RU2312273C1

RU2312273C1 - Fire grate

Info

Publication number: RU2312273C1
Application number: RU2006115139/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Федорович Филипповский (RU); Николай Федорович Филипповский; Юрий Анатольевич Сможевских (RU); Юрий Анатольевич Сможевских
Original assignee: ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УГТИ-УПИ"
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-12-10

Abstract

FIELD: incineration of solid fuel.

SUBSTANCE: fire grate comprises individual members (grates) that form a breadth provided with through openings for flowing air. The cross-section of the grate is equal to the ratio of the total area of the through openings to the total area of the grate breadth.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания твердого топлива в плотном слое и может быть использовано в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов.The invention relates to a device for burning solid fuel in a dense layer and can be used in the furnaces of solid fuel heat generators, furnaces, steam and hot water boilers.

Известны конструкции колосниковых решеток, включающих отдельные элементы (колосники), выполненные в виде балок (брусков) или плит /Зиборов Н.М. и др. Промышленные паровые котлы малой мощности, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961, с.62-65, рис.4-6/ или труб, подключенных к системе циркуляции теплоносителя /Этус А.Е. Монтаж отопительных котельных. - М.: Стройиздат, 1989, стр.48/. Колосники образуют полотно решетки со сквозными отверстиями для прохода воздуха, необходимого для горения лежащего на полотне решетки топлива. Площадью полотна колосниковой решетки называют ее активную часть, над которой расположено зеркало горения. Живое сечение известных колосниковых решеток, равное отношению суммарной площади всех сквозных отверстий ко всей площади полотна решетки, составляет от 5% до 60% /Зиборов Н.М. и др. Промышленные паровые котлы малой мощности, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961, с. 63/. Причем площадь сквозных отверстий берется в их минимальном сечении, поскольку отверстия обычно расширяются книзу, т.е. имеют переменное сечение.Known designs of grates, including individual elements (grates), made in the form of beams (bars) or plates / Ziborov N.M. et al. Industrial steam boilers of low power, M.-L .: Gosenergoizdat, 1961, p. 62-65, Fig. 4-6 / or pipes connected to the coolant circulation system / Etus A.E. Installation of heating boiler rooms. - M.: Stroyizdat, 1989, p. 48 /. Grid-irons form a lattice web with through holes for the passage of air necessary for burning the fuel lying on the grid. The area of the canvas of the grate is its active part, above which the combustion mirror is located. The living cross section of the known grate grates, equal to the ratio of the total area of all through holes to the entire area of the grating web, is from 5% to 60% / N. Ziborov. et al. Industrial steam boilers of low power, M.-L .: Gosenergoizdat, 1961, p. 63 /. Moreover, the area of the through holes is taken in their minimum section, since the holes usually expand downward, i.e. have a variable section.

