Способ сжигания твердого топлива в бытовом твердотопливном отопительном устройстве с помощью колосниковой решетки и колосниковая решетка для осуществления этого способа
METHOD FOR BURNING SOLID FUEL IN HOUSEHOLD SOLID FUEL HEATING DEVICE USING GRATE AND GRATE FOR IMPLEMENTING THIS METHOD

Изобретение относится к тепловой энергетике, и может быть использовано в бытовых твердотопливных отопительных устройствах, как при изготовлении новых бытовых твердотопливных отопительных устройств, так и при усовершенствовании существующих бытовых твердотопливных отопительных устройств, например, в бытовых отопительных печах, в бытовых отопительно-варочных печах, в банных печах, каминах, а также в бытовых твердотопливных водогрейнях котлах.
Известен способ сжигания твердого топлива в котле Холмова, включающий сжигание твердого топлива с помощью двух колосниковых решеток, где твердое топливо не полностью сжигают, в топливной шахте, с образованием пиролизного газа, с помощью одной колосниковой решетки, и пиролизный газ, полученный от неполного сжигания твердого топлива сжигают с помощью второй колосниковой решетки, в газовой шахте (Патент Украины на полезную модель № 115465, F24H 1/00, F24H 9/00, опубл. 10.04.2017, бюл. №7) [1].
Недостатком этого способа является то, что никак не увеличивают температуру в топливной шахте, при сгорании твердого топлива. Температура сгорания пиролизного газа может достигать 1000°С - 1200°C, но для его сжигания нужна газовая шахта. Это делает невозможным использование указанного способа в бытовых отопительных печах, в бытовых отопительно-варочных печах, в банных печах, каминах, а  в бытовых твердотопливных водогрейных котлах, которые не содержат дополнительный объем для сжигания пиролизного газа.
Известен способ сжигания твердого топлива с помощью, по меньшей мере, двух колосниковых решеток, включающий неполное сжигание твердого топлива в установленном объеме устройства, приспособленном для сжигания твердого топлива, в который воздух подают, по меньшей мере, через одну колосниковую решетку, и нагревают воздух с помощью, по меньшей мере одной колосниковой решетки, а горючий газ, полученный от неполного сжигания твердого топлива, пропускают через другую колосниковую решетку, в зону сгорания горючего газа, и сжигают горючий газ, в зоне сгорания горючего газа, где в зону сгорания горючего газа также подают воздух, нагретый, по меньшей мере, одной колосниковой решеткой (Патент Украины на изобретение №114809, F23B 60/С2, F23B 80/04, F23H 1/02, F23H 17/00, F23B 10/02, F24H 9/18, опубликованный 10.08.2017, бюл. №15) [2].
Недостатком этого способа также является то, что мало увеличивают температуру в установленном объеме устройства, приспособленного для сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. К тому же, этот способ также невозможно использовать в бытовых отопительных печах, в бытовых отопительно-варочных печах, в банных печах, каминах, а также в бытовых твердотопливных водогрейных котлах, которые не содержат дополнительный объем для сжигания горючего газа. При выполнении этого способа, необходим дополнительный объем для сжигания горючего газа.
Известен способ работы горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который включает загрузку твердого топлива (дров) в установленный объем горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, на нижнюю поверхность установленного объема горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, сжигание твердого топлива (дров), в установленном объеме горизонтального двухконтурного тверд топливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива с образованием жара, дополнительную загрузку твердого топлива (дров) на жар, неполное сжигание твердого топлива (дров), с образованием пиролизного газа, в установленном объеме горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, дополнительную подачу воздуха в установленный объем горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, к поверхности твердого топлива, сжигание пиролизного газа, после чего удаления золы из установленного объема горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, через дверцу, и удаление дымовых газов из установленного объема горизонтального двухконтурного твердотопливного котла, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, через дымоход (Патент Украины на полезную модель №76243, F23B 80/02, (2006.01) F24D 17/00, опубл. 25.12.2012, бюл. №24) [3].
Этот способ позволяет увеличить температуру, в установлением объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, но для его использования, в бытовых твердотопливных отопительных устройствах, необходимо изменение конструкции всего твердотопливного отопительного устройства.
