Просмотр кода страницы Топка

{{значения}}
[[Файл:Fire tube boiler.gif|thumb|Схема паровозной топки]][[Файл:Firebox cutaway.jpg|thumb|Разрез паровозной топки]]'''То́пка''', '''топливник''' — устройство для сжигания [[Энергетика#Органическое топливо|органического топлива]] с целью получения высоконагретых [[Продукты сгорания|дымовых газов]]. Полученная [[тепловая энергия]] либо преобразуется в электрическую или механическую энергию, либо используется для технологических и других целей.<ref>{{БСЭ3|заглавие=Топка}}</ref>

Топка ([[камера сгорания]]) может иметь различные размеры и форму. Эти параметры задаются инженерами-теплотехниками. Главными характеристиками камеры сгорания являются [[объём]], тепловая [[мощность]] и состав продуктов сгорания (в том числе доля механического и химического [[недожог]]а, снижающих [[КПД]] топки, и доля [[Загрязнение атмосферы|вредных веществ]]).

'''Фронтом''' (передней стенкой) топки называется сторона, где расположена загрузочная дверца и/или [[Горелка|горелки]]; у некоторых топок два фронта друг напротив друга. В противоположной стенке (задней) обычно находится отверстие для выхода продуктов сгорания (в энергетических [[Котёл (техника)|котлах]] называемое '''выходное окно'''); иногда газы удаляются в другом направлении, например, в потолок.

Существуют закрытые и открытые топки. Они могут располагаться в [[Печь|печи]], на [[паровоз]]е или в стационарном [[Котёл (техника)|котле]].

[[Файл:Combustion systems for solid fuels.svg|thumb|400px|Технологии сжигания органических топлив]]

== Типы топок ==

=== Слоевые топки ===
{{Также|Колосниковая решётка}}
'''Слоевая топка''' — топка, в которой горение [[Твёрдое топливо|твёрдого топлива]], загруженного слоем (обычно на колосниковую решётку), происходит в струе [[воздух]]а, пронизывающего этот слой (обычно, но не всегда, снизу вверх)<ref>{{БСЭ3|заглавие=Слоевая топка}}</ref>. Исторически это первый тип сжигания топлива, ведущий происхождение от [[Освоение огня древними людьми|первобытного]] [[Костёр|костра]]. Топливо может загружаться вручную, через дверцу, или механически, из [[бункер (ёмкость)|бункера]] (часто с помощью [[Забрасыватель|забрасывателей]]). Для помещения в бункер топливу придаётся нужная крупность измельчением на [[дробилка]]х (не [[мельница]]х), либо, наоборот, формированием [[Топливные гранулы|пеллет]] (см. [[Пеллетный котёл]]). С точки зрения устройства [[Колосниковая решётка|решётки]] и характера движения по ней [[Топливо|топлива]] топки могут быть следующих разновидностей<ref>{{книга
 |автор         = Зах Р. Г.
 |часть         = Топочные устройства
 |заглавие      = Котельные установки
 |место         = М.
 |издательство  = Энергия
 |год           = 1968
 |страниц       = 352
 |страницы      = 53—75
}}</ref>:

* С неподвижной колосниковой решёткой и неподвижным слоем топлива (в том числе если отдельные колосники могут поворачиваться или решётка встряхивается) — для небольших котлов (до 1—2 т/ч [[пар]]а).
* Со слоем топлива, движущимся по неподвижной решётке под действием [[Гравитация|гравитации]] (напр. по наклонной решётке) или шурующей планки. В '''[[Шахтная топка|шахтных топках]]''' топливо поступает по мере выгорания из загрузочной горловины, где оно подсушивается и разогревается с частичным выходом [[Летучие|летучих]]<ref>{{БСЭ3|заглавие=Шахтная топка}}</ref>.
* С цепной решёткой (прямого (спереди назад) или обратного хода).
*: Применяются для котлов до 10—35 т/ч и выше. Топки с прямым ходом решётки чувствительны к качеству топлива. Основная проблема — неполнота сгорания топлива.

