Типы колосниковых решёток котлов: неподвижная, стокерная, переталкивающая и вращающаяся

В котельных установках на твёрдом топливе то, как сгорает топливо, во многом определяет колосниковая решётка. Одно и то же топливо — уголь или биомасса — на неподходящей решётке недогорает и уходит в золу, шлакуется и весь день занимает оператора; на правильно выбранной решётке оно горит равномерно и в автоматическом режиме. Поэтому выбор между типами колосниковых решёток котла — инвестиционное решение не менее важное, чем выбор самого топлива.

В этой статье мы сравниваем четыре основных типа колосниковых решёток котла — неподвижную решётку, шнековую (стокерную) подачу, переталкивающую решётку и вращающуюся решётку — по принципу работы, пригодности для разных видов топлива, уровню автоматизации и потребности в обслуживании. В конце вы найдёте практическую дорожную карту по выбору решётки под ваше топливо и перечень типичных ошибок.

Какие бывают типы колосниковых решёток котла?

Колосниковые решётки котлов делятся на четыре основные группы в зависимости от того, как твёрдое топливо перемещается в топке, как к нему подводится воздух и как удаляется зола: неподвижная решётка с ручной загрузкой, стокерная система со шнековой подачей, переталкивающая решётка, продвигающая топливо ступенчатыми элементами, и вращающаяся колосниковая решётка, работающая как подвижное цепное полотно. Выбор делается исходя из вида топлива и требуемой мощности.

Независимо от типа, у колосниковой решётки три основные задачи: удерживать топливо на протяжении всего процесса горения, равномерно распределять воздух для горения под слоем топлива и удалять из топки несгоревшую часть, то есть золу. Типы различаются тем, выполняются ли эти три задачи вручную или автоматически, на каком топливе и в каком масштабе.

Неподвижная колосниковая решётка

Неподвижная колосниковая решётка — самый простой тип решётки: она не имеет движущихся частей и, как правило, набирается из литых колосников. Топливо забрасывается вручную, воздух поступает снизу через зазоры между колосниками, а золу периодически вручную шуруют и удаляют. Капитальные затраты невелики, однако горение колеблется при каждой загрузке, а котёл постоянно зависит от оператора. Поэтому такая решётка применяется лишь в отопительных котлах малой мощности.

Шнековая (стокерная) подача

В котле со шнековой подачей (стокерном котле) топливо равномерно подаётся из бункера винтовым шнеком непосредственно в зону горения. Поскольку скорость подачи регулируется по потребности в паре или по температуре, горение получается гораздо стабильнее, чем при ручной загрузке. Стокер хорошо работает на сыпучем топливе определённой фракции — угле класса «орех», пеллетах, сухой лузге и скорлупе — и является экономичным решением для малой и средней мощности.

Переталкивающая колосниковая решётка

Переталкивающая (наклонно-переталкивающая) решётка — разновидность подвижной колосниковой решётки с наклонной ступенчатой поверхностью. Часть колосников совершает возвратно-поступательное движение и постепенно сталкивает топливо вниз; на этом пути топливо подсыхает, газифицируется, сгорает и в конце ссыпается в виде золы. Котлы с такой решёткой на рынке так и называют — котлы с переталкивающей решёткой.

Благодаря постоянному ворошению топлива переталкивающая решётка широко применяется для влажной и неоднородной биомассы — например, сырой щепы, коры и лесосечных отходов. Поскольку подвижных элементов много, ей обычно требуются гидравлический привод и регулярное обслуживание.

Вращающаяся колосниковая решётка (цепная подвижная решётка)

Вращающаяся колосниковая решётка — подвижная решётка, у которой литые колосниковые плиты из жаростойкого сплава непрерывно движутся на цепях, как конвейер; в отрасли её называют также цепной решёткой. Топливо ложится равномерным слоем в начале решётки, сгорает по мере её движения, а в конце решётки зола сбрасывается сама. Воздух для горения подаётся под решётку. Такая решётка подходит для котлов средней и большой мощности, работающих непрерывно.

Разработанная Çiftel система сжигания твёрдого топлива с вращающейся колосниковой решёткой — запатентованная конструкция: шнек и гильотинная гребёнка равномерно распределяют топливо по решётке, толщина слоя регулируется автоматически, а скорость подачи топлива, скорость решётки и количество воздуха управляются согласованно. Принцип работы мы пошагово описали в статье «Как работает вращающаяся колосниковая решётка».

Сравнение неподвижной, стокерной, переталкивающей и вращающейся решёток

В таблице ниже четыре типа колосниковых решёток котла сопоставлены по критериям, на которые смотрит эксплуатирующее предприятие при принятии решения. Диапазоны мощности указаны качественно; точные границы определяются свойствами топлива и конструкцией котла.

Вывод из таблицы таков: среди типов колосниковых решёток котла неподвижная решётка оправдана лишь при небольших и простых потребностях. На малых и средних объектах, где нужна автоматическая работа, выигрывает стокер; для биомассы с очень высокой влажностью и неоднородной фракцией — переталкивающая решётка; а на предприятиях с постоянной и большой потребностью в паре — вращающаяся решётка.

Как выбрать колосниковую решётку под топливо?

Тип колосниковой решётки выбирают прежде всего по характеристикам топлива и лишь затем — по мощности котла. Определяющими являются низшая теплота сгорания, влажность, зольность, выход летучих веществ и температура плавления золы. Эти величины напрямую влияют на ширину и длину решётки, толщину слоя и количество воздуха для горения.