К тому же здесь никак не регулируют соотношение объемов воздуха, которое подают для неполного сжигания твердого топлива, и для сжигания пиролизного газа в единицу времени, при сгорании твердого топлива.
Наиболее близким является способ сжигания твердого топлива с помощью колосниковой решетки, который включает загрузку твердого топлива в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, подачи воздуха через верхние основные отверстия колосниковой решетки, к твердому топливу, полное сжигание твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, после чего удаления золы из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, через загрузочные дверцы, и удаления дымовых газов из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, через дымоходное отверстие (Патент Украины на изобретение №108796, F23B 60/02, F23H 1/02, F23H 17/00, опубл. 10.06.2015, бюл. №11 [4].
Недостатком указанного способа является то, что при его осуществлении, недостаточно увеличивают температуру в установленном объеме, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Это обусловлено тем, что нагреть воздух, с помощью колосниковой решетки, например, при температуре сгорания дров в 500°С - 600°С, удается не более, чем до 150°С. (При поступлении к колосниковой решетке комнатного воздуха, температурой в 20°С.) Поэтому, при осуществлении этого способа, увеличить температуру в установленном объеме, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, удается не более, чем на 150°С.
Наиболее близкой является колосниковая решетка, которая содержит топливодержащую плиту, и дополнительные выступы, где топливодержащая плита колосниковой решетки содержит верхние основные отверстия колосниковой решетки, для прохождения воздуха, а дополнительные выступы колосниковой решетки, вместе с топливодержащей плитой колосниковой решетки, образуют каналы колосниковой решетки, для прохождения воздуха [4].
Эта колосниковая решетка вообще не обеспечивает подачу воздуха к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, и имеет большую материалоемкость. Большая материалоемкость обусловлена наличием дополнительных выступов колосниковой решетки.
В основу изобретения поставлена задача, путем усовершенствования способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве, с помощью колосниковой решетки, увеличить температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, с помощью колосниковой решетки, и, при этом, обеспечить регулирование соотношения объемов воздуха, которое подают через верхние основные отверстия колосниковой решетки, и через, по меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие колосниковой решетки, в единицу времени, в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, и путем усовершенствования конструкции самой колосниковой решетки, для осуществления этого способа, обеспечить, с помощью колосниковой решетки, дополнительную подачу воздуха к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, и уменьшить материалоемкость колосниковой решетки.
1. Поставленная задача решается тем, что в способе сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве, с помощью колосниковой решетки, который включает загрузку твердого топлива в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, подачи воздуха через верхние основные отверстия колосниковой решетки, к твердому топливу, полное сжигание твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, после чего удаления золы из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, через загрузочные дверцы, и удаление дымовых газов из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, через дымоходное отверстие, новым является то, что воздух, необходимый для полного сжигания твердого топлива, дополнительно подают к поверхности твердого топлива, через, по меньшей мере, один канал колосниковой решетки, и через, по меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие колосниковой решетки, при сгорании твердого топлива, и при этом обеспечивают верхнее горения твердого топлива и/или сжигание пиролизного газа, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, а соотношения объемов воздуха, которые подают через верхние основные отверстия колосниковой решетки, и через, по меньшой мере, одно боковое дополнительное отверстие колосниковой решетки, в единицу времени, в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, регулируют, в самом установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива.
2. Поставленная задача решается тем, что в колосниковой решетке, которая содержит топливодержащую плиту, и дополнительные выступы, где топливодержащая плита колосниковой решетки содержит верхние основные отверстия колосниковой решетки, для прохождения воздуха, а дополнительные выступы колосниковой решетки, вместе с топливодержащей плитой колосниковой решетки, образуют каналы колосниковой решетки, для прохождения воздуха, новым является то, что дополнительные выступы колосниковой решетки, вместе с топливодержащей плитой колосниковой решетки, или только топливодержащая плита колосниковой решетки, образуют, по меньшей мере, один канал колосниковой решетки, для прохождения воздуха, к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для потного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, и частично, или пот остью, образуют, по меньшей море, одно дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, для прохождения воздуха, к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива.
На фиг. 1 схематически изображено осуществление способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), с помощью колосниковой решетки, при максимальной загрузке твердого топлива, в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, перед разжиганием бытового твердотопливного отопительного устройства. Дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, здесь полностью открыто. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), при сгорании твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Двойной стрелкой указано направление движения дымовых газов, из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива.
