовки влажного торфа и его устойчивого горения.
В промышленной энергетике получила применение топка для фрезерного торфа, разработанная Е. В. Колобановым, рис. 8, [2]. Топка работает по следующей схеме: топливо из бункера при помощи барабанного питателя подается на горку первой камеры, откуда часть топлива выдувается струей воздуха, выходящей из сопел, расположенных на этой горке.
Оставшееся топливо скатывается вниз, подхватывается потоком воздуха, выходящим из щели, и направляется в виде вихря в топочную камеру. Крупные куски выпадают на решетку, где и происходит их горение. Во второй камере происходит выгорание вынесенной мелочи. Эксплуатация показала, что при поступлении хорошо разложившегося фрезерного торфа нор-
мального качества (влажностью 45...48 %) работа топки системы Ко-лобанова вполне удовлетворяет запросы эксплуатации. При поступлении торфа с влажностью более 52 % наблюдается не только падение мощности, но и требуется подача дополнительного топлива для поддержания процесса горения.
Желание создать топочное устройство, в котором представилось бы возможным устойчиво сжигать фрезерный торф повышенной влажности, привело к разработке топоч-ногоустройства, представляющего собой модернизированную топку Колобанова. Новую топку, которая носит название «трехка-мерная топка для сжигания фрезерного торфа», рис. 9, разработали сотрудники Ивановской конторы Знерголегпро-ма Г. А Ушаков и В. И. Гольцев, [2].
Данная топка имеет три камеры. Контур первой и второй камер подобен аналогичным камерам топки системы Колобанова, изменены лишь их размеры. Фрезерный торф подается в первую камеру барабанным питателем; воздух, выходящий из расположенной над решеткой щели, подхватывает мелкие фракции, завихривает их и создает благоприятные условия для подготовки горения торфа. Расположенная за первой большая по размеру вторая камера служит для основного тепловыделения и завершения топочного процесса. Третья камера, расположенная под первой у фронта топки, имеет значительную по размерам колосниковую решетку, которая снабжена двумя дутьевыми секциями. Выпавшие из топливного потока через прозор горки и скатившиеся вниз крупные кусочки догорают на колосниковой решетке, а образовавшиеся в результате этого горе-
Рис. 9. Трёхкамерная топка системы Ушакова и Гольцева
Рис. 10. Топка с мелющим вентилятором системы ВТИ
ния газы способствуют более интенсивной подготовке влажного топлива. Топка без подачи кускового торфа
может осваивать фрезерный торф с влажностью до 55...56 %.
Двухкамерные топки для сжигания фрезерного торфа системы Колобано-ваи трёхкамерные - системы Ушакова и Гольцева, также не оправдали себя из-за сложной подготовки и подачи сыпучего топлива. Предпочтение стоит отдать двухкамерной топки, которая является более простой по конструкции и обслуживанию.
Хорошие результаты показали топки с мелющим вентилятором системы ВТИ, рис. 10, [2, 3].
Топливо из бункера захватывается тисковым питателем и направляется в камеру сушки. Тяжелые предметы и крупные торфяные куски падают на дно сепаратора, а основная масса подсушенного торфа вместе с дымовыми газами засасывается вентилятором и далее по трубопроводу нагнетается в топку. Мелочь сгорает во взвешенном состоянии, а крупные частицы торфа падают и догорают на решетку, расположенной в нижней части топки. Газы забираются через окно в верхней части топки и подаются в смесительную камеру, где к ним подмешивается в той или иной пропорции воздух; далее газовоздушная смесь за счет разрежения, создаваемого вентилятором, просасывается через канал к камере сушки.
Рис. 11. Шахтно-мельничная топка
Рис. 12. Топка с вращающимися колосниками
Также широкое применение получили шахтно-мельничные топки, рис.
11, [2, 4].
Шахтно-мельничный агрегат представляет собой высокую шахту, на
дне которой размещен ротор быстроходной мельницы. Верхняя часть шахты через амбразуру сообщается с топочной камерой. Над мельницей расположена течка сырого топлива; воздух или газовоздушная смесь подводится по бокам ротора. Наиболее крупные кусочки поданного топлива попадают в мельницу, где размалываются и одновременно в определенной степени подсушиваются, мелочь же подхватывается потоком воздушной или газовоздушной смеси (в зависимости от местных условий), в большей или меньшей мере подсушивается и вместе с размолотым топливом направляется через амбразуру в топочную камеру. Большим преимуществом такого типа топок является возможность сжигания наряду с фрезерным торфом также бурых углей или каменных углей с большим выделением летучих.
В настоящее время практически никто не выпускает топки для фрезерного торфа, а те кто выпускает основываются на прошлом опыте и за основу берут выше рассмотренные топки. Тверская компания ООО СМУ «Спецмонтаж» предлагает ряд механических топок ТВК с вращающейся колосниковой решёткой и механизированной шурующей планкой, рис. 12,
[5], однако опытные данные по сжиганию фрезерного и кускового торфа отсутствуют.
При сжигании кускового торфа, по нашему мнению, особых проблем возникнуть не должно, в отличие от сжигания фрезерного торфа. Хотя наличие вращающейся колосниковой решётки, непрерывной подачи топлива и шуровки должно привести к неплохому результату. Не большой опыт (несколько часов) по сжиганию фрезерного торфа был проведён, факт самого процесса устойчивого горения был на лицо. Рекомендуется провести более длительные испытания и произвести все необходимые замеры, как при сжигании кускового торфа, так и при сжигании фрезерного торфа, а также возможен ва-
риант совместного сжигания. Большим преимуществом этой топки является возможность перевода данной топки с одного вида топлива на другой, например, с торфа на древесное топливо, без изменений в конструкции, только за счет регулирования параметров подачи топлива, высоты слоя топлива, дутья, разряжения и т.п. Наличие автоматического управления процессом горения позволяет задавать различные режимы горения топлива в зависимости от самого вида топлива. В конце 2010 года ООО СМУ «Спецмонтаж» совместно с ЗАО «Селигер холдинг» планируют провести эксперимент по сжиганию фрезерного торфа на новой усовершенствованной топки ТВК.
1. Щеголев М.М. Топливо, топки и котельные установки. М., Изд. литературы по строительству и архитектуре, 1953.
2. Татищев C.B. Топочные устройства промышленных котельных. Ч. 1, Ч. 2 (Атлас), М., Госэнергоиздат, 1956.
3. Справочник по торфу/ Под ред. канд. техн. наук А.В. Лазарева и д-ра техн. наук С.С. Корчунова. — М.: Недра, 1982. — 760 с.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Татищев. Рациональные методы сжигания торфа в котельных установках. М., Госэнергоиздат, 1946.
5. Каталог выпускаемой продукции ООО СМУ «Спецмонтаж», 2010.
6. Антонов В.Я., Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. Учеб. пособие для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, 287 с. ЕЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Разаев Денис Дмитриевич — аспирант Тверского государственного технического университета, главный инженер ЗАО «НПО Спецмонтаж», razaevdd@mail.ru, rdd-2307@yandex.ru
_Д
