ПОДВИЖНАЯ КОЛОСНИКОВАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ КОТЛОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, может быть использована в отопительных котлах цилиндрической формы с относительно небольшой тепловой мощностью - 10-400 кВт, производящих в качестве продукта-теплоносителя горячую воду или любой другой жидкий теплоноситель, и направлена на облегчение процесса очистки колосниковой решетки от спекшегося угля и золы, расширение сырьевой базы используемых углей, улучшение условий труда, повышение тепловой мощности отопительного котла.
Известно техническое решение (с.41-42, Двойнишников В.А., Конструкция и расчет котлов и котельных установок / В.А.Двойнишников, Л.В.Деев, М.А.Изюмов. - М.: Машиностроение, 1988. - 264 с.), в котором колосниковая решетка неподвижна, куски топлива, лежащие на ней, не перемещаются относительно решетки (фиг.1). Необходимый для горения твердого топлива воздух подается снизу под решетку. Топливо 4, ссыпаемое на горящее топливо, прогревается, выделяются летучие вещества, которые сгорают, образуя надслойное пламя 5, а продукты горения твердого топлива эвакуируются из котла. Максимальная температура (1300-1500°С) наблюдается в области горения непосредственно самих частиц топлива с уже удаленными летучими 3. Слой золы 2, перемешанный с недогоревшим топливом, лежит непосредственно на неподвижной колосниковой решетке 1, постепенно просыпаясь через ее отверстия.
Известное решение имеет следующие недостатки:
- высота находящегося на неподвижной колосниковой решетке слоя золы, перемешанного с недогоревшим топливом, лежащего непосредственно на неподвижной колосниковой решетке, постепенно возрастает вследствие недостаточно эффективного удаления частиц через отверстия решетки. Недостаточная эффективность удаления слоя золы, перемешанного с недогоревшим топливом, обусловлена неподвижностью колосниковой решетки (то есть отсутствием побудителя к движению), возможностью заклинивания крупных частиц золы или непрогоревшего топлива в отверстиях решетки. Рост высоты слоя золы, перемешанного с недогоревшим топливом, приводит к снижению его газопроницаемости, уменьшению количества проходящего через слой воздуха, и, как следствие, снижению тепловой мощности отопительного котла;
- проблематичность использования в качестве топлива хорошо спекающихся каменных углей средней степени метаморфизма, например марок ГЖО, ГЖ, Ж, КЖ, К, КСН, КС, ОС по ГОСТ 25543-88 «Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам». Эти угли, как известно, при нагреве в условиях недостатка кислорода могут спекаться, образуя на решетке прочную корку спекшегося материала, препятствуя просыпанию золы, перемешанной с недогоревшим топливом, через отверстия решетки, и понижая газопроницаемость системы решетка - слой материала, что приводит к уменьшению количества проходящего через слой воздуха, и, как следствие, снижению тепловой мощности отопительного котла;
- необходимость использования ручной шуровки слоя материала, находящегося на колосниковой решетке, для ее очистки и интенсификации процесса проваливания материала через отверстия решетки или использования для этой цели механических приспособлений, недолговечных в зоне высоких температур. Для полной очистки решетки, например, от корки спекшегося материала необходима полная остановка котла. Это приводит к усложнению обслуживания котла и ухудшению условий труда.
k
t
max
t
Наиболее близким из известных технических решений к описываемому является конструкция колосниковой решетки из отопительного котла (патент на изобретение №2357156 РФ, МПК F24Н 1/08, 2008), содержащего колосник, зольник, цилиндрический корпус с расположенной по его оси топливной трубой, образующей с корпусом кольцевую водяную рубашку, снабженную патрубками подвода и отвода воды, патрубком подачи воздуха, установленное в камере сгорания дополнительное топочное устройство выполнено в виде вертикальной топливной трубы соосно с которой над зольником расположен круглый колосник с диаметром, равным диаметру внутренней поверхности цилиндрического корпуса, представляющий собой два разрезанных по диаметру полукруга, имеющих свободу перемещения, достигаемого путем вращения колосников вдоль осей, проходящих через центр тяжести колосника, расположенных параллельно оси разреза таким образом, что длина дуги L, отсекаемая осью, связана с размерами колосника соотношением , где, r - радиус внутренней поверхности цилиндрического корпуса, на угол, равный ±10 градусов относительно горизонтали, а величина зазора между колосником и нижней кромкой топливной трубы определяется максимальным значением угла естественного откоса топлива с учетом минимально допустимой толщины слоя топлива вблизи внутренней стенки цилиндрического корпуса, то есть соотношением , где h - величина зазора между колосником и нижней кромкой топливной трубы; D - диаметр цилиндрического корпуса; D - диаметр топливной трубы; α - максимальный угол естественного откоса топлива для данного региона, Н - минимально допустимая толщина слоя топлива вблизи внутренней стенки цилиндрического корпуса, составляющая не менее D/4.
Наиболее близкое из известных технических решений позволяет путем периодического вращения колосников вдоль осей, проходящих через центр тяжести колосника на угол, равный ±10 градусов относительно горизонтали, интенсифицировать процесс проваливания частиц золы и недогоревшего топлива через отверстия колосниковой решетки и частично разрушать корку спекшегося материала.
