Топка

То́пка — устройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов. Полученная тепловая энергия либо преобразуется в электрическую или механическую энергию, либо используется для технологических и других целей.

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 недожога, снижающих КПД топки, и доля вредных веществ).

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

Существуют закрытые и открытые топки. Они могут располагаться в печи, на паровозе или в стационарном котле.

Типы топок

Слоевые топки

См. также: Колосниковая решётка

Слоевая топка — топка, в которой горение твёрдого топлива, загруженного слоем (обычно на колосниковую решётку), происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой (обычно, но не всегда, снизу вверх). Исторически это первый тип сжигания топлива, ведущий происхождение от первобытного костра. Топливо может загружаться вручную, через дверцу, или механически, из бункера (часто с помощью забрасывателей). Для помещения в бункер топливу придаётся нужная крупность измельчением на дробилках (не мельницах), либо, наоборот, формированием пеллет (см. Пеллетный котёл). С точки зрения устройства решётки и характера движения по ней топлива топки могут быть следующих разновидностей:

• 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 пара).
• Со слоем топлива, движущимся по неподвижной решётке под действием гравитации (напр. по наклонной решётке) или шурующей планки. В шахтных топках топливо поступает по мере выгорания из загрузочной горловины, где оно подсушивается и разогревается с частичным выходом летучих.
• 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. Если количество воздуха, поступающего сквозь слой, не очень велико, а толщина горящего слоя значительна, часть этих газов при недостатке окислителя (кислорода) не сгорает (при этом температура зоны повышается до 1500—1600 °C). Далее происходит восстановление углерода 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 пиролизных котлов.

Если слоевая топка не перефорсирована (дутьё не слишком сильное), механический недожог 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 циркуляции котла.

Топки с кипящим слоем

Иногда данные топки формально относят к слоевым, однако состояние топлива в них существенно отличается. В восходящем потоке газа загрузка из 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 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 кипящего слоя.

В низкотемпературном (800—900 °C) кипящем слое весьма эффективно подавляется выделение оксидов азота и можно применить погружную поверхность, к которой исключительно высок коэффициент теплоотдачи (нагретые частицы топлива соприкасаются с ней непосредственно, и часть тепла передаётся не конвекцией, а теплопроводностью). Для регулировки температуры слоя во избежание шлакования можно вводить воду и пар, 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 карбонаты до 90 % оксидов серы. Топливом могут служить уголь (в том числе в виде остатков в золе от низкоэффективных котлов), горючий сланец, торф, древесные и иные отходы.

Топки кипящего слоя не чувствительны к качеству топлива в смысле его химического состава, но чувствительны к однородности фракционного состава частиц топлива и инертной засыпки. 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 углерода 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 абразивный износ теплопередающих поверхностей, особенно высокий у погружных.

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

Топки кипящего слоя под давлением до 16 кгс/см² с глубокой очисткой газа от золы могут использоваться для организации работы газовых турбин на твёрдом топливе (в составе высоконапорного парогенератора ПГУ)

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, 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 эрозии меньше, чем в обычной топке кипящего слоя. Выброс золы с газами небольшой (но требуется всё же установка электрофильтров). Недостатками являются большой расход электроэнергии на дутьё и большая сложность изготовления и автоматизации котлов ЦКС; в России они в настоящее время не выпускаются.

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 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. [img.encyc.yandex.net/illustrations/bse/pictures/02563/892330.jpg Схема камерной топки]

Вихревая топка, или циклонная топка, — топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на 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 счет поддержания в циклонной топке высоких, до 1700—1800 °С, температур. При этом частицы топлива прилипают и выгорают в медленно стекающей по стенкам топки пленке жидкого шлака.

В культуре

• В 1920 году революционеры, борцы за Советскую власть на Дальнем Востоке Сергей Лазо, Всеволод Сибирцев и Алексей Луцкий (по официальной советской версии) были сожжены японскими интервентами в топке паровоза Е^л−629.
• В интернет-сленге слово «топка» обозначачает «корзину», место, куда отправляется всё ненужное. Призыв "В топку!" (или Фтопку!) означает отрицательное отношение к предмету, предложение уничтожить его или убрать с глаз долой.