К движущемуся слою топлива можно подводить воздух неравномерно по ходу движения, чтобы на каждой стадии горения [[избыток воздуха]] был оптимален.

[[Горение]] твёрдого топлива всегда сопровождается выходом летучих газов. Если количество воздуха, поступающего сквозь слой, не очень велико, а толщина горящего слоя значительна, часть этих газов при недостатке [[Окисление|окислителя]] ([[кислород]]а) не сгорает (при этом [[температура]] зоны повышается до 1500—1600 °C). Далее происходит [[Окислительно-восстановительные реакции|восстановление]] [[углерод]]а по формуле <math>\mathrm{CO_2+C=2CO}</math>. Полученная таким образом смесь газов при добавке вторичного воздуха может эффективно гореть, что, в частности, используется в топках своеобразной конструкции [[Пиролизный котёл|пиролизных котлов]].

Если слоевая топка не перефорсирована ([[дутьё]] не слишком сильное), механический недожог<!--викиссылка?--> составляет 1 — 5 %, но при попытке увеличить теплонапряжение увеличением дутья может достигать 50 %. Чтобы подать большее количество воздуха (интенсифицировать горение) и избежать уноса топлива (режима ''пневмотранспорта''), [[дутьё]] организуют не из-под колосника, а сверху на слой топлива (''верхнее дутьё''). Колосник при этом нуждается в специальном охлаждении, что может быть реализовано выполнением его из труб, включённых в систему [[Теплоноситель|циркуляции]] котла.

=== Топки с кипящим слоем ===
{{Основная статья|Сжигание в кипящем слое}}
{{дополнить раздел|устранить дублирование с Main: меньше о технологии, больше о конструкции|дата=2014-03-26}}
Иногда данные топки формально относят к слоевым, однако состояние топлива в них существенно отличается<ref name=DDI>{{книга
 |автор=Двойнишников В. А. и др.
 |заглавие=Конструкция и расчёт котлов и котельных установок: Учебник для техникумов по специальности "Котлостроение"|год=1988 |место=М.
 |ответственный = В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов
 |издательство  = Машиностроение
 |страниц       = 264
 |isbn          = 5-217-00078-3}}</ref>{{rp|41—-42}}. В восходящем потоке [[газ]]а загрузка из [[Твёрдое тело|твёрдых]] частиц может находиться в трёх состояниях:
* в покоящемся, когда [[скорость]] газа мала и он не может поднять частицы — характерен для слоевых топок;
* в режиме пневмотранспорта, когда частицы переносятся с быстрым потоком газа — в камерных топках;
* в [[Псевдоожижение|псевдоожиженном]] состоянии при промежуточной скорости газа, когда он при прохождении через слой «раздвигает» частицы и увеличивает его толщину, понижая [[плотность]], но не способен унести частицу за пределы слоя. Этот последний режим и создаётся в топках [[Кипящий слой|кипящего слоя]].

В низкотемпературном (800—900 °C) кипящем слое весьма эффективно подавляется выделение [[Оксид азота|оксидов азота]] и можно применить '''погружную поверхность''', к которой исключительно высок [[Закон Ньютона — Рихмана#Коэффициент теплоотдачи|коэффициент теплоотдачи]] (нагретые частицы топлива соприкасаются с ней непосредственно, и часть тепла передаётся не [[Конвекция|конвекцией]], а [[теплопроводность]]ю). Для регулировки температуры слоя во избежание [[Шлакование|шлакования]] можно вводить воду и пар<ref name=enso/>, но в принципе из-за высокой абразивности этого слоя топки с его применением к шлакованию не склонны.