Недостатком наиболее близкого из известных технических решений являются проблематичность использования в качестве топлива хорошо спекающихся каменных углей средней степени метаморфизма, образующих на решетке прочную корку спекшегося материала, необходимость полной чистки колосниковой решетки с остановкой отопительного котла при заклинивании крупных частиц золы и непрогоревшего топлива в отверстиях решетки, попадания на решетку крупных кусков породы, образования прочной корки спекшегося материала, так как конструктивные особенности этого решения не позволяют поворачивать колосник на угол, больший ±10 градусов относительно горизонтали (фиг.2). Здесь 1 - внутренняя поверхность цилиндрического котла; 2 - зазоры между колосниками и внутренней поверхностью котла цилиндрической формы; 3 - колосники; 4 - оси вращения колосников, 5 - ось разреза колосников. Из фиг.2 видно, что вращение колосников таким образом, чтобы части их 6, расположенные вблизи оси 5, поднимались, невозможно, так как произойдет их заклинивание стенками цилиндрического котла.
Задачей настоящей полезной модели является изменение конструкции колосниковой решетки для возможности обеспечения поворачивания колосников на угол, ±90 градусов относительно горизонтали, что приводит к облегчению процесса очистки подвижной колосниковой решетки для отопительных твердотопливных котлов цилиндрической формы от кусков породы, спекшегося угля и золы, расширению сырьевой базы используемых углей, улучшению условий труда, повышению тепловой мощности отопительного котла.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известной подвижной колосниковой решетке для отопительных твердотопливных котлов цилиндрической формы, состоящей из двух колосников, имеющих отношение площади свободного сечения к общей площади 0,1-0,5, и свободу перемещения, обеспечиваемую наличием зазоров между колосниками и внутренней поверхностью котла цилиндрической формы величиной 0,01-0,02 r, где r - радиус внутренней поверхности котла цилиндрической формы, и вращением колосников вдоль осей, проходящих через центр тяжести колосника и расположенных параллельно оси разреза между двумя колосниками, изменена форма колосников таким образом, что каждый колосник образован соединением двух частей, имеющих одинаковую площадь: сегментом окружности с радиусом r, и прямоугольником, у которого одна из больших сторон, имеющих размер в интервале 1,82 r, расположена по оси разреза между двумя колосниками, вторая, общая с хордой сегмента, является осью вращения колосника и проходит через центр его тяжести, а вращение колосников вдоль осей осуществляется на угол, равный ±90 градусов относительно горизонтали.
Отличие предлагаемого устройства от наиболее близкого технического решения состоит в том, что изменена форма каждого из колосников. Теперь они имеют не форму полукруга, а образованы соединением двух частей, имеющих одинаковую площадь: сегментом окружности с радиусом r, и прямоугольником, у которого одна из больших сторон, имеющих размер 1,82 r, расположена по оси разреза между двумя колосниками, вторая, общая с хордой сегмента, является осью вращения колосника и проходит через центр его тяжести. Вращение колосников при этом вдоль осей осуществляется на угол, равный ±90 градусов относительно горизонтали.
Технический результат, получаемый от использования полезной модели, заключается в облегчении процесса очистки подвижной колосниковой решетки для отопительных твердотопливных котлов цилиндрической формы от спекшегося угля и золы, расширении сырьевой базы используемых углей, улучшении условий труда, повышении тепловой мощности отопительного котла вследствие изменения конструкции колосниковой решетки, обеспечивающей поворачивание колосников на угол ±90 градусов относительно горизонтали.
Конструкция подвижной колосниковой решетки для отопительных твердотопливных котлов цилиндрической формы приведена на фиг.3. Здесь 1 - внутренняя поверхность цилиндрического котла; 2 - зазоры между колосниками и внутренней поверхностью котла цилиндрической формы; 3 - колосники; 4 - оси вращения колосников; 5 - ось разреза колосников; 6 и 7 - части колосника: сегмент и прямоугольник. Из фиг.3 следует, что вращение колосников возможно осуществить таким образом, чтобы части их, расположенные вблизи оси 5, поднимались до вертикального положения. На фиг.4 приведено расположение колосников внутри зольника.
Осуществление полезной модели. Размеры колосника определяются из условия равенства площадей его частей: сегмента и прямоугольника.
Площадь сегмента составляет:
прям
2
Площадь прямоугольника составляет: S=ah=rsinβ.
a
a
Здесь  - большая сторона, a h - высота прямоугольной части сегмента. Отсюда следует, что величина угла β составляет 130,6°, а величина  равна 1,82r. При этом условии площади, а, следовательно, и вес обеих частей колосника равны, ось вращения проходит через центр тяжести, что облегчает процесс вращения колосников.
Вращение под углом ±90 градусов относительно горизонтали возможно, так как при достаточной высоте зольника сегментная и прямоугольная части колосника опускаются свободно. Подъем сегментной части колосника, как и в наиболее близком техническом решении, осуществляется без помех, а при подъеме прямоугольной части колосника большие стороны прямоугольника расположены горизонтально одна над другой в вертикальной плоскости и не заклиниваются стенками цилиндрического котла, так как их длина меньше длины соответствующей хорды окружности, образуемой стенками цилиндрического котла на величину зазора 0,01-0,02 r.
Возможность вращения колосников под углом ±90 градусов относительно горизонтали существенно облегчает процесс очистки подвижной колосниковой решетки для отопительных твердотопливных котлов цилиндрической формы от спекшегося угля, золы и породы, что позволяет расширить сырьевую базу используемых углей, включив в нее хорошо спекающиеся угли, улучшить условия труда, исключив ручную чистка колосниковой решетки, повысить тепловую мощность отопительного котла за счет интенсификации процесса удаления золы в смеси с недогоревшим углем с колосниковой решетки.