На фиг. 2 схематически изображено осуществление способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), с помощью колосниковой решетки, при неполной загрузке твердого топлива, в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, перед разжиганием бытового твердотопливного отопительного устройства. Дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, здесь полностью открыто. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), при сгорании твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Двойной стрелкой указано направление движения дымовых газов, из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Штрих-пунктирной стрелкой указано направление движения балластного воздуха, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива.
На фиг. 3 схематически изображено осуществление способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), с помощью колосниковой решетки, при неполной загрузке твердого топлива, в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, здесь полностью закрыто. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха в бытовом твердотопливном отопительном устройства (бытовой отопительно-варочной печи), пои сгорании твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен дня полного сжигания твердого топлива. Двойной стрелкой указано направление движения дымовых газов, из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Буквой К обозначена ширина посадочного места расположения, колосниковой решетки, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, со стороны дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки, необходимого для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива.
На фиг. 4 схематически изображено осуществление способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройства (бытовой отопительно-варочной печи), с помощью колосниковой решетки, при сжигании пиролизного газа, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, здесь полностью открыто. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха в бытовом твердотопливном отопительном устройства (бытовой отопительно-варочной печи), при сгорании твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Двойной стрелкой указано направление движения дымовых газов, из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Пунктирными стрелками указаны направления движения пиролизного газа.
На фиг. 5 изображено сечение А - А, указанное на фиг. 4. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха.
На фиг. 6 изображено сечение Б - Б, указанное на фиг. 4. Буквой P1 указана ширина колосниковой решетки (габаритный размер). Буквой P2 указана ширина дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки, необходимого для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливною отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Буквой d1 обозначена толщина дополнительного выступа колосниковой решетки.
На фиг. 7 схематически изображено осуществление способа сжигания твердого топлива, в бытовом твердотопливном отопительном устройстве (бытовой отопительно-варочной печи), с помощью колосниковой решетки, при сжигании пиролизного газа, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Дополнительное боковое отверстие колосниковой решетки, частично закрыто валком из золы, образовавшейся после сгорания твердого топлива, и/или валком из несгоревшего твердого топлива. Сплошными стрелками указаны направления движения воздуха в бытовом твердотопливном отопительном устройства (бытовой отопительно-варочной печи), при сгорании твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливною отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Двойной стрелкой указано направление движения дымовых газов, из установленного объема бытового твердотопливною отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива. Пунктирными стрелками указаны направления движения пиролизного газа.
На фиг. 8 изображены три положения колосниковой решетки, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Положения колосниковой решетки обозначены римскими цифрами I, II, и III. Положения колосниковой решетки II, и III, обозначены пунктирными линиями. Буквой М обозначена длина топливодержащей плиты колосниковой решетки. Буквой α обозначен угол наклона плоской топливодержащей плиты колосниковой решетки, к нижней поверхности установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Буквой L обозначена длина колосниковой решетки (габаритный размер). Буквой N обозначена высота колосниковой решетки (габаритный размер). Буквами H1 и Н2 обозначены различные высоты дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки, необходимого для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива, в различных положениях колосниковой решетки. Буквой d2 обозначена толщина топливодержащей плиты колосниковой решетки.
На фиг. 9 изображена колосниковая решетка, которую можно использовать как существующую колосниковую решетку, содержащую только верхние основные отверстия. Пунктирными линиями указало положение этой колосниковой решетки, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при котором ее можно использовать как существующую колосниковую решетку, содержащую только верхние основные отверстия.
На фиг. 10 изображено сечение В - В, указанное на фиг. 9.
На фиг. 11 изображена колосниковая решетка, в которой топливодержащая плита имеет закругленную форму, выгнутую вверх.
На фиг. 12 изображено сечение Г - Г, указанное на фиг. 11.
Способ осуществляют следующим образом. Твердое топливо 1 загружают в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливник), который приспособлен для полного сжигания твердого топлива 1, через открытые загрузочные дверцы 3. Твердым топливом могут быть, например, дрова, уголь, торф. Твердотопливным отопительным устройством может быть бытовая отопительно-варочная печь 4, которая схематически изображена на фиг. 1-7.