В кипящий слой вводят значительное количество инертных наполнителей. [[Доломит]] и [[известняк]], например, связывают в [[карбонат]]ы до 90 % [[Оксид серы(IV)|оксидов серы]]<ref name=DDI />{{rp|41}}. Топливом могут служить [[уголь]] (в том числе в виде остатков в золе от низкоэффективных котлов), [[горючий сланец]], [[торф]], [[Древесина|древесные]] и иные [[отходы]]<ref name=enso>{{Cite web|url=http://www.energosovet.ru/entech.php?idd=47|title=Котлы с топками кипящего слоя|work=ЭнергоСовет.ru|description=Описание и список котлов кипящего слоя бывшего [[СССР]]|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170620021130/http://energosovet.ru/entech.php?idd=47|archivedate=2017-06-20|access-date=2011-06-19|deadlink=no}}</ref>.

Топки кипящего слоя не чувствительны к качеству топлива в смысле его химического состава, но чувствительны к однородности фракционного состава частиц [[Топливо|топлива]] и инертной засыпки<ref>{{Cite web|url=http://www.ng.ru/energy/2006-12-12/13_boilingpoint.html|title=«Кипящий слой» решает проблемы и энергетики, и экологии|author=Лейкин В. З.|date=2006-12-12|publisher=«[[Независимая газета]]»|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150208194536/http://www.ng.ru/energy/2006-12-12/13_boilingpoint.html|archivedate=2015-02-08|accessdate=2011-06-19|deadlink=no}}</ref>. Горение в данных топках более интенсивное, чем в обычных слоевых, их габариты меньше; однако для них требуется создать воздухораспределительная решётка и [[вентилятор]] большей мощности. В числе других недостатков этого типа топок:

* вынос до 20—30 % всего [[углерод]]а топлива (поэтому эти топки рекомендуют применять при возможности дожигания уноса размером 0—1 мм в рабочем пространстве котла);
* зашлаковывание межсоплового пространства и самих сопл воздухораспределительных колосниковых решеток при недостаточном динамическом напоре воздуха;
* очень большой [[Износ (техника)|абразивный износ]] теплопередающих поверхностей, особенно высокий у погружных<ref name=enso/>.

Эффект интенсивного горения, аналогичный наблюдаемому при сжигании в кипящем слое, можно получить постоянным встряхиванием колосника с кусками топлива любого размера; но из-за снижения [[Прочность|прочности]] [[металл]]а колосника при высокой [[Температура|температуре]] этот способ сложно практически реализовать.

Топки кипящего слоя под [[давление]]м до 16 кгс/см² с глубокой очисткой газа от золы могут использоваться для организации работы [[Газовая турбина|газовых турбин]] на твёрдом топливе (в составе высоконапорного парогенератора [[Парогазовая установка|ПГУ]])<ref name=fbc>{{Cite web|url=http://www.em-ea.org/Guide%20Books/book-2/2.6%20FBC.pdf|format=pdf|title=FBC boilers|lang=en|description=Описание принципа работы котлов кипящего слоя и ЦКС|archiveurl=https://web.archive.org/web/20111027123029/http://www.em-ea.org/Guide%20Books/book-2/2.6%20FBC.pdf|archivedate=2011-10-27|accessdate=2011-06-19|deadlink=yes}}</ref>

==== Циркулирующий кипящий слой ====
Эта технология промежуточная между обычным кипящим слоем и камерным сжиганием. Основная часть частиц при этом взвешена в кипящем слое, но дутьё несколько более сильное; циркуляция топлива идёт по всей высоте топки, и часть его выносится. Для улавливания за топкой присутствует '''горячий [[циклон (пылеуловитель)|циклон]]''', из которого твёрдые частицы возвращаются в зону горения. В циркулирующий кипящий слой (ЦКС) также дозированно добавляют известняк для подавления оксидов серы; [[оксиды]] азота в них также весьма низкие и не требуют специального улавливания. Влияние [[Эрозия (техника)|эрозии]] меньше, чем в обычной топке кипящего слоя. Выброс золы с газами небольшой (но требуется всё же установка [[электрофильтр]]ов). Недостатками являются большой расход электроэнергии на [[дутьё]] и большая сложность изготовления и [[Автоматизация|автоматизации]] котлов ЦКС; в [[Россия|России]] они в настоящее время не выпускаются.<ref name=fbc/><ref>{{Cite web|title=Что дает «циркулирующий кипящий слой»?|url=http://www.ogk6.ru/about/estations/novocherkgres/social/ecology/cks.php|work=публикация [[ОГК-6]]|description=Планы по введению технологии ЦКС на [[Новочеркасская ГРЭС|Новочеркасской ГРЭС]]|archiveurl=|archivedate=}}{{Недоступная ссылка|date=июня 2021 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>

