Топка представляет собой специальное устройство, предназначенное для сжигания органического топлива с целью получения дымовых газов высокой температуры. Выделяемое тепло затем используется непосредственно в технологических процессах либо преобразуется в другие виды энергии — механическую или электрическую — в составе более сложных установок. Основу конструкции любой топки составляют две ключевые компоненты: камера, куда загружается топливо, и окислитель, которым, как правило, служит воздух. В зависимости от агрегатного состояния используемого топлива — твердого, жидкого или газообразного — различаются и особенности конструкции. По своему основному назначению топки подразделяются на котловые и печные.
Котловые и печные топки
Топка-котел — это устройство, стенки которого оснащены системой труб. По этим трубам циркулирует теплоноситель, обычно вода или пар. Продукты сгорания топлива, проходя через камеру, отдают свое тепло этому теплоносителю, который затем используется для различных нужд.
Топка-печь работает по иному принципу: дымовые газы, заполняющие рабочее пространство печи, напрямую отдают тепло обрабатываемым материалам, изделиям или же используются для целей отопления. Максимально возможная температура газов, известная как жаропроизводительность топлива, зависит от его вида, расхода и избытка воздуха, а также теплоемкости самих газов. Следует отметить, что реальная температура в топке обычно ниже теоретического предела из-за неполного сгорания топлива.
Повышение эффективности горения
Для увеличения температуры горения и общей эффективности процесса применяются различные методы. К ним относятся предварительный подогрев топлива или воздуха, а также обогащение воздуха кислородом. Экономичность и производительность топки оцениваются по ряду параметров, таких как тепловое напряжение, площадь поверхности сгорания, количество выделяемой теплоты, тепловое напряжение топочного пространства и общий объем камеры.
Классификация топок по процессу сгорания
В зависимости от характера топочного процесса все топки можно разделить на три основные группы.
Слоевые топки
Это наиболее древний тип устройств, в котором твердое топливо (торф, антрацит, каменный уголь) сжигается в специальном слое на решетке. Конструкция решетки может быть неподвижной или движущейся (например, цепной).
Факельные топки
Появившиеся в 1920-х годах, эти топки используют принцип факельного горения. Твердое топливо предварительно измельчается до пылевидного состояния, что позволяет значительно повысить производительность даже при использовании низкокачественного сырья (бурый уголь, фрезерный торф). В факельных топках также можно сжигать жидкое топливо (мазут), распыляемое форсунками, и газообразное, которое подается без предварительной подготовки.
Вихревые (циклонные) топки
Разработанные в 1950-х годах, эти камерные топки отличаются высокой паропроизводительностью (свыше 2000 т/ч). Их работа основана на полном сгорании мельчайших частиц топлива (угольной пыли) в интенсивном газовоздушном вихре, создаваемом в камере-предтопке. Для защиты от шлакования стенки таких топок выполняют в виде экранов. Движение дымовых газов обеспечивается вентиляторами и дымососами, а отвод продуктов сгорания осуществляется через дымовые трубы.