После чего поджигают твердое топливо 1 в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2. В бытовой отопительно-варочной печи 4 установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливник) сверху закрыт чугунной варочной плитой 5.
При горении твердого топлива 1 воздух подают к твердому топливу 1 через воздушный канал 6 (поддувало), который находится под установленным объемом бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливника), и через воздушное отверстие 7, которое находится под колосниковой решеткой 8.
С помощью колосниковой решетки 8 воздух подают к твердому топливу 1 снизу через верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 (фиг. 5, 6), и воздух подают к поверхности твердого топлива 1 через, по меньшей мере, один канал 10 колосниковой решетки 8, который приспособлен для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива 1. Также воздух подают, по меньшей мере, через одно дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки 8, которое приспособлено для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива 1. Направления движения воздуха указаны сплошными стрелками на фиг. 1 - 4, 7.
Твердое топливо 1 полностью сжигают в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливнике), который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. После чего удаляют золу из установленного объема бытового твердотопливною отопительного устройства 2, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, через загрузочные дверцы 3 и частично через воздушный канал 6 (поддувало). Через воздушный канал 6 (поддувало) удаляют золу, которая просыпалась через отверстия 9 и 11колосниковой решетки 8.
Удаление дымовых газов из установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства 2, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива 1 осуществляют через дымоходное отверстие 12 в дымоход. При этом поток дымовых газов регулируют с помощью шибера 13. Вместо шибера 13 возможно использовать заслонку. Направления движения дымовых газов указаны двойными стрелками на фиг. 1 - 4, 7.
При загрузке твердого топлива 1, перед разжиганием твердого топлива, в установленный объем бытового твердотопливною отопительного устройства 2 возможно сразу загружать максимальный объем твердого топлива (фиг. 1). После розжига максимального объема твердого топлива будет происходить верхнее горения твердого топлива.
Верхнее горение твердого топлива 1 обеспечивает поток воздуха через, по меньшей мере, один канал 10 колосниковой решетки 8 и, по меньшей мере, одно дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки.
В этом случае верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 значительно закрыты твердым топливом и через них проходит малое количество воздуха недостаточное для полного сгорания твердого топлива. На фиг. 1 направления движения основных потоков воздуха, указаны сплошными стрелками.
При значительно меньшей загрузке твердым топливом 1 установленного объема бытового твердотопливного отопительного устройства 2 после розжига твердого топлива, горение твердого топлива может происходить по всей высоте объема загруженного твердого топлива 1. Такое горение твердого топлива обеспечивают потоки воздуха через верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 (фиг. 2). На фиг. 2 направления движения основных потоков воздуха указаны сплошными стрелками. Но в этом случае через дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки может поступать балластный воздух, уменьшающий температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 при сгорании твердою топлива. На фиг. 2 направление движения балластного воздуха указано штрих - пунктирной стрелкой.
Чтобы избежать поступления балластного воздуха в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2 дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки 8, закрывают твердым топливом (рис. 3). В этом случае твердое топливо сжигают так же, как и с использованием существующих колосниковых решеток, которые имеют только верхние основные отверстия.
Чтобы твердое топливо или зола не сильно просыпались в воздушный канал 6 из, по меньшей мере, одного дополнительною бокового отверстия 11 колосниковой решетки 8 при закрывании отверстия 11 твердым топливом или золой ширина посадочного места 14 расположения колосниковой решетки 8 в установленном объеме бытовою твердотопливного отопительного устройства 2 со стороны дополнительного бокового отверстия 11 колосниковой решетки не должна быть меньше 20 мм. На фиг. 3 ширина посадочного места 14 расположения колосниковой решетки в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 обозначена буквой К.
После сгорания изначально загруженного твердого топлива 1 в установленном объеме 2 образуется жар. На поверхность этого жара снова загружают твердое топливо 1 так, чтобы верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 были частично закрыты жаром и загруженным твердым топливом и обеспечивали прохождение такого объема воздуха в единицу времени, который необходим для неполного сгорания твердого топлива с образованием пиролизного газа. А воздух, необходимый для сжигания пиролизного газа, подают через боковое отверстие 11 колосниковой решетки 8 в установленный объем 2 для сжигания пиролизного газа. И в установленном объеме 2 сжигают пиролизный газ (фиг. 4). Сжигание пиролизного газа, в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива, увеличивает температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива, при сгорании твердого топлива 1.