• Импортный и местный уголь: Сортированный уголь подходящей фракции эффективно сгорает на вращающейся решётке; при малой мощности уголь класса «орех» можно сжигать и в стокерной топке. Для высокозольных местных углей площадь решётки и система золоудаления соответственно увеличиваются.
• Скорлупа фундука, пеллеты, подсолнечная лузга: Это сухое, однородное и сыпучее топливо подходит как для стокерных систем, так и для систем с вращающейся решёткой. С ростом мощности преимущество переходит к вращающейся решётке.
• Оливковый жмых: Зольность относительно высокая, а влажность меняется от партии к партии. Из-за склонности к шлакованию толщину слоя и распределение воздуха нужно настраивать особенно тщательно; непрерывное золоудаление на вращающейся решётке даёт на этом топливе преимущество.
• Опилки и щепа: Сухие опилки при соответствующей конструкции можно сжигать на вращающейся решётке. Для сырой щепы и коры с очень высокой влажностью и неоднородной фракцией распространённым решением является переталкивающая решётка; в этом случае стоит также рассмотреть подсушку топлива или его смешивание с сухим топливом.
• Переменное топливо: Если вы планируете переходить с угля на биомассу и обратно в зависимости от цен на топливо, выбирайте решётку с широким диапазоном регулировок.

Прежде чем проектировать решётку, мы в Çiftel запрашиваем анализ топлива, которое будет использоваться, и рассчитываем размеры вращающейся решётки исходя из теплоты сгорания, зольности, влажности, выхода летучих веществ и температуры плавления золы. Типичные характеристики видов биотоплива мы свели в таблицу в нашем руководстве по котлам на биомассе.

Вращающаяся решётка или котёл со шнековой подачей?

При малой и средней мощности, однородной фракции топлива и сравнительно невысоком расходе экономичнее стокерный котёл. При средней и большой мощности, на предприятиях с непрерывной работой и возможной сменой топлива больше подходит вращающаяся решётка. Решение о выборе между этими двумя типами принимается с учётом потребности в паре, суточной продолжительности работы и свойств топлива в совокупности.

Водотрубный стокерный котёл благодаря топливному бункеру, шнековой подаче и автоматическому золоудалению работает полностью автоматически, а его монтаж и обслуживание проще. Вращающаяся решётка, в свою очередь, справляется с более широким спектром топлива и большим расходом топлива. Поэтому для предприятий с постоянным потреблением пара мы, как правило, проектируем вращающуюся решётку в комплексе с нашими водотрубными котлами коллекторного типа.

Обе системы вместе с типами котлов и вариантами топлива мы также сравнили в нашем руководстве по угольным котлам. Если у вас котёл на природном газе или жидком топливе, перейти на твёрдое топливо можно и без замены котла — с помощью предтопка горелочного типа и вращающейся колосниковой решётки.

Ошибки при выборе типа колосниковой решётки

Значительная часть проблем, с которыми мы сталкиваемся на объектах, вызвана не котлом, а неправильно выбранной или неверно рассчитанной решёткой. Вот наиболее частые ошибки при оценке типов колосниковых решёток котла:

1. Смотреть только на первоначальные вложения: Дешёвая решётка быстро обходится дорого из-за недожога в золе, высокого избытка воздуха и затрат рабочего времени оператора.
2. Принимать решение без анализа топлива: Недостаточно сказать «будем сжигать скорлупу фундука»: влажность и зольность одного и того же топлива могут заметно меняться в зависимости от поставщика и сезона.
3. Рассчитывать решётку только по мощности: Низкокалорийное или влажное топливо для получения того же количества пара требует большего расхода топлива и большей площади решётки.
4. Игнорировать температуру плавления золы: У топлива, зола которого размягчается при низкой температуре, шлак забивает воздушные зазоры решётки; горение нарушается, плиты перегреваются.
5. Откладывать на потом хранение и подачу топлива: Если не учесть объём бункера, производительность шнека и сводообразование волокнистого топлива, даже лучшая решётка останется без топлива.
6. Привязываться к сегодняшнему топливу: Решётка, не позволяющая перейти на другое топливо при изменении цен, ослабляет переговорные позиции предприятия.

Как тип колосниковой решётки влияет на КПД котла?

Разница в КПД между типами колосниковых решёток обусловлена качеством горения. Когда слой топлива имеет равномерную толщину, а воздух распределяется правильно, топливо сгорает полностью, содержание несгоревшего углерода в золе снижается, а потери тепла с уходящими газами из-за избыточного воздуха уменьшаются. На неподвижной решётке с ручной загрузкой горение нарушается в момент каждой загрузки, и КПД колеблется.

В автоматических решётках скорость подачи топлива, толщина слоя и количество воздуха регулируются взаимосвязанно, поэтому котёл работает стабильно и при изменении нагрузки. КПД вашего котла можно оценить с помощью инструмента «Расчёт КПД котла», а варианты на угле и биомассе — сравнить по стоимости единицы энергии с помощью инструмента «Сравнение стоимости топлива».

Подберём решётку под ваше топливо вместе

Универсально правильного типа колосниковой решётки не существует: верный выбор определяют анализ вашего топлива, потребность в паре и режим работы. С 1986 года Çiftel Kazan выпускает на собственном заводе в Kemalpaşa (İzmir) твердотопливные котлы и запатентованные системы сжигания с вращающейся колосниковой решёткой. Чтобы сообщить данные о топливе и потребности в паре, свяжитесь с нами или позвоните по номерам +90 232 479 11 21 / +90 544 479 11 21.