Для слоевого сжигания древесного топлива в условиях лесной промышленности наибольшее распространение получили топки, основанные на слоевом способе сжигания. Конструкции этих топочных устройств наиболее просты, надежны в эксплуатации и могут быть приспособлены к часто изменяющимся фракционному составу и влажности древесного топлива. Топки, работающие по слоевому способу, наиболее подходящие для автоматизированных котельных.
Слоевое сжигание древесной биомассы может быть реализован путем использования следующих принципов организации работы слоя:
Слоевое сжигание в горизонтальном слое. Наиболее старым принципом организации сжигания кусковых древесных отходов и дров является сжигание их в горизонтальном слое на колосниковой решетке. По этому принципу работают ручные топки для дров и кусковых отходов. Загрузка древесного топлива на горизонтальную решетку при ручном обслуживании является очень трудоемкой операцией и связана с тяжелым физическим трудом.
Механизация загрузки мелкого древесного топлива на горизонтальную решетку требует разработки весьма сложного по конструкции забрасывателя топлива. Высота слоя древесного топлива на горизонтальной решетке при работе топки все время изменяется, то существенно затрудняет ее обслуживание. Слоевое сжигание древесного топлива на горизонтальных решетках применяется в настоящее время только в топках котлов малой мощности и при печном отоплении жилого фонда.
Слоевое сжигание топлива в вертикальном слое. Этот принцип сжигания является более совершенным. Впервые он был внедрен в практику проф. К. В. Киршем, который разработал топочное устройство с вертикальным зеркалом горения для сжигания дров. Размеры слоя топлива при сжигании древесины по этому принципу стабильны по времени, во время загрузки топлива холодный воздух не проходит в топочное пространство, как это имеет место в топках с горизонтальным слоем, трудоемкость загрузки топлива здесь ниже. Основным недостатком этого принципа сжигания является неодинаковая толщина слоя топлива, который должны преодолеть воздух и продукты горения при движении от колосниковой решетки до зеркала горения.
Топки с вертикальным слоем целесообразно применять для сжигания мелких древесных отходов, обладающих малой сыпучестью и склонностью к сводообразованию. Слоевое сжигание опилок в топках с вертикальным слоем затруднено.
Слоевое сжигание топлива в наклонном слое. Наиболее совершенным и распространенным принципом сжигания является сжигание топлива в наклонном слое, при котором возможно конструктивными средствами обеспечить постоянную толщину слоя топлива и одинаковые условия для прохода воздуха и продуктов горения через слой по всей площади колосниковой решетки.
В топках с наклонным слоем возможно применение эффективных средств регулирования толщины слоя в соответствии с конкретным видом сжигаемого древесного топлива. Топочные устройства с наклонным слоем обеспечивают возможность сжигания древесного топлива весьма широкого фракционного состава, начиная с опилок и кончая крупнокусковыми отходами и дровами.
Кучевое сжигание мелкого древесного топлива. Кучевым сжиганием называют сжигание мелкого древесного топлива на колосниковой решетке конической формы, на которой располагается топливо в виде кучи, образующей поверхности естественного откоса. По существу, этот принцип является разновидностью сжигания топлива в наклонном слое. За рубежом такое сжигание получило широкое применение, хотя оно связано с довольно сложными механизмами для подачи топлива. Привлекательной стороной данного способа является возможность организации вихревого движения продуктов сгорания и вторичного воздуха над слоем топлива с целью дожигания парусных частиц древесного угля и уменьшения уноса их с дымовыми газами.
Сжигание топлива в зажатом слое. Принцип сжигания мелкого древесного топлива в зажатом слое был предложен В. В. Померанцевым. Сущность его заключается в том, что вертикальный или немного наклоненный слой мелкого древесного топлива зажимается трубной или кирпичной решеткой, препятствующей выносу из слоя частиц топлива, в результате чего создаются условия, обеспечивающие высокую напряженность горения. По этому принципу работают топки скоростного горения конструкции НПО ЦКТИ им. И. И. Ползунова для котлов ДКВр и КЕ. Они применяются для сжигания древесной щепы и опилок при зольности их на сухую массу не более 1 - 2 %.