ВЕРТИКАЛЬНАЯ КОЛОСНИКОВАЯ РЕШЕТКА ТОПКИ КОТЛА
VERTICAL FIRE GRATE OF BOILER FURNACE

Изобретение относится к области энергетики, в частности к теплотехнике, и может быть использовано в котлах длительного горения малой и средней производительности, работающих на твердом топливе.
Известна колосниковая решетка, состоящая из стальных труб прямоугольного сечения, уложенных параллельно на расстоянии 20 мм друг от друга, вваренных с одного конца во входящий коллектор, с другого - в выходящий коллектор под углом, позволяющим теплоносителю циркулировать внутри указанных труб прямоугольного сечения, посредством которого трубы охлаждаются изнутри. Между стальными трубами на расстоянии 15-20 мм друг от друга вварены отрезки стального прута, являющиеся компенсаторами, которые в совокупности с плоскостью труб прямоугольного сечения образуют рабочую поверхность устройства (см. RU №2382944,F23H 3/02, F24H 1/12).
К недостаткам данной конструкции можно отнести: нерациональное сечение труб колосника, что приводит к заклиниванию колосников и образованию на колосниках шлаковой корки и спекшегося шлака, при этом, вваренные отрезки стального прута - компенсаторы - ухудшают проход воздуха в зону горения топлива, тем самым, затрудняют естественный проход золы в зольник котла.
Известна также вертикальная колосниковая решетка топки котла, формирующая вертикальную полость по высоте топки котла, свободную от топлива, (см. RU №2092746, F24H 1/36, 1991).
Недостатком этого решения является недостаточно эффективный отбор тепла от сжигания твердого топлива, поскольку вертикальная колосниковая решетка сформирована в средней части котла соосно с его вертикальной осью и выполнена не полой, поэтому процесс горения топлива идет в нижней части топки (над горизонтальной колосниковой решеткой) и вокруг вертикального канала, при этом отбор тепла от горения топлива не идет на стенки топки (и нагрев воды в водяной рубашке котла), поскольку последние закрыты слоем топлива.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности отбора тепла от сжигания твердого топлива, загруженного в котел.
Технический результат, получаемый при решении задачи изобретения - обеспечение передачи тепла от горения топлива в вертикальных полостях на стенки топки и передачи водяной рубашке нагретой воды из вертикальных и горизонтальной колосниковой решеток.
Техническая задача решается за счет того, что вертикальная колосниковая решетка топки котла, формирующая вертикальную полость по высоте топки свободную от топлива, отличается тем, что вертикальная колосниковая решетка содержит полые, вертикально ориентированные колосники, полости которых гидравлически вверху и внизу топки сообщены с водяной рубашкой котла. Кроме того, колосники колосниковой решетки выполнены параллельными и прямолинейными. Кроме того, зазор между колосниками колосниковой решетки составляет 12-20 мм. Кроме того, вертикальные полости сформированы в количестве не менее двух. Кроме того, колосниковая решетка выполнена плоской.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
При этом совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивает повышение эффективности отбора тепла от сжигания твердого топлива, загруженного в котел.
Причем отличительные признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение нижеследующего комплекса функциональных задач.
Признаки, указывающие, что вертикальная колосниковая решетка котла длительного горения «содержит полые, вертикально ориентированные колосники» обеспечивают возможность «изолирования» решеткой объема топки прилегающего к ее стенке и, тем самым, непосредственную передачу на стенки топки (образующие вторую стенку водяной рубашки котла) тепла от горения топлива на контакте с вертикальными полостями.
Признаки, указывающие, что полости колосников «гидравлически, вверху и внизу топки сообщены с водяной рубашкой котла» обеспечивают передачу водяной рубашке нагретой воды из вертикальной колосниковой решетки и предохраняют колосники от разрушения при сжигании углей с высокой теплотворной способностью.
Признаки, указывающие, что «колосники колосниковой решетки выполнены параллельными и прямолинейными» упрощают процесс изготовления вертикальных колосников и позволяют обеспечить высокую плотность теплоснимающей поверхности. Признаки, указывающие, что «половина площади поверхности каждого колосника, обращенная к топливу, больше площади поверхности их тыльной половины» способствуют повышению эффективности теплосъема колосниками.
Признаки, указывающие, что «зазор между колосниками колосниковой решетки составляет 12-20 мм» задают конструктивные параметры колосниковых решеток обеспечивающих возможность «автоматического» смещения вниз (под действием силы тяжести) загрузки твердого топлива по мере его выгорания в контакте с колосниковой решеткой, исключая ее заштыбовывание кусочками топлива.
Признаки, указывающие, что «вертикальные полости сформированы в количестве не менее двух» задают условия, при которых возможно формирование топливного объема шириной оптимальной с позиций его предварительной подготовки к сжиганию (при которой объем подсохнет и прогреется и будет газифицирован в достаточной степения для последующего эффективного горения.
Признаки, указывающие, что «колосниковая решетка выполнена плоской» позволяют минимизировать число колосников решетки при равных площадях решеток в плане.
На фиг. 1 схематически показан фрагмент поперечного разреза котла (вид снизу); на фиг. 2 схематически показан вертикальный разрез котла (вариант - при наличии верхних коллекторов); на фиг. 3 схематически показан вертикальный разрез котла (вариант - при отсутствии верхних коллекторов).