См. также

• Топка Бельпера
• Камера сгорания
• Топка каминная
• Вихревая топка

Ссылки

• [boilerbook.ru/topochnye-ustrojstva-kotlov.html Топочные устройства котлов]
• [www.vostokmedia.ru/news.details.php?id=20705 Митинг в Уссурийске]

Отрывок, характеризующий Топка

– Хорошо, на пятьдесят империалов, – что я выпью бутылку рома всю, не отнимая ото рта, выпью, сидя за окном, вот на этом месте (он нагнулся и показал покатый выступ стены за окном) и не держась ни за что… Так?…
– Очень хорошо, – сказал англичанин.
Анатоль повернулся к англичанину и, взяв его за пуговицу фрака и сверху глядя на него (англичанин был мал ростом), начал по английски повторять ему условия пари.
– Постой! – закричал Долохов, стуча бутылкой по окну, чтоб обратить на себя внимание. – Постой, Курагин; слушайте. Если кто сделает то же, то я плачу сто империалов. Понимаете?
Англичанин кивнул головой, не давая никак разуметь, намерен ли он или нет принять это новое пари. Анатоль не отпускал англичанина и, несмотря на то что тот, кивая, давал знать что он всё понял, Анатоль переводил ему слова Долохова по английски. Молодой худощавый мальчик, лейб гусар, проигравшийся в этот вечер, взлез на окно, высунулся и посмотрел вниз.
– У!… у!… у!… – проговорил он, глядя за окно на камень тротуара.
– Смирно! – закричал Долохов и сдернул с окна офицера, который, запутавшись шпорами, неловко спрыгнул в комнату.
Поставив бутылку на подоконник, чтобы было удобно достать ее, Долохов осторожно и тихо полез в окно. Спустив ноги и расперевшись обеими руками в края окна, он примерился, уселся, опустил руки, подвинулся направо, налево и достал бутылку. Анатоль принес две свечки и поставил их на подоконник, хотя было уже совсем светло. Спина Долохова в белой рубашке и курчавая голова его были освещены с обеих сторон. Все столпились у окна. Англичанин стоял впереди. Пьер улыбался и ничего не говорил. Один из присутствующих, постарше других, с испуганным и сердитым лицом, вдруг продвинулся вперед и хотел схватить Долохова за рубашку.
– Господа, это глупости; он убьется до смерти, – сказал этот более благоразумный человек.
Анатоль остановил его:
– Не трогай, ты его испугаешь, он убьется. А?… Что тогда?… А?…
Долохов обернулся, поправляясь и опять расперевшись руками.
– Ежели кто ко мне еще будет соваться, – сказал он, редко пропуская слова сквозь стиснутые и тонкие губы, – я того сейчас спущу вот сюда. Ну!…
Сказав «ну»!, он повернулся опять, отпустил руки, взял бутылку и поднес ко рту, закинул назад голову и вскинул кверху свободную руку для перевеса. Один из лакеев, начавший подбирать стекла, остановился в согнутом положении, не спуская глаз с окна и спины Долохова. Анатоль стоял прямо, разинув глаза. Англичанин, выпятив вперед губы, смотрел сбоку. Тот, который останавливал, убежал в угол комнаты и лег на диван лицом к стене. Пьер закрыл лицо, и слабая улыбка, забывшись, осталась на его лице, хоть оно теперь выражало ужас и страх. Все молчали. Пьер отнял от глаз руки: Долохов сидел всё в том же положении, только голова загнулась назад, так что курчавые волосы затылка прикасались к воротнику рубахи, и рука с бутылкой поднималась всё выше и выше, содрогаясь и делая усилие. Бутылка видимо опорожнялась и с тем вместе поднималась, загибая голову. «Что же это так долго?» подумал Пьер. Ему казалось, что прошло больше получаса. Вдруг Долохов сделал движение назад спиной, и рука его нервически задрожала; этого содрогания было достаточно, чтобы сдвинуть всё тело, сидевшее на покатом откосе. Он сдвинулся весь, и еще сильнее задрожали, делая усилие, рука и голова его. Одна рука поднялась, чтобы схватиться за подоконник, но опять опустилась. Пьер опять закрыл глаза и сказал себе, что никогда уж не откроет их. Вдруг он почувствовал, что всё вокруг зашевелилось. Он взглянул: Долохов стоял на подоконнике, лицо его было бледно и весело.
– Пуста!
Он кинул бутылку англичанину, который ловко поймал ее. Долохов спрыгнул с окна. От него сильно пахло ромом.
– Отлично! Молодцом! Вот так пари! Чорт вас возьми совсем! – кричали с разных сторон.
Англичанин, достав кошелек, отсчитывал деньги. Долохов хмурился и молчал. Пьер вскочил на окно.
Господа! Кто хочет со мною пари? Я то же сделаю, – вдруг крикнул он. – И пари не нужно, вот что. Вели дать бутылку. Я сделаю… вели дать.
– Пускай, пускай! – сказал Долохов, улыбаясь.
– Что ты? с ума сошел? Кто тебя пустит? У тебя и на лестнице голова кружится, – заговорили с разных сторон.
– Я выпью, давай бутылку рому! – закричал Пьер, решительным и пьяным жестом ударяя по столу, и полез в окно.
Его схватили за руки; но он был так силен, что далеко оттолкнул того, кто приблизился к нему.
– Нет, его так не уломаешь ни за что, – говорил Анатоль, – постойте, я его обману. Послушай, я с тобой держу пари, но завтра, а теперь мы все едем к***.
– Едем, – закричал Пьер, – едем!… И Мишку с собой берем…
И он ухватил медведя, и, обняв и подняв его, стал кружиться с ним по комнате.