Недостатком известной конструкции колосниковой решетки с живым сечением от 5% до 60%, является неэффективное сжигание на ней топлив с большим содержанием мелочи (более 20% с размером кусков до 6 мм). Такие топлива горят неравномерно по площади решетки в, так называемом, «кратерном» режиме. Из-за неизбежной неравномерности фракционного состава слоя топлива по площади слоя, а также неодинаковой высоты слоя топлива, сопротивление движению потока воздуха по площади решетки всегда неравномерно. Если топливо достаточно крупное, то это практически не мешает процессу горения. Если же в топливе много мелочи, то в тех участках поверхности колосниковой решетки, где начальное сопротивление слоя топлива меньше, а скорость воздуха больше, мелочь начинает выдуваться из слоя топлива, сопротивление прохождению воздуха через слой топлива здесь становится еще меньше, а скорость воздуха возрастает. За счет большой скорости в этой зоне начинают выбрасываться более крупные частицы топлива - образуется кратер с меньшей, а иногда и нулевой, толщиной слоя топлива. Скорость воздуха в кратере возрастает еще больше. Практически весь воздух из-под решетки проходит через один или несколько кратеров. Давление воздуха под решеткой падает и через остальную часть живого сечения полотна колосниковой решетки (остальные отверстия) воздуха идет значительно меньше, чем необходимо для нормального горения. При большом живом сечении полотна колосниковой решетки (5-60%) гидравлическое сопротивление самой решетки незначительно. Через отверстия суммарной площадью сечения 1-3% от площади решетки, т.е. через небольшую часть всех отверстий может проскочить весь воздух, подаваемый на горение, если после выдувания мелочи, сопротивление слоя топлива над этими отверстиями будет небольшим. Над остальными отверстиями решетки лежит слой топлива с мелочью, обладающий большим гидравлическим сопротивлением, поэтому воздуха через эти отверстия идет мало. Из-за сильно неравномерного распределения потока воздуха по площади колосниковой решетки условия горения топлива не оптимальны. В зоне кратеров воздуха идет значительно больше, чем необходимо для нормального горения, а на остальной площади колосниковой решетки воздуха для горения топлива сильно недостает и топливо не догорает.A disadvantage of the known construction of a grate with a live cross section of 5% to 60% is the inefficient burning of fuels with a high fines content (more than 20% with lump sizes up to 6 mm). Such fuels burn unevenly over the grating area in the so-called “crater” mode. Due to the inevitable unevenness of the fractional composition of the fuel layer over the area of the layer, as well as the unequal height of the fuel layer, the resistance to the movement of air flow over the area of the grill is always uneven. If the fuel is large enough, it practically does not interfere with the combustion process. If there is a lot of fines in the fuel, then in those parts of the surface of the grate where the initial resistance of the fuel layer is less and the air velocity is greater, the fines begin to blow out from the fuel layer, the resistance to air passage through the fuel layer becomes even less, and the air speed increases. Due to the high speed, larger fuel particles begin to be emitted in this zone - a crater is formed with a smaller, and sometimes zero, fuel layer thickness. The air velocity in the crater increases even more. Almost all of the air from under the grill passes through one or more craters. The air pressure under the grate drops and through the rest of the living section of the grate sheet (other holes) the air goes much less than is necessary for normal combustion. With a large live section of the grate sheet (5-60%), the hydraulic resistance of the grate itself is negligible. Through holes with a total cross-sectional area of 1-3% of the grating area, i.e. through a small part of all the holes all the air supplied to the combustion can slip through, if after blowing the little things, the resistance of the fuel layer above these holes will be small. Above the remaining holes of the grate lies a layer of fuel with small things, which has a large hydraulic resistance, so there is little air through these holes. Due to the highly uneven distribution of the air flow over the area of the grate, the combustion conditions of the fuel are not optimal. In the zone of air craters, there is much more air than is necessary for normal combustion, and in the remaining area of the grate the air for burning fuel is severely lacking and the fuel does not burn out.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции следует считать колосниковую решетку, описанную в патенте 29.11.2001. RU 2212585 С2, которая и выбрана в качестве прототипа.The grate, described in the patent November 29, 2001, should be considered the closest in technical essence and the achieved result to the proposed design. RU 2212585 C2, which is selected as a prototype.

Данная колосниковая решетка содержит отдельные элементы (колосники), образующие полотно решетки со сквозными отверстиями для прохода воздуха. Живое сечение такого типа колосниковых решеток, равное отношению суммарной площади всех сквозных отверстий в их минимальном сечении к полной площади полотна решетки, выполнено в пределах от 0,3% до 3%.This grate contains individual elements (grates) forming a grating web with through holes for air passage. The living section of this type of grate, equal to the ratio of the total area of all through holes in their minimum section to the total area of the canvas, is made in the range from 0.3% to 3%.

Недостаток данной колосниковой решетки заключается в том, что она обладает большим гидравлическим сопротивлением движению потока воздуха, что вызывает повышение энергозатрат на подачу воздуха.The disadvantage of this grate is that it has a large hydraulic resistance to the movement of the air flow, which causes an increase in energy consumption for air supply.

Техническим результатом изобретения является повышение энергоэффективности работы устройств для сжигания твердого топлива в плотном слое путем снижения энергозатрат на подачу воздуха.The technical result of the invention is to increase the energy efficiency of devices for burning solid fuel in a dense layer by reducing energy consumption for air supply.

