Спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки

Реферат: Спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки включає подачу твердого палива на верхню поверхню паливоутримуючої деталі колосникової решітки, подачу повітря в зону згоряння твердого палива через простір, в якому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, нероз'ємно з'єднані з паливоутримуючою деталлю, та через канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки, і подальше спалювання твердого палива у встановленому об'ємі пристрою, пристосованого для спалювання твердого палива. Повітря, яке подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають за допомогою додаткових деталей колосникової решітки, які, в свою чергу, нагрівають шляхом передавання теплової енергії від паливоутримуючої деталі колосникової решітки, котра отримує теплову енергію від згоряння твердого палива. Повітря, яке подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають за допомогою самої паливоутримуючої деталі колосникової решітки. Забезпечують безперешкодне випадання продуктів згоряння твердого палива через канали колосникової решітки у встановлений об'єм, пристосований для накопичення продуктів згоряння твердого палива. Забезпечується збільшення температури згоряння твердого палива. UA 108796 C2 (12) UA 108796 C2 UA 108796 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід може бути використаний в твердопаливних водогрійних котлах, як побутового, так і промислового призначення, в побутових твердопаливних плитах і печах, камінах та інших пристроях, пристосованих для спалювання твердого палива. Відомий спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки, котрий включає подавання твердого палива на поверхню паливоутримуючих деталей колосникової решітки та подавання повітря в зону горіння твердого палива через канали паливоутримуючих деталей колосникової решітки [1]. Недоліками цього способу є те, що, перш за все, спосіб не забезпечує значне збільшення температури згоряння твердого палива. Нагрівання повітря, котре надходить в зону згоряння твердого палива, тут майже не відбувається через відсутність нижньої частини колосникової решітки. До того ж зменшенню нагрівання повітря, котре надходить в зону згоряння твердого палива, тут забезпечують водоохолоджувальні елементи конструкції колосникової решітки. Також, при використанні цього способу не забезпечують достатню швидкість руху нагрітого повітря в зону згоряння твердого палива, через відсутність додаткового нагрівання повітря, котре надходить в зону згоряння твердого палива. При використанні цього способу не забезпечують збільшення перемішування більш нагрітого повітря з менш нагрітим повітрям, що надходить в зону згоряння твердого палива. Найбільш близьким є спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки, котрий включає подавання твердого палива на верхню поверхню паливоутримуючої деталі колосникової решітки, подавання повітря в зону згоряння твердого палива через простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, котрі нероз'ємно з'єднані з паливоутримуючою деталлю, та через канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки, і подальше спалювання твердого палива, у встановленому об'ємі пристрою, пристосованого для спалювання твердого палива, на верхній поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки [2]. Цей спосіб не забезпечує значне збільшення температури згоряння твердого палива з наведених нижче причин. По перше, при використанні цього способу не забезпечують достатнє нагрівання повітря, котре надходить в зону згоряння твердого палива, тому що більший геометричний розмір кожного з каналів паливоутримуючої деталі, які пристосовані для проходження повітря в зону згоряння твердого палива, орієнтований паралельно радіуса закруглення додаткових деталей колосникової решітки. По-друге, при використанні цього способу не забезпечують достатню швидкість руху нагрітого повітря в зону згоряння твердого палива, як в вертикальному, так і в горизонтальному напрямках, оскільки тут не відбувається достатнє нагрівання повітря, котре надходить в зону згоряння твердого палива. Швидкість руху нагрітого повітря в зону згоряння твердого палива обумовлена його температурою нагрівання та конструктивними особливостями додаткових деталей колосникової решітки. Чим більше температура нагрівання повітря, тим з більшою швидкістю воно рухається вгору. При цьому, конструкція колосникової решітки повинна забезпечувати мінімальний аеродинамічний опір потоку нагрітого повітря, навіть при розкладенні його середньої швидкості потоку на вертикальну та горизонтальну складову. По-третє, при використанні цього способу, не забезпечують перемішування більш нагрітого повітря з менш нагрітим повітрям. В основу винаходу поставлена задача шляхом вдосконалення способу спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки збільшити температуру згоряння твердого палива, забезпечуючи збільшення температури повітря, яке надходить в зону згоряння твердого палива. Поставлена задача вирішується тим, що в способі спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки, котрий включає подавання твердого палива на верхню поверхню паливоутримуючої деталі колосникової решітки, подавання повітря в зону згоряння твердого палива через простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, котрі нероз'ємно з'єднані з паливоутримуючою деталлю, та через канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки, і подальше спалювання твердого палива у встановленому об'ємі пристрою, пристосованому для спалювання твердого палива, на поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки, згідно з винаходом повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають, використовуючи додаткові деталі колосникової решітки, котрі передають свою теплову енергію