Князь Василий исполнил обещание, данное на вечере у Анны Павловны княгине Друбецкой, просившей его о своем единственном сыне Борисе. О нем было доложено государю, и, не в пример другим, он был переведен в гвардию Семеновского полка прапорщиком. Но адъютантом или состоящим при Кутузове Борис так и не был назначен, несмотря на все хлопоты и происки Анны Михайловны. Вскоре после вечера Анны Павловны Анна Михайловна вернулась в Москву, прямо к своим богатым родственникам Ростовым, у которых она стояла в Москве и у которых с детства воспитывался и годами живал ее обожаемый Боренька, только что произведенный в армейские и тотчас же переведенный в гвардейские прапорщики. Гвардия уже вышла из Петербурга 10 го августа, и сын, оставшийся для обмундирования в Москве, должен был догнать ее по дороге в Радзивилов.
У Ростовых были именинницы Натальи, мать и меньшая дочь. С утра, не переставая, подъезжали и отъезжали цуги, подвозившие поздравителей к большому, всей Москве известному дому графини Ростовой на Поварской. Графиня с красивой старшею дочерью и гостями, не перестававшими сменять один другого, сидели в гостиной.
Графиня была женщина с восточным типом худого лица, лет сорока пяти, видимо изнуренная детьми, которых у ней было двенадцать человек. Медлительность ее движений и говора, происходившая от слабости сил, придавала ей значительный вид, внушавший уважение. Княгиня Анна Михайловна Друбецкая, как домашний человек, сидела тут же, помогая в деле принимания и занимания разговором гостей. Молодежь была в задних комнатах, не находя нужным участвовать в приеме визитов. Граф встречал и провожал гостей, приглашая всех к обеду.
«Очень, очень вам благодарен, ma chere или mon cher [моя дорогая или мой дорогой] (ma сherе или mon cher он говорил всем без исключения, без малейших оттенков как выше, так и ниже его стоявшим людям) за себя и за дорогих именинниц. Смотрите же, приезжайте обедать. Вы меня обидите, mon cher. Душевно прошу вас от всего семейства, ma chere». Эти слова с одинаковым выражением на полном веселом и чисто выбритом лице и с одинаково крепким пожатием руки и повторяемыми короткими поклонами говорил он всем без исключения и изменения. Проводив одного гостя, граф возвращался к тому или той, которые еще были в гостиной; придвинув кресла и с видом человека, любящего и умеющего пожить, молодецки расставив ноги и положив на колена руки, он значительно покачивался, предлагал догадки о погоде, советовался о здоровье, иногда на русском, иногда на очень дурном, но самоуверенном французском языке, и снова с видом усталого, но твердого в исполнении обязанности человека шел провожать, оправляя редкие седые волосы на лысине, и опять звал обедать. Иногда, возвращаясь из передней, он заходил через цветочную и официантскую в большую мраморную залу, где накрывали стол на восемьдесят кувертов, и, глядя на официантов, носивших серебро и фарфор, расставлявших столы и развертывавших камчатные скатерти, подзывал к себе Дмитрия Васильевича, дворянина, занимавшегося всеми его делами, и говорил: «Ну, ну, Митенька, смотри, чтоб всё было хорошо. Так, так, – говорил он, с удовольствием оглядывая огромный раздвинутый стол. – Главное – сервировка. То то…» И он уходил, самодовольно вздыхая, опять в гостиную.
– Марья Львовна Карагина с дочерью! – басом доложил огромный графинин выездной лакей, входя в двери гостиной.
Графиня подумала и понюхала из золотой табакерки с портретом мужа.
– Замучили меня эти визиты, – сказала она. – Ну, уж ее последнюю приму. Чопорна очень. Проси, – сказала она лакею грустным голосом, как будто говорила: «ну, уж добивайте!»
Высокая, полная, с гордым видом дама с круглолицей улыбающейся дочкой, шумя платьями, вошли в гостиную.
