Сгорание твердого топлива происходит в топках различного типа. По типу шлакоудаления различают топки с твердым шлакоудалением (t° до 1400 °С) и топки с жидким шлакоудалением (t° - 1500-1700 °C). Каждая из конструкций имеет свои преимущества и недостатки.
В топках с твердым шлакоудалением возможен недожог топлива и повышенное образование золы в газах, поступающих на конвективную поверхность нагрева котла. Для устранения этих проблем были разработаны и внедрены топки с жидким шлакоудалением. Впервые переход на жидкое шлакоудаление был осуществлен в 50-е годы ХХ века путем замены холодной воронки топки на горизонтальный, а затем наклонный под с леткой. Так появились однокамерные, а позже двухкамерные топки с жидким шлакоудалением. Они применяются преимущественно для сжигания малореакционных углей: антрацита, полуантрацита, тощих и спекающихся углей, а также бурых и некоторых сортов каменных углей (кузнецких, канско-ачинских). Обычно жидкое шлакоудаление применяют сжигании топлива в больших энергетических котлах.
В топках с жидким шлакоудалением различают 3 зоны:
- зона активного горения топлива и плавления шлаков;
- промежуточная зона, расположенная над первой;
- зона охлаждения.
Зона активного горения топлива и плавления шлаков находится в нижней части топки. Для обеспечения высоких температур экранные поверхности топки ошиповывают и покрывают хромитовой массой. Чтобы жидкое шлакоудаление протекало успешно, горелки размещают невысоко над подом с наклоном вниз. При достижении температур около 1700 °С шлак расплавляется и свободно стекает по стенам в шлаковую ванну. Верхнюю границу первой зоны образует область, где температура газов выше температура жидкоплавного состояния шлака.
Во второй зоне температура газов понижается, в связи с чем увеличивается вязкость шлаков. Шлак становится липким и тянущимся и может откладываться на топочных экранах, что снижает их нагревание и вызывает понижение теплопроизводительности котла. Поэтому вторая зона, являющаяся недостатком однокамерных топок, должна быть сокращена до минимума.
Третья зона - зона охлаждения - характеризуется умеренными температурами, что обеспечивает грануляцию шлака и золы. Часть золы также может откладываться на экранах, но она легко удаляется обдувкой.
Жидкое шлакоудаление обеспечивает выпадение золы в топку до 30-40% (в топках с твердым шлакоудалением - только 10-20%), благодаря чему уменьшается процент содержания золы в газах, поступающих на конвективную поверхность котла. А это предупреждает преждевременное истирание труб фракциями летучей золы, причем фракции эти более мелкие, чем в топке с твердым шлакоудалением. Таким образом, жидкое шлакоудаление способствует увеличению срока эксплуатации котельного оборудования.
Также жидкое шлакоудаление обеспечивает минимальное количество горючих веществ в шлаке, благодаря чему уменьшается механический недожог топлива.
Однако вместе с расплавленным шлаком из топки уносится высокопотенциальное тепло, использование которого пока не предусматривается. Вода, в которой гранулируется шлак, не имеет достаточных температур для дальнейшего применения, и потери этого тепла относятся к минусам этого типа топок.
Жидкое шлакоудаление имеет еще один недостаток - повышенный выброс оксидов азота, образующихся в зоне высоких температур. Их концентрация может в 2-3 раза превышать содержание токсичных веществ в дымовых газах топок с твердым шлакоудалением. В связи с чем требуются дополнительные мероприятия по снижению выбросов - как связанные с конструкцией топочно-горелочного устройства, так и установкой дополнительного азотоочистного оборудования.
Выпавший в ванну и гранулированный шлак удаляется традиционными способами шлакоудаления в шлакоотвалы или, если есть спрос, потребителю.