Образованный при неполном сжигании твердого топлива пиролизный газ поступает как в установленный объем 2 так и в, по меньшей мере, один канал 10 колосниковой решетки 8. Сжигание пиролизного газа происходит как в установленном объеме 2, так и в канале 10 колосниковой решетки. Сожженный в канале 10 колосниковой решетки 8 пиролизный газ нагревает тепловой энергией воздух, поступающий в установленный объем 2 для сжигания пиролизного газа в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива. Это дополнительно увеличивает температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1. На фиг. 4 направления движения пиролизного газа указаны пунктирными стрелками.
Газообразные продукты, образовавшиеся после сгорания пиролизного газа в канале 10 колосниковой решетки 8, имеют высокую температуру (1000°С - 1200°С) и, соответственно, значительную скорость движения вверх под действием выталкивающей силы атмосферною давления. Это ускоряет поток воздуха в установленный объем 2. Благодаря сгоранию пиролизного газа в канале 10 колосниковой решетки, происходит вдувание воздуха в установленный объем 2 энергией газообразных продуктов сгорания пиролизного газа. Это дополнительно увеличивает температуру в установленном объеме 2 подобно тому, как вдувание воздуха увеличивает температуру сгорания твердого топлива в кузнечном горне.
Таким образом, увеличивают температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1, изменяя только конструкцию колосниковой решетки 8, и изменяя конструкцию местоположения 14 колосниковой решетки 8, в установлением объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2. При выполнении этого способа изменять конструкцию всего бытового твердотопливного отопительного устройства не нужно.
Увеличивая температуру в установленном объеме 2 при сгорании твердого топлива увеличивают скорость нагрева отапливаемого помещения. То есть, при увеличенной температуре сгорания твердого топлива потребуется меньшее время для нагрева отапливаемого помещения, и соответственно, меньшее время работы твердотопливного отопительного устройства. При увеличении разницы температур в установленном объеме 2 и в отапливаемом помещении поток тепловой энергии в отапливаемое помещение также увеличивается. При использовании теплообменного устройства для отбора тепловой энергии, образовавшейся при сгорании твердого топлива, поток тепловой энергии аналогично будет зависеть от разницы температур сгорания твердого топлива и температуры воды в отопительной системе. Температура дымовых газов, выбрасываемых в окружающую среду, через дымоход не должна быть меньше 150°С - 160°С. Поэтому, чем меньше будет время работы твердотопливного отопительного устройства, тем меньше тепловой энергии будет выброшено в воздух. Это уменьшит расходы твердого топлива, при отоплении помещения.
При осуществлении заявляемого способа осуществляют регулирование соотношения объемов воздуха, который подают через верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 и через, по меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки в единицу времени в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2, которое приспособлено для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1.
Регулирование соотношения объемов воздуха, который подают через верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки и через, но меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки в единицу времени в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2, которое приспособлено для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1, осуществляют в самом установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливнике).
Для этого, твердое топливо и/или жар, образовавшийся при сгорании твердого топлива, сгребают с колосниковой решетки 8 больше открывая верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 для прохождения воздуха, а дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки больше закрывают для прохождения воздуха, нагребая перед отверстием 11 валок 15 из золы и/или жара, образовавшихся после сгорания твердого топлива и/или самого твердого топлива (рис. 7). Это способствует сгоранию твердого топлива почти полностью с образованием жара.
Или наоборот, твердое топливо и/или жар, образовавшийся при сгорании твердого топлива, нагребают на колосниковую решетку 8 больше закрывая верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 для прохождения воздуха, а дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки больше открывают для прохождения воздуха, уменьшая, а то и вообще убирая перед отверстием 11 валок 15 из золы и/или жара, образовавшихся после сгорания твердого топлива и/или самого твердого топлива. Это способствует сгоранию твердого топлива частично, с образованием пиролизного газа, и сжиганию пиролизного газа.
С помощью выше указанного регулирования возможно также уменьшать или увеличивать скорость сгорания твердого топлива. То есть, возможно, регулировать тепловую мощность, бытового твердотопливною отопительного устройства.