«Chere comtesse, il y a si longtemps… elle a ete alitee la pauvre enfant… au bal des Razoumowsky… et la comtesse Apraksine… j'ai ete si heureuse…» [Дорогая графиня, как давно… она должна была пролежать в постеле, бедное дитя… на балу у Разумовских… и графиня Апраксина… была так счастлива…] послышались оживленные женские голоса, перебивая один другой и сливаясь с шумом платьев и передвиганием стульев. Начался тот разговор, который затевают ровно настолько, чтобы при первой паузе встать, зашуметь платьями, проговорить: «Je suis bien charmee; la sante de maman… et la comtesse Apraksine» [Я в восхищении; здоровье мамы… и графиня Апраксина] и, опять зашумев платьями, пройти в переднюю, надеть шубу или плащ и уехать. Разговор зашел о главной городской новости того времени – о болезни известного богача и красавца Екатерининского времени старого графа Безухого и о его незаконном сыне Пьере, который так неприлично вел себя на вечере у Анны Павловны Шерер.
– Я очень жалею бедного графа, – проговорила гостья, – здоровье его и так плохо, а теперь это огорченье от сына, это его убьет!
– Что такое? – спросила графиня, как будто не зная, о чем говорит гостья, хотя она раз пятнадцать уже слышала причину огорчения графа Безухого.
– Вот нынешнее воспитание! Еще за границей, – проговорила гостья, – этот молодой человек предоставлен был самому себе, и теперь в Петербурге, говорят, он такие ужасы наделал, что его с полицией выслали оттуда.
– Скажите! – сказала графиня.
– Он дурно выбирал свои знакомства, – вмешалась княгиня Анна Михайловна. – Сын князя Василия, он и один Долохов, они, говорят, Бог знает что делали. И оба пострадали. Долохов разжалован в солдаты, а сын Безухого выслан в Москву. Анатоля Курагина – того отец как то замял. Но выслали таки из Петербурга.
– Да что, бишь, они сделали? – спросила графиня.
– Это совершенные разбойники, особенно Долохов, – говорила гостья. – Он сын Марьи Ивановны Долоховой, такой почтенной дамы, и что же? Можете себе представить: они втроем достали где то медведя, посадили с собой в карету и повезли к актрисам. Прибежала полиция их унимать. Они поймали квартального и привязали его спина со спиной к медведю и пустили медведя в Мойку; медведь плавает, а квартальный на нем.
– Хороша, ma chere, фигура квартального, – закричал граф, помирая со смеху.
– Ах, ужас какой! Чему тут смеяться, граф?
Но дамы невольно смеялись и сами.
– Насилу спасли этого несчастного, – продолжала гостья. – И это сын графа Кирилла Владимировича Безухова так умно забавляется! – прибавила она. – А говорили, что так хорошо воспитан и умен. Вот всё воспитание заграничное куда довело. Надеюсь, что здесь его никто не примет, несмотря на его богатство. Мне хотели его представить. Я решительно отказалась: у меня дочери.
– Отчего вы говорите, что этот молодой человек так богат? – спросила графиня, нагибаясь от девиц, которые тотчас же сделали вид, что не слушают. – Ведь у него только незаконные дети. Кажется… и Пьер незаконный.
Гостья махнула рукой.
– У него их двадцать незаконных, я думаю.
Княгиня Анна Михайловна вмешалась в разговор, видимо, желая выказать свои связи и свое знание всех светских обстоятельств.
– Вот в чем дело, – сказала она значительно и тоже полушопотом. – Репутация графа Кирилла Владимировича известна… Детям своим он и счет потерял, но этот Пьер любимый был.
– Как старик был хорош, – сказала графиня, – еще прошлого года! Красивее мужчины я не видывала.
– Теперь очень переменился, – сказала Анна Михайловна. – Так я хотела сказать, – продолжала она, – по жене прямой наследник всего именья князь Василий, но Пьера отец очень любил, занимался его воспитанием и писал государю… так что никто не знает, ежели он умрет (он так плох, что этого ждут каждую минуту, и Lorrain приехал из Петербурга), кому достанется это огромное состояние, Пьеру или князю Василию. Сорок тысяч душ и миллионы. Я это очень хорошо знаю, потому что мне сам князь Василий это говорил. Да и Кирилл Владимирович мне приходится троюродным дядей по матери. Он и крестил Борю, – прибавила она, как будто не приписывая этому обстоятельству никакого значения.