КОЛОСНИКОВАЯ РЕШЕТКА

Полезная модель относится к устройствам для сжигания твердого топлива в псевдоожиженном слое и может быть использовано в топках теплогенераторов, печей, водогрейных и паровых котлов.
Известна колосниковая решетка, содержащая на опорах колосники в виде водоохлаждаемых труб, установленных с зазорами для прохода воздуха, включенной по воде в контур циркуляции котла (см. авт. свид. СССР №1078211, по МКИ, F24H 1/32, заявленное 17.02.82).
Недостатком известной колосниковой решетки является низкая эффективность сжигания топлива в псевдоожиженном слое вследствие неравномерного распределения воздуха по ширине решетки из-за образования непросасываемых воздухом зон в слое топлива над водоохлаждаемыми трубами, а также неравномерного распределения воздуха по длине решетки из-за забивания зазоров между трубами крупными кусками твердого топлива и шлака при сужающей их конфигурации.
Известен котел для сжигания топлива в псевдоожиженном слое с водоохлаждаемой колосниковой решеткой, содержащий горизонтальную водоохлаждаемую цилиндрическую камеру, в нижней части которой выполнена колосниковая решетка из ряда параллельных друг другу и продольной оси камеры перфорированных уголковых профилей, установленных на внутренней поверхности этой камеры вершинами вверх. Воздух для организации сжигания твердого топлива в псевдоожиженном или полупсевдоожиженном состоянии (в зависимости от фракционного состава топлива) подается под перфорированные уголковые профили (уголки) снизу по трубам, проходящим через водоохлаждаемую цилиндрическую камеру.
Недостатком известной конструкции котла является низкая эффективность сжигания топлива в псевдоожиженном слое из-за неравномерного распределения воздуха в слое топлива, во-первых, вследствие неравномерного прохода воздуха через перфорированный уголок по его длине из-за местной подачи под него трубами воздуха, во-вторых, из-за коробления и отрыва длинных уголков при их перегреве и образования больших местных зазоров для прохода воздуха, и низкий КПД котла из-за возможных разрывов цилиндрической камеры при сварном соединении уголка с ней в местах его отрыва.
Коробление и отрыв длинных уголков при их перегреве от цилиндрической камеры обусловлен разными линейными температурными удлинениями водоохлаждаемой цилиндрической камеры и уголка.
Наиболее близкой по технической сущности является водоохлаждаемая колосниковая решетка, содержащая основание в виде радиатора из поперечных и продольных труб с межтрубными колосниковыми перекрытиями в виде перфорированных уголков (см. свид. на полезную модель РФ №25781, по МПК F23H 1/02, опубл. 20.10. 2002 г.).
Недостатком известной колосниковой решетки являются низкая эффективность и надежность работы колосниковой решетки вследствие коробления и отрыва при перегреве уголков от труб с образованием больших зазоров для местного прохода воздуха, а при сварном соединении уголков с трубами - коробление (прогиб) всей решетки и даже разрыв водоохлаждаемых труб при отрыве уголков от труб.
Это происходит из-за разной температуры нагрева и соответственно разных линейных расширений в продольном направлении уголков (вдоль уголка) и водоохлаждаемых труб.
Незначительное линейное расширение уголка в поперечном направлении из-за малой ширины уголка по отношению к его длине компенсируется деформацией уголка, так как он в поперечном сечении является хорошим компенсатором.
При работе топки температура стенки водоохлаждаемой трубы немного превышает температуру циркулирующей охлаждающей воды равную 60-100° C, а температура уголка, особенно верхней его части - вершины, которая расположена в горящем слое топлива выше нижних охлаждаемых частей полок, соединенных с трубой, в зависимости от режима сжигания достигает до 200-400° C и более.
Например, разность линейных температурных удлинений верхней части уголка (вершины) и трубы при длине топки и соответственно уголка равной 3 м (3000 мм), средней температуре стенки трубы равной 100° C и температуре вершины уголка 300° С составит:
(300-100)×11×3000:1000000=6,6 мм.
При нарушении режима сжигания топлива: неравномерность прососа воздуха через слой топлива (при неравномерности распределения крупного и мелкого топлива по длине топки, при неравномерной подаче топлива и т.д.), отключение вентилятора подачи воздуха в подрешеточное пространство и т.д., возможен перегрев верхней части уголка до температуры 600° C.
Разность линейных температурных удлинений при длине топки и соответственно уголка равной 3 м (3000 мм), средней температуре стенки трубы равной 100° C и температуре вершины уголка 600° C составит:
(600-100)×11×3000:1000000=16,5 мм.