Регулирования соотношения объемов воздуха, который подают через верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки 8 и через, по меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки в единицу времени в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1, возможно осуществлять вместе с регулировкой потока дымовых газов с помощью шибера 13 и/или регулируя поток воздуха через воздушный канал 6 (поддувало). Регулирование потока воздуха через воздушный канал 6 (поддувало) в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства 2 обычно используют в бытовых твердотопливных водогрейных котлах.
Регулирование соотношения объемов воздуха в самом установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливнике) осуществляют через открытые загрузочные дверцы 3 с помощью, например, кочерги (на фиг. не указано).
Используя вышеуказанное регулирования соотношения объемов воздуха в самом установленном объеме бытового твердотопливною отопительного устройства 2 (топливнике), возможно получать больше пиролизного газа при неполном сгорании твердого топлива, и полнее сжигать пиролизный газ. Это уменьшит расходы твердого топлива, при отоплении помещения.
Регулирования соотношения объемов воздуха, который используют для получения пиролизного газа и его сжигания в самом установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2 (топливнике), который приспособлен для полного сжигания твердою топлива при сгорании твердого топлива 1, практически нигде не осуществляют в бытовых твердотопливных отопительных устройствах. Это приводит или к неполному сжиганию пиролизного газа и выбросу его в дымоход, или к втягиванию в топливник балластного воздуха.
Колосниковая решетка 8 состоит из топливодержащей плиты 16 и дополнительных выступов 17. Топливодержащая плита 16 колосниковой решетки 8 содержит верхние основные отверстия 9 колосниковой решетки для прохождения воздуха. Дополнительные выступы 17 колосниковой решетки вместе с топливодержащей плитой 16 колосниковой решетки 8 образуют канал 10 колосниковой решетки для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива 1 в установленном объеме бытовою твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива 1 (фиг. 5, 6, 8).
Дополнительные выступы 17 колосниковой решетки вместе с топливодержащей плитой 16 колосниковой решетки и вместе с посадочным место 14 и расположения колосниковой решетки образуют дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива 1 при сгорании твердого топлива 1.
С помощью колосниковой решетки осуществляют дополнительную подачу воздуха к поверхности твердого топлива 1 в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива.
На фиг. 1-4, и фиг.7 движение воздуха в канале 10 колосниковой решетки 8 обеспечивают в направлении загрузочных дверец 3. Но движение воздуха в канале 10 колосниковой решетки возможно осуществлять и в других направлениях.
Например, в камине движение воздуха в канале 10 колосниковой решетки может быть направлено в противоположном направлении от загрузочного окна топки камина и портала камина, противоположно горизонтальной проекции направлении движения дымовых газов в дымоход. На фиг. 1-4, и фиг. 7 направление движения воздуха в канале 10 колосниковой решетки противоположно горизонтальной проекции направления движения дымовых газов в дымоход.
Возможна также ступенчатая регулировка площади бокового отверстия 11 колосниковой решетки. На фиг. 8 римскими цифрами I, II, и III указаны три положения колосниковой решетки. Положения колосниковой решетки II, и III обозначены пунктирными линиями.
В положении I колосниковой решетки 8 высота H1 дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки имеет максимально значение. При этом боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки также имеет максимальную площадь для прохождения воздуха. В бытовой отопительно-варочной печи высоту H1 нецелесообразно устанавливать более 40 мм.
В положении II колосниковой решетки 8 на фиг. 8 высота H2 дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки имеет вдвое меньшее значение. При этом боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки 8 также имеет вдвое меньшую площадь для прохождения воздуха. В бытовой отопительно-варочной печи высота H2 может быть около 20 мм.
В положении III колосниковой решетки на фиг. 8 боковое дополнительное отверстие 11 колосниковой решетки полностью закрыто. В таком положении заявляемую колосниковую решетку возможно использовать как существующую, которая содержит только верхние основные отверстия в топливодержащей плите. В таком положении колосниковую решетку, которая заявляется, возможно использовать только в летний период, когда бытовую отопительно-варочная печь используют только для приготовления пищи.
Вышеуказанное регулирование положений колосниковой решетки возможно осуществлять используя чугунные вставки 18 (фиг. 8).