=== Камерные (факельные) топки ===
Камерная топка выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры состоящей из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из [[Огнеупорные материалы|огнеупорных материалов]]. На внутренних поверхностях К. т. размещают топочные экраны (изготовляемые из труб диаметром 32—76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также потолочный или настенный радиационный [[пароперегреватель]] (в паровых котлах). Топливо вводится в К. т. вместе с воздухом, необходимым для горения, через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по её углам. Топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твёрдое пылевидное топливо, а также газообразное и жидкое топливо. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твёрдом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприёмное устройство, заполненное водой.
[http://img.encyc.yandex.net/illustrations/bse/pictures/02563/892330.jpg Схема камерной топки]
{{дополнить раздел|типы, принцип действия, илл.|дата=2014-03-26}}
'''Вихревая топка''', или циклонная топка, — топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы [[топливо|топлива]] и [[шлак]]а. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на [[Тепловая электростанция|тепловых электростанциях]] и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5—10 мм и более). В современных Вихревых топках сжигаются куски твёрдого топлива размером 2—100 мм при скорости струи подаваемого воздуха 30—150 м/сек.

Удержание мелких парусных частиц в топке до их глубокого выгорания наиболее эффективно можно организовать в циклонных топках. Эта схема сжигания была предложена в [[СССР]] в 30-е годы профессором Г. Ф. Кнорре.
Такие циклонные топки имели широкое распространение при организации пылеугольного сжигания в энергетических котлах. Особенностью применявшегося подхода была организация жидкого удаления шлака за счёт поддержания в циклонной топке высоких, до 1700—1800 °C, температур. При этом частицы топлива прилипают и выгорают в медленно стекающей по стенкам топки плёнке жидкого шлака.

== Экранирование топок ==
{{в планах|дата=2017-10-13}}

== В культуре ==
[[Файл:Parovoz-El-629.jpg|200px|thumb|[[Паровоз Ел-629|Паровоз Е<sup>л</sup>−629]], в топке которого были сожжены [[Лазо, Сергей Георгиевич|Лазо]], [[Сибирцев, Всеволод Михайлович|Сибирцев]] и [[Луцкий, Алексей Николаевич|Луцкий]] ([[Уссурийск]])]]
* В [[1920 год]]у революционеры, борцы за Советскую власть на Дальнем Востоке [[Лазо, Сергей Георгиевич|Сергей Лазо]], [[Сибирцев, Всеволод Михайлович|Всеволод Сибирцев]] и [[Луцкий, Алексей Николаевич|Алексей Луцкий]] (по официальной советской версии) были сожжены японскими интервентами в топке паровоза [[Паровоз Ел-629|Е<sup>л</sup>−629]].
* В [[интернет-сленг]]е слово «топка» обозначачает «корзину», место, куда отправляется всё ненужное. Призыв "В топку!" (или [[Олбан|Фтопку!]]) означает отрицательное отношение к предмету, предложение уничтожить его или убрать с глаз долой.

== См. также ==
* [[Топка Бельпера]]
* [[Камера сгорания]]
* [[Топка каминная]]
* [[Вихревая топка]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
{{викисловарь|топка}}
* [http://boilerbook.ru/topochnye-ustrojstva-kotlov.html Топочные устройства котлов].
* [http://www.vostokmedia.ru/news.details.php?id=20705 Митинг в Уссурийске].

{{ВС}}

[[Категория:Топка]]
[[Категория:Теплотехника]]
[[Категория:Тепловые электростанции]]