Для сжигания твердого топлива в кузнечных печах применяются топки: 1) с
горизонтальной колосниковой решеткой; 2) с наклонной ступенчатой
решеткой; 3) с механизированной подачей топлива.
Топка с горизонтальной колосниковой решеткой. Топливо подают в топку
через шуровочное (рабочее) окно 4 на специальную металлическую решетку
3, называемую колосниковой решеткой. Решетка состоит из отдельных
чугунных брусков (или плит) — колосников. Чод колосниковой решеткой
находится зольник 1, куда проваливается зола; через зольник поступает в
топку также воздух, необходимый для горения. Воздух от вентилятора
поступает по трубе 5. Из зольника воздух через зазоры в колосниковой
решетке проходит сквозь слой топлива, соприкасаясь с ним, отчего и
происходит горение, т. е. соединение горючих элементов топлива с
кислородом воздуха.
Пространство топки 2, расположенное выше колосниковой решетки 3,
называется топочным. В этом пространстве догорают летучие вещества
топлива.
Схема горения угля в топках. В верхнем слое 4 находится свежее топливо,
только что поступившее в топку, которое подготовляется к горению и
выделяет летучие. В среднем слое 3 идет наиболее интенсивное горение и,
наконец, в нижнем слое 2, состоящем из огарков и шлаковой подушки,
происходит догорание огарков и подогревается воздух, поступающий для
горения. Шлаковый слой, кроме того, предохраняет колосники 1 от действия
температур.
При тонком слое топлива (без нижнего слоя шлака) воздух будет
распределяться через колосниковую решетку неравномерно, т. е. слой
топлива будет пронизываться воздухом не везде одинаково. Это при
спекающихся, а также крупных углях приведет к образованию прогаров, и
рабочий ори всем желании не сможет хорошо вести топку, несмотря даже на
то, что будет непрерывно шуровать и выравнивать слой. При мелких
неспекающихся углях получится иная картина. Воздух будет распределяться
по решетке более благоприятно, но вследствие измельченности, а
следовательно, и малого веса отдельных частиц угля, будет частично
уносить с собой угольную мелочь из топки, что увеличит расход угля.
Совершенно иначе идет горение в топке со шлаковой подушкой, когда вновь
загруженное топливо располагается на слое кокса и шлака. В этом случае
воздух, проходя по многочисленным извилистым каналам, образуемым шлаком
и огарками, будет равномерно распределяться по колосниковой решетке и
также равномерно нагреваться. При этом напор воздуха значительно
ослабнет, воздух не будет уносить угольную мелочь, и горение будет более
равномерным и спокойным.
Из этого следует, что при сжигании углей на горизонтальной колосниковой
решетке нужно:
а) сжигать уголь на шлаковой подушке;
б) слой топлива поддерживать в пределах от 80 до 200 мм, что зависит от
величины кусков угля. Чем крупнее куски, тем толще слой угля должен быть
на решетке; лучшие результаты дает уголь с величиной кусков 30—50 мм;
в) шуцовать топку, разрыхляя и разравнивая верхние слои угля. Совершенно
неправильно поступают те рабочие, которые при шуровке спускают весь шлак
в зольник. В случае же зашлакования колосниковой решетки необходимо
осторожно прорезать колосники резаком, чтобы вновь дать доступ воздуху;
г) загружать свежее топливо мелкими порциями через возможно короткие
промежутки времени (5—8 мин.). Подбрасывать уголь в топку нужно с таким
расчетом, чтобы каждая новая порция угля шла на покрытие тонких мест
слоя. Такие тонкие места можно распознать по яркому цвету верхней
поверхности слоя.
Количество топлива, сжигаемое топкой, в основном зависит от площади
колосниковой решетки и ее напряженности.
Колосниковая решетка состоит из отдельных колосников. Колосники бывают
балочные и плиточные. Обычно принимаются следующие размеры колосников:
длина колосников от 500 до 1000 мм, ширина а балочных колосников 50—70
мм, плиточных колосников 150—250 мм, Балочные колосники применяются для
каменных углей, а плиточные— для мелких углей и антрацитов.
Щели (зазоры), через которые проходит воздух из зольникового
пространства в топку, составляют живое сечение колосниковой решетки,
величина которого определяется его удельной площадью в % от площади
колосниковой решетки. Живое сечение решетки при балочных колосниках
создается приливами, которые образуют между колосниками зазоры.
В плиточных колосниках живое сечение создается щелями шириной 5—8 мм.
Величина живого сечения зависит от характера топлива и изменяется в
пределах от 10 до 20% от площади решетки. Размеры колосниковой решетки
принимаются в зависимости от удобства ее обслуживания на одно
загрузочное окно по длине не более 2000 мм, а по ширине не более 1200
мм.
Иногда для удаления золы и разрыхления нижних слоев топлива колосники
делаются качающимися. Очистка топки в этом случае производится через
опрокидывающиеся колосники, а нижний слой топлива прорезается при
периодическом качании колосников на цапфах с помощью тяги и рычага.
Сжигание угля в топках с горизонтальной колосниковой решеткой имеет
недостатки; основные из них:
1) затруднения в получении равномерного горения, особенно при сжигании
углей, богатых летучими. После каждой шуровки обильно выделяются
летучие, а это приводит к падению температуры в печи и к потере тепла с
уходящими газами;
2) затруднения в обслуживании топки и получении высокой температуры при
сжигании углей с большим содержанием мелочи, золы и влаги (воды).
Процесс горения угля в стоккерной топке отличается от процесса горения
на горизонтальной решетке. Свежий уголь выдавливается шнеком,
поднимается в реторте постепенно вверх и постепенно подогревается от
горячего верхнего слоя угля. Летучие, выделяющиеся из угля, сгорают без
образования копоти и сажи. Зона горения располагается на поверхности
реторты.
Шлак выжигается тоже на поверхности реторты и благодаря непрерывному
поступлению снизу реторты свежего угля постепенно переваливается на
боковые дожигательные плиты. С боковых плит зола выгребается через
золышковые окна. Воздух в стоккерных топках должен подводиться под
значительным давлением — до 200—250 мм вод. ст. Производительность
стоккерных топок примерно 100—125 кг условного топлива в час.
Стоккерные механические топки имеют перед ручными топками следующие
преимущества: облегчают труд рабочего, сокращается обслуживающий
персонал (один рабочий может обслужить 6—8 топок), достигается более
равномерная температура в топке.