Такое значение разности удлинений значительно превышают упругие деформации конструкции колосниковой решетки, что и является причиной вышеназванных необратимых деформаций.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности работы топки и ее работоспособности.
Технический результат достигается тем, в колосниковой решетке, содержащей основание в виде радиатора из поперечных и продольных труб с межтрубными колосниковыми перекрытиями из перфорированных уголков, установленных вершиной вверх, межтрубные колосниковые перекрытия выполнены в виде перфорированных уголковых элементов длиной 100-300 мм с зазорами между ними 1-4 мм, соединенных сваркой с продольными водоохлаждаемыми трубами.
Нижний предел длины перфорированного уголкового элемента в 100 мм обусловлен увеличением трудозатрат при монтаже, а верхний в 300 мм - предельным удлинением по вершине перфорированного уголкового элемента при перегреве ее до 600° C, при котором происходит коробление и отрыв уголкового элемента с образованием больших зазоров для местного прохода воздуха, коробление (прогиб) всей решетки, а также разрыв водоохлаждаемых труб при отрыве уголков от них.
Разность линейных температурных удлинений при длине перфорированного уголкового элемента равной 100 мм, средней температуре стенки трубы равной 100° C и температуре вершины перфорированного уголкового элемента равной 300 и 600° C составит соответственно 0,22 и 0,55 мм, а при длине равной 300 мм - соответственно 0,66 и 1,65 мм.
Нижний и верхний предел зазора между перфорированными уголковыми элементами равный соответственно 1 и 4 мм вполне обеспечивают компенсационное расширение верхних частей двух последовательно установленных уголковых элементов длиной соответственно по 100 и 300 мм при температуре их перегрева до 600° C.
Увеличение зазора между перфорированными уголковыми элементами более 4 мм приводит к снижению эффективности работы топки из-за неравномерности распределения воздуха в слое топлива.
При установке перфорированного уголкового элемента вершиной вверх (полками вниз) воздух, выходящий из отверстий, будет иметь скоростное направление перпендикулярно поверхности полки уголка, так как отверстия в полке сверлятся перпендикулярно ее поверхности, и более равномерно распределятся в слое твердого топлива. Установка перфорированного уголкового элемента вершиной вниз (полками вверх) нецелесообразна, так как воздух, выходящий из отверстий и имеющий скоростное направление перпендикулярно поверхности полки, сбивается практически в одну струю, образуя широкие между вершинами уголков непросасываемые воздухом зоны в слое топлива.
На фиг.1 показан вид на решетку сверху.
Колосниковая решетка содержит поперечные и продольные водоохлаждаемые трубы соответственно 1 и 2, последние установленные с зазорами 3, которые перекрыты перфорированными уголковыми элементами 4 со сквозными отверстиями 5 и с компенсационными зазорами 6 между ними.
Предложенная колосниковая решетка работает следующим образом.
При работе топки на предложенную колосниковую решетку подают твердое топливо. Воздух на горение угля поступает из подрешеточного пространства через зазоры 3 между продольными водоохлаждаемыми трубами 2, затем через перфорированные отверстия 5 в уголковых элементах 4 и зазоры 6 между ними. Нижние части полок перфорированного уголкового элемента 4, соединенные сваркой с продольными водоохлаждаемыми трубами 2, охлаждаются. Однако, верхняя часть уголкового элемента 4, особенно его вершина из-за плохой теплопроводности полки в зависимости от режима горения может нагреваться до высоких температур. Некоторое увеличение длины уголкового элемента 4 по его верхней части, особенно по его вершине, по сравнению с основанием приваренной полки, компенсируется предусмотренным зазором 6 между уголковыми элементами. Это предотвращает коробление и отрыв уголкового элемента 4 от продольных водоохлаждаемых труб 2 с образованием больших зазоров для местного прохода воздуха, коробление (прогиб) всей решетки, а также разрыв водоохлаждаемых труб 2.
При установке перфорированного уголкового элемента 4 вершиной вверх воздух в слое твердого топлива распределяется более равномерно, что интенсифицирует процесс горения топлива и повышает эффективность работы топки.
Таким образом, предлагаемая полезная модель колосниковой решетки из перфорированных уголковых элементов длиной 100-300 мм, соединенных сваркой с водоохлаждаемыми трубами и установленных с компенсационными зазорами 1-4 мм между ними обеспечивает заданное распределение воздуха в слое топлива и стабильную работу топки в течение времени ее эксплуатации при значительных колебаниях режима сжигания твердого топлива различного гранулометрического состава, даже на низкосортных его видах, что повышает эффективность работы топки и увеличивает ее КПД.