При длине M топливодержащей плиты колосниковой решетки в 300 мм и толщине d2 топливодержащей плиты колосниковой решетки в 10 мм угол наклона топливодержащей плиты колосниковой решетки α не будет превышать десять градусов. Тогда высота колосниковой решетки будет около 60 мм, а длина колосниковой решетки L будет около 295 мм.
Колосниковая решетка, которая заявляется, имеет меньшую материалоемкость не только относительно колосниковой решетки, указанной в источнике информации [4], но и относительно существующих колосниковых решеток, каждая из которых содержит только топливодержащую плиту колосниковой решетки с верхними основными отверстиями. Уменьшение материалоемкости колосниковой решетки, которая заявляется, подтверждается следующим приблизительным расчетом.
2
2
2
Если ширина топливодержащей плиты колосниковой решетки Р1 (рис. 6), составляет 200 мм, то общая площадь топливодержащей плиты колосниковой решетки S1, будет составлять P1 × М=300 мм × 200 мм = 60000 мм. Общая площадь верхних основных отверстий колосниковой решетки S2, может составлять 30 процентов, от общей площади топливодержащей плиты колосниковой решетки S1 и составит 18000 мм. Соответственно, и площадь металлической поверхности топливодержащей плиты колосниковой решетки S3, составит 42000 мм.
2
2
2
2
Если, толщина каждого выступа колосниковой решетки d1, на фиг. 6, будет 10 мм, то ширина дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки Р2, будет 180 мм. (P1 - d1 - d1 = 180 мм.) При высоте дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки H1, в 40 мм, площадь дополнительного бокового отверстия колосниковой решетки S4, составит 180 мм × 40 мм = 7200 мм. Теперь площадь всех отверстий колосниковой решетки будет S2+S4=18000 мм + 7200 мм = 25200 мм2. Площадь всех отверстий колосниковой решетки выросла на 40 процентов (если взять 18000 мм за 100 процентов).
2
При высоте колосниковой решетки N, в 60 мм, и толщине топливодержащей плиты колосниковой решетки d2, в 10 мм, высота каждого из дополнительных выступов Н3 будет около 50 мм. Площадь боковой поверхности двух треугольных дополнительных выступов S5, будет Н3 × L = 50 мм × 295 мм = 14750 мм.
2
Поскольку толщина топливодержащей плиты колосниковой решетки d2, и толщина каждого выступа колосниковой решетки d1, одинаковы, увеличение материалоемкости колосниковой решетки можно определить, исходя из значений площадей S3, и S5. За счет двух дополнительных выступов колосниковой решетки, материалоемкость колосниковой решетки увеличилась примерно на 35 процентов (если взять S3, 42000 мм за 100 процентов).
2
Если площадь всех отверстий колосниковой решетки S2+S4, будет 18000 мм (как S2 в колосниковой решетке, которая содержит только топливодержащую плиту колосниковой решетки, с верхними основными отверстиями), то материалоемкость колосниковой решетки, которая заявляется, будет уменьшена.
Колосниковая решетка, которая изображена на фиг. 9, и фиг. 10 содержит семь дополнительных боковых отверстий 11 и, соответственно семь каналов. Дополнительные боковые отверстия 11 образованы дополнительными выступами 17 колосниковой решетки 8, вместе с топливодержащей плитой колосниковой решетки 16 (фиг. 10). Дополнительные выступы колосниковой решетки 17 вместе с топливодержащей плитой 16 колосниковой решетки и вместе с посадочным местом 14 расположения колосниковой решетки образуют дополнительные боковые отверстия 11 колосниковой решетки.
Увеличение количества дополнительных боковых выступов 17 обеспечивает прежде всего прочность колосниковой решетки, и ее устойчивость к тепловым и механическим нагрузкам, обусловленных температурой сгорания твердого топлива и пиролизного газа, а также весом самого твердого топлива. Во-вторых, увеличение количества дополнительных боковых выступов 17 обеспечивает дополнительный нагрев воздуха, как в колосниковой решетке, указанной в источнике информации [4].
Каждый из боковых отверстий и каналов колосниковой решетки, которая изображена на фиг. 9, и фиг. 10 имеет аэродинамическое сопротивление воздуху, который движется к твердому топливу. Поэтому использование нескольких боковых отверстий и каналов колосниковой решетки обеспечивает более равномерную подачу воздуха к твердому топливу. Использование нескольких боковых отверстий колосниковой решетки разной площади даст возможность регулировать потоки воздуха.