Технический результат достигается тем, что колосниковая решетка, содержащая отдельные элементы (колосники), образующие полотно со сквозными отверстиями для прохода воздуха, отличается тем, что живое сечение решетки, равное отношению суммарной площади всех сквозных отверстий в их минимальном сечении к полной площади полотна решетки, выполнено более 3%, но менее 5%. По данным проведенных экспериментов, качество выгорания рядового каменного угля на колосниковой решетке с живым сечением 4% и на решетке с живым сечением 2% практически одинаково, в то же время гидравлическое сопротивление решетки с живым сечением 4% в 4 раза ниже, чем у решетки с живым сечением 2%. То есть, если для организации нормального горения, в случае применения колосниковой решетки с живым сечением 2% требовался вентилятор напором 120 мм вод. ст. и потребляемая мощность составляла 2,2 кВт, то в случае применения колосниковой решетки с живым сечением 4% необходим вентилятор с напором в 30 мм вод. ст. и соответственно потребляемая мощность будет порядка 0,55 кВт. При живом сечении решетки более 5% качество выгорания угля существенно ухудшается. Поэтому оптимальные размеры сквозных отверстий для прохода воздуха, должны быть такими, чтобы живое сечение решетки, равное отношению суммарной площади всех сквозных отверстий в их минимальном сечении к полной площади полотна решетки, было выполнено более 3%, но менее 5%.The technical result is achieved in that the grate containing separate elements (grates) forming a web with through holes for air passage is characterized in that the living cross-section of the grating is equal to the ratio of the total area of all through holes in their minimum cross section to the total area of the grating web, more than 3%, but less than 5%. According to the experiments, the burnup quality of ordinary coal on the grate with a living cross section of 4% and on a grating with a live cross section of 2% is almost the same, while the hydraulic resistance of a grating with a live cross section of 4% is 4 times lower than that of a grating with live section 2%. That is, if for the organization of normal combustion, in the case of the use of a grate with a live cross section of 2%, a fan with a pressure of 120 mm of water was required. Art. and the power consumption was 2.2 kW, then in the case of using a grate with a live cross section of 4%, a fan with a pressure of 30 mm of water is needed. Art. and accordingly, the power consumption will be about 0.55 kW. With a live cross-section of the lattice of more than 5%, the quality of the burnout of coal deteriorates significantly. Therefore, the optimal dimensions of the through holes for air passage should be such that the living cross-section of the grill, equal to the ratio of the total area of all through holes in their minimum cross-section to the total area of the grill web, is more than 3%, but less than 5%.

Пример конкретного выполнения изобретения приведен на чертеже.An example of a specific implementation of the invention is shown in the drawing.

Колосниковая решетка содержит элементы (колосники) 1 любой известной конструкции: плиты с отверстиями, балки, водоохлаждаемые элементы трубчатой формы. Колосники образуют полотно решетки со сквозными отверстиями 2 для прохода воздуха, необходимого для горения лежащего на полотне решетки топлива 3. Отверстия в самих колосниках или между ними выполняют с таким расчетом, чтобы живое сечение полотна колосниковой решетки, равное отношению суммарной площади всех сквозных отверстий ко всей площади полотна решетки, составляло более 3%, но менее 5%.The grate contains elements (grates) 1 of any known design: plates with holes, beams, water-cooled tubular elements. The grid-irons form a lattice web with through holes 2 for the passage of air necessary for burning the fuel 3 lying on the grid 3. The holes in or between the grates themselves are designed so that the living cross-section of the grate web is equal to the ratio of the total area of all through holes to the whole the area of the lattice web was more than 3%, but less than 5%.

Колосниковая решетка работает следующим образом. Сверху на поверхность полотна решетки набрасывается слой топлива 3, а снизу через сквозные отверстия из-под решетки подается воздух, необходимый для горения топлива.The grate works as follows. From above, a layer of fuel 3 is poured onto the surface of the grating web, and from the bottom through the through holes from under the grate air is supplied necessary for burning fuel.

Через все отверстия воздух идет в расчетном режиме, необходимом для нормального выгорания топлива. Даже если над какими-либо отверстиями слоя топлива вообще не окажется, весь воздух из-под решетки через эти отверстия не пройдет из-за их малого сечения. Суммарное гидравлическое сопротивление прохождению потока воздуха складывается из гидравлического сопротивления самой решетки и гидравлического сопротивления слоя топлива. За счет малого живого сечения решетки основное гидравлическое сопротивление прохождению воздушного потока в предлагаемом устройстве создается не слоем топлива, а отверстиями решетки. Неизбежная неравномерность гидравлического сопротивления самого слоя топлива по площади решетки уже почти не оказывает влияния на расход воздуха из каждого отдельно взятого отверстия полотна колосниковой решетки.Through all openings, air flows in the design mode necessary for normal fuel burnout. Even if there is no fuel layer at all over any openings, all the air from under the grill through these openings will not pass due to their small cross-section. The total hydraulic resistance to the passage of air flow is the sum of the hydraulic resistance of the grate itself and the hydraulic resistance of the fuel layer. Due to the small living cross-section of the lattice, the main hydraulic resistance to the passage of air flow in the proposed device is created not by a layer of fuel, but by the openings of the lattice. The inevitable unevenness of the hydraulic resistance of the fuel layer itself over the grating area already has almost no effect on the air flow from each individual hole in the grate blade web.

Claims

A grate with separate elements (grates) forming a web with through holes for air passage, characterized in that the living cross-section of the grate, equal to the ratio of the total area of all through holes in their minimum cross section to the total area of the grate web, is made in the range of more than 3% but less than 5%.