На чертежах показана вертикальная колосниковая решетка топки 1 котла, содержащая вертикально ориентированные колосники 2, водяная рубашка 3 котла, верхний 4 и нижний 5 коллекторы, центр 6 топки 1, водонепроницаемый корпус 7, вытяжная труба 8, газоотводящий патрубок 9, вертикальная полость 10, верхний люк загрузки 11. Кроме того, стрелками показано движение потоков теплоносителя (воды) в процессе ее нагрева.
Колосники 2 вертикальной колосниковой решетки выполнены полыми, параллельными и прямолинейными. Зазор между колосниками 2 колосниковой решетки составляет 12-20 мм. Колосниковая решетка выполнена плоской, как показано на фиг. 1. Возможно выполнение решетки выпуклой, с размещением вертикальных осей колосников на дуге окружности или на ломаной линии, выпуклой к центру 6 топки 1 или на окружности параллельной стенке топки.
Водяная рубашка 3 котла сформирована как герметичный зазор между стенкой водонепроницаемого корпуса 7 и стенкой топки 1. Водонепроницаемый корпус 1 (желательно снабженный теплоизоляционным слоем - на чертежах не показан), снабжен вытяжной трубой 8, которая посредством газоотводящего патрубка 9 сообщена с одной из вертикальных полостей 10, периметр которых образован участком стенки топки 1 и колосниковой решеткой.
Для примера показан котел, в полости которого содержится две вертикальных колосниковых решеток, размещенных симметрично относительно центра 6 топки 1.
Для сообщения полостей вертикально ориентированных колосников 2 с водяной рубашкой 3 котла, их нижние концы герметично сообщены с нижним коллекторами 5, полости которых, в свою очередь, герметично сообщены с нижним участком водяной рубашки 3, а верхние концы герметично сообщены с верхними коллекторами 4. При наличии нескольких вертикальных колосниковых решеток задача сообщения с водяной рубашкой 3 решается аналогично - посредством верхних и нижних коллекторов.
Возможен вариант, когда нижние концы прямолинейных колосников 2 герметично сообщены также с нижними коллекторами, а их верхние концы герметично сообщены не с верхними коллекторами 4, а непосредственно с верхней частью водяной рубашки 3 котла (в этом случае верхние коллекторы 4 отсутствуют).
Вертикальные полости 10 (если их несколько) или одна (если она кольцевая или секторная) размещены на периферии топки, аэродинамически сообщены снизу с полостью поддувала (на чертеже не показано), а выше - с газоотводящим патрубком 9, сообщенным с вытяжной трубой 8.
Работа предлагаемой вертикальной колосниковой решетки осуществляется следующим образом.
В полость водяной рубашки 3 через подводящий патрубок (на чертеже не показан) заливают воду до полного заполнения, в том числе полостей колосниковых решеток, после чего ее подключают к системе отопления посредством отводящего патрубка (на чертеже не показан). Затем на горизонтальную колосниковую решетку топки (на чертеже не показана) укладывают слой древесной массы для последующего розжига угля, после чего через верхний люк загрузки 11 оставшийся объем топки 1 (кроме объемов вертикальных полостей 10) заполняют твердым топливом (углем) и зажигают, например, бытовой газовой горелкой (через поддувало) слой древесной массы. После возгорания угля контактирующего с древесной массой процесс горения идет в «автоматическом режиме». При этом, продукты горения вместе с потоком воздуха, поступающим через поддувало и далее через щели между колосниками горизонтальной колосниковой решетки, взаимодействуют с нижним слоем угля, а также попадают в вертикальные полости 10 где взаимодействуют (через щели между параллельными прямолинейными колосниками 2 вертикальной колосниковой решетки) с примыкающим к колосниковой решетке вертикальным слоем угля.
При соответствующем регулировании объемов подводимого воздуха, непосредственная передача тепла (от горения топлива на горизонтальной колосниковой решетке) на вертикальную поверхность угля, контактирующего с вертикальными колосниковыми решетками приводит к пиролизу этой части топлива. Кроме того идет интенсивная непосредственная передача на стенки топки тепла от горения топлива на горизонтальной колосниковой решетке.
Далее, по вертикальным полостям 10 продукты горения поступают вверх, так, что вверху в термокуполе (образующимся из-за смещения газоотводящего патрубка 9 вниз, от верхнего торца котла) скапливается наиболее горячий объем газов, при этом, по мере «охлаждения этого объема» водой в водяной рубашке котла и вытеснения его новыми порциями горячего газа, постепенно нижняя граница термокупола опускается к газоотводящему патрубку 9 по которому остывшие газы попадают в вытяжную трубу 8 и удаляются в атмосферу.
Под действием тепла от горения топлива, вода в полости водяной рубашки нагревается и подается на циркуляцию по системе отопления (не показана) и, тем самым, обогревает помещения.
По мере сгорания топлива в топке 1 зола и шлак через горизонтальную колосниковую решетку самотеком уходят в поддувало из нижней части топки 1, а на их место продавливается (под собственным весом), примыкающий к выгоревшему, слой угля. При этом воздух свободно поступает в зону горения снизу столба топлива и на его вертикальные поверхности, контактирующие с вертикальными полостями 10. По мере сгорания топлива шлак и золу удаляют из поддувала, а в топку засыпают очередную порцию угля, и процесс продолжается далее.
Использование изобретения позволит повысить эксплуатационные качества работы отопительного котла и обеспечить гарантированный непрерывный процесс горения при длительной работе котла без постоянного наблюдения и поддержания процесса горения.