Конструкция колосниковой решетки, которая изображена на фиг. 9, и фиг. 10, а также конструкция посадочного места 14 расположения колосниковой решетки позволяет установить колосниковую решетку в горизонтальное положение так, что ее дополнительные боковые отверстия 11 не будут обеспечивать прохождение через них воздуха к твердому топливу. Такое горизонтальное положение колосниковой решетки на фиг. 9 указано пунктирными линиями. Благодаря такой конструкции колосниковой решетки и конструкции посадочного места 14 расположения колосниковой решетки, колосниковую решетку можно использовать как существующую колосниковую решетку, которая содержит только верхние основные отверстия в топливодержащей плите. В таком положении колосниковую решетку, которая заявляется, возможно использовать в летний период, когда бытовую отопительно-варочная печь используют только для приготовления пищи. Изменять положение этой колосниковой решетки, в посадочном месте 14 расположения колосниковой решетки очень легко.
В колосниковой решетке, которая изображена на фиг. 11 и фиг. 12, в которой только топливодержащая плита 16 колосниковой решетки образует один канал 10 колосниковой решетки для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива и частично образует одно дополнительное боковое отверстие 11 колосниковой решетки для прохождения воздуха к поверхности твердого топлива в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства 2, приспособленного для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива.
В этой конструкции колосниковой решетки топливодержащая плита 16 колосниковой решетки имеет закругленную, выпуклую вверх форму. Такая форма дополнительно обеспечивает прочность топливодержащей плиты колосниковой решетки и ее устойчивость к тепловым и механическим нагрузкам, обусловленных температурой сгорания твердою топлива и пиролизного газа, а также весом самого твердого топлива. Это дополнительно уменьшает материалоемкость колосниковой решетки.
Все колосниковые решетки, указанные на фиг. 8-12, наиболее целесообразно изготавливать из чугуна, путем литья металла в форму. Но возможно также колосниковую решетку, которая указана на фиг. 8, и которая содержит один канал 10 и одно дополнительное боковое отверстие 11, изготавливать из стальных труб и других стальных конструкций с возможностью заполнения их водой. Изготовление такой колосниковой решетки возможно путем резки и сварки металла (стали). Такую водоохлаждаемую колосниковую решетку можно использовать в бытовых твердотопливных водогрейных котлах.
Таким образом, способ сжигания твердого топлива в бытовом твердотопливном отопительном устройства с помощью колосниковой решетки позволяет увеличить температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива, с помощью колосниковой решетки и, при этом обеспечивает регулирование соотношения объемов воздуха, который подают через верхние основные отверстия колосниковой решетки и через, по меньшей мере, одно боковое дополнительное отверстие колосниковой решетки в единицу времени в установленный объем бытового твердотопливного отопительного устройства, который приспособлен для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива. Это обеспечивает экономию твердого топлива.
Для осуществления этого способа необходимо только совершенствование конструкции самой колосниковой решетки, и посадочного места расположения колосниковой решетки. Изменять конструкцию бытового твердотопливного отопительного устройства не нужно.
Конструкция колосниковой решетки для осуществления этою способа обеспечивает дополнительную подачу воздуха к поверхности твердого топлива в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства, приспособленном для полного сжигания твердого топлива при сгорании твердого топлива и имеет уменьшенную материалоемкость.
ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ
Способ опробован в бытовой отопительно-варочной печи при сжигании дров и угля. При этом использовали обычную существующую чугунную колосниковую решетку, которая содержит только топливодержащую плиту с верхними основными отверстиями. Колосниковую решетку располагали в отопительно-варочной печи в ее установленном объеме, приспособленном для полного сжигания твердою топлива, под углом в 10 градусов так, как показано на фиг. 1-7. В качестве дополнительных выступов колосниковой решетки использовали треугольные конструкции, изготовленные из глины и битого кирпича, которые были изготовлены в бытовой отопительно-варочной печи прямо на нижней поверхности установленного объема, приспособленном дня полного сжигания твердого топлива. Температуру в установленном объеме бытового твердотопливного отопительного устройства измеряли на поверхности чугунной варочной плиты с помощью пирометра. Температура на поверхности чугунной варочной плиты достигала почти 900°С (Температура покраснение чугуна около 700°С).