Огнеупорный кирпич в твердотопливном котле

Огнеупорный кирпич и его влияние на процесс горения в твердотопливном котле

Футеровка котла — наличие в топке, в зоне горения огнеупорных материалов (шамотный кирпич, огнеупорный бетон).

Процессу сжигания твердого топлива в водогрейных твердотопливных котлах посвящено много книг и научных работ. Опыты длятся веками, и продолжаются в настоящее время. При всех наших новых технологиях, осталось очень много вопросов по сжиганию топлива.

В этой статье мы рассмотрим такую важную деталь как обмуровка твердотопливного котла, её функции и влияние на горение топлива.

На промышленные твердотопливные котлы ставят современную автоматику, применяют новые материалы, технологии, но такие вещи как футеровка, тепловое напряжение, длина факела, дожиг газов, теплопередача остаются неизменными.

Физика процесса горения твердого топлива хорошо описана многими теплотехниками прошлого века. Ими выведены формулы и аксиомы, в которых невозможно сомневаться  или пробовать их изменить. Но реалии современного мира постоянно пытаются это сделать, так сказать обмануть физику.

огнеупорный кирпич в топке котла

Для начала я бы хотел привести примеры импортных твердотопливных котлов. Если смотреть конструкции немецких водогрейных и паровых котлов, английских, американских, то вы увидите в них футеровку, а именно обложенную шамотным кирпичом или огнеупорным бетоном топку, обмурованный длинный второй ход газов для дожига топлива.

За границей все твердотопливные котлы имеют кладку из огнеупоров. Смотрим на рынок твердотопливных котлов Украины: обложенную шамотным кирпичом или огнеупорным бетоном топку имеет всего несколько производителей, и то, у большинства она обложена наполовину, чего просто недостаточно для поддержания нужной температуры.

О чем это говорит? Экономия? Отсутствие знаний?

А ведь это тот самый  высокий КПД, правильный дожиг топлива и газов — экономия сил и времени. Или это иностранцы дураки такие? Может они просто не понимают, что можно обходиться в твердотопливных котлах без кирпича? Думаю, что нет. В отличие от нас, иностранцы считают каждую копейку, и не только сейчас, но и на 10 лет вперед. Они понимают, что покупая качественный твердотопливный котел, они будут экономить долгие годы, не загрязняя окружающую среду и не жечь лишнее топливо.

У нас же ситуация наоборот: чем дешевле, тем лучше — «сэкономил»! Но, как говорят: «кроилово приводит к попадалову».  Покупая дешевый котел, наши люди не думают об экономии в далекой перспективе. Большинство в нашей стране живет «здесь и сейчас», сталкиваясь с приличным расходом топливав своих котлах, думают, что так и должно быть.

Начнем со строения древесины. Из таблиц мы видим, что в древесине выход летучих веществ составляет до 85 процентов, количество летучих в топливе обозначается аналогично с составом топлива в процентах к весу рабочего топлива или горючей массы и пр. (Vp, Vх и т. д.). В составе летучих веществ и кокса находится горючие элементы, поэтому каждая из двух частей топлива горит, но условия их сжигания весьма различны.

Характеристика топлива по выходу летучих накладывает отпечаток на конструкцию топки и методы ее эксплуатации. При сжигании в топках котлов древесного кускового топлива, процесса выхода летучих в их чистом виде не происходит, так как к топливу все время подается  воздух для горения. Однако свежезагруженное топливо в первую очередь начинает сильно «газить», обильно выделяя летучие вещества. Дым из трубы становится темного цвета, но потом процессы горения и газификации выравниваются и протекают параллельно.

Если, например, взять дрова — топливо с очень высоким выходом летучих (более 80% от веса топлива), то при сжигании их на колосниковой решетке конструктор должен предусмотреть большой объем топочного пространства, в котором будут сгорать горючие летучие вещества.

Воздух, необходимый для горения летучих веществ (как и кокса) в топочном пространстве, на колосниковой  решетке, подводится обычно через поддувало и колосниковую решетку. Таким образом, значительная часть воздуха, направляясь в топочное пространство, пройдет через колосники и слой топлива транзитом. Этот воздух будет охлаждать колосники и лежащий на них слой топлива, поэтому при сжигании дров в твердотопливном котле, колосники не будут сильно нагреваться и могут быть простой конструкции (не водоохлаждаемые).

В современных котлах, для дожига летучих, часть воздуха подается непосредственно в топку. Это называется вторичный воздух или острое дутье. Но подача вторичного воздуха должна быть правильно рассчитана и организована, так как чрезмерная его подача охлаждает топку и нарушает процесс горения. Так же вторичный воздух должен иметь напор, иначе он просто не сможет смешаться с пламенем и транзитом улетит в дымоход, забирая тепло из топки.

Поэтому, принимая во внимание высокое содержание летучих веществ в древесном топливе, нужно понимать, что важным фактором при сжигании твердого топлива в котлах есть большая длина пламени. То есть, что бы все правильно горело и дожигалось, пламя должно пройти некое расстояние, не касаясь холодных поверхностей теплообменника. Огнеупорный кирпич изолирует стенки топки от непосредственного контакта с пламенем.

Многие ошибочно полагают, что роль огнеупорного кирпича — это защита стенок от прогара. Может быть, в какой-то степени он так и работает. Хотя теплообменным поверхностям водогрейных котлов не грозит прогорание, пока теплообменник заполнен теплоносителем. Прогорание теплообменника — проблема воздушных котлов (теплогенераторов). Основная роль огнеупорных материалов в водогрейных котлах — это отсечение зоны горения от непосредственного контакта с теплообменником для повышения температуры в очаге. Можно сказать, что шамот выступаем в данном случае в качестве утеплителя.

Дожиг летучих компонентов благодаря огнеупорному кирпичу

Важным фактором дожига летучих компонентов твердого топлива есть температура.

Из курса школьной физики все знают: что бы реакция шла быстрее нужно повышать температуру. Но, помимо скорости реакции, в сжигании важна качественная составляющая. В летучих компонентах существуют соединения которым нужна высокая температура, иначе реакция окисления не произойдет. Например, чтобы окислить СО нужна температура от 600 гр. и выше и т.д.

Научно доказано, что в котлах с водоохлаждаемыми стенками вряд ли получится поднять общую температуру больше 500 гр., а особенно, если языки пламени достают до стенок теплообменника , то ситуация с дожигом становится совсем грустная.

Поэтому во всех котлах, работающих на древесном топливе, рекомендуется закрывать огнеупорным кирпичом или бетоном хотя бы часть топки.

Без большой температуры в зоне сжигания не получится создать качественное горение, этот вывод описан во многих книгах по теплотехнике.

Таким образом огнеупорный кирпич в топке необходим для сжигания низкокаллорийного топлива.

(продолжение следует)