повітрю, котре подають в зону згоряння твердого палива, і які, в свою чергу, нагрівають шляхом передавання теплової енергії від паливоутримуючої деталі колосникової решітки, котра отримує теплову енергію від згоряння твердого палива, а також 1 UA 108796 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають за допомогою самої паливоутримуючої деталі колосникової решітки, при цьому забезпечують безперешкодне випадання продуктів згоряння твердого палива через канали колосникової решітки, у встановлений об’єм, пристосований для накопичення продуктів згоряння твердого палива. На фіг. 1 зображена колосникова решітка, в котрій верхня поверхня паливоутримуючої деталі має форму, близьку до прямокутної (вигляд зверху). На фіг. 2 зображений переріз А-А колосникової решітки, вказаний на фіг. 1. На фіг. 3 зображена колосникова решітка, в котрій верхня поверхня паливоутримуючої деталі має круглу форму (вигляд зверху). На фіг. 4 зображений переріз А-А колосникової решітки, вказаний на фіг. 3. Пунктирними лініями позначена зона згоряння твердого палива. Суцільними стрілками вказано напрямок надходження повітря в простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки. На фіг. 5 зображений переріз В-В колосникової решітки, вказаний на фіг. 3. Пунктирними лініями позначена зона згоряння твердого палива. Суцільними стрілками вказано напрямок надходження повітря в простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки. На фіг. 6 зображений переріз С-С колосникової решітки, вказаний на фіг. 5. На фіг. 7 зображений поперечний переріз додаткових деталей колосникової решітки. Суцільними стрілками вказано напрямки руху повітря в просторі, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, в горизонтальній площині. На фіг. 8 зображений поперечний переріз додаткових деталей колосникової решітки. Суцільними стрілками вказано напрямки руху повітря в просторі, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, в горизонтальній площині. Спосіб здійснюють наступним чином. Тверде паливо подають на верхню поверхню паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1. Для згоряння твердого палива, котре підпалюють, подають повітря в простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки 2. Після чого повітря, необхідне для згоряння твердого палива, з простору, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки 2, через канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки 3 подають в зону згоряння твердого палива. Тверде паливо спалюють на верхній поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1 в зоні згоряння твердого палива, тобто у встановленому об'ємі пристрою, пристосованому для спалювання твердого палива (фіг. 1-6). Суцільними стрілками вказано напрямок надходження повітря в простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки 2. Повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають за допомогою додаткових деталей колосникової решітки 2, які, в свою чергу, нагрівають шляхом передавання теплової енергії від паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1, котра отримує теплову енергію від згоряння твердого палива. Також повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають за допомогою самої паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1. Повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, підігрівають, використовуючи поверхні додаткових деталей колосникової решітки 2, та поверхню паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1. Нагрівання повітря здійснюють шляхом прямого контакту повітря з поверхнями додаткових деталей колосникової решітки 2 та з поверхнею паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1, а також шляхом випромінювання теплової енергії з поверхонь додаткових деталей колосникової решітки 2, та з поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1. Нагріте повітря збільшує температуру згоряння твердого палива, та, як наслідок, збільшує калорійність згоряння палива. Це забезпечує економію твердого палива при опалюванні приміщень. При нагріванні повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, збільшують середню швидкість надходження нагрітого повітря в зону згоряння твердого палива, використовуючи додаткові деталі колосникової решітки 2, за допомогою котрих нагрівають повітря. Нагріте повітря завжди рухається вгору. Чим більша температура нагрітого повітря, тим більшу швидкість руху воно має. Збільшення швидкості надходженні повітря в зону згоряння твердого палива додатково збільшує температуру згоряння твердого палива та, як наслідок, збільшує калорійність згоряння палива. Це також забезпечує економію твердого палива при опалюванні приміщень. При цьому не потрібно використовувати додаткові пристрої, наприклад вентилятори, при подаванні повітря в зону згоряння твердого палива. Додаткові деталі колосникової решітки 2, наприклад, можуть мати форму пластин. При цьому верхня поверхня паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1 має форму, близьку до прямокутної (фіг. 1, 2). 2 UA 108796 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 І також додаткові деталі колосникової решітки 2 можуть мати форму коаксіальних кілець. При цьому верхня поверхня паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1 має круглу форму (фіг. 3-6). Колосникову решітку виготовляють шляхом лиття металу, наприклад чавуну, у виготовлену форму. При спалюванні твердого палива забезпечують безперешкодне випадання продуктів згоряння твердого палива через канали колосникової решітки 3, у встановлений об'єм, пристосований для накопичення продуктів згоряння твердого палива (на кресл. не вказано). Канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки 3 мають меншу ширину (менший геометричний розмір), ніж відстань між двома сусідніми додатковими деталями колосникової решітки 2. Це й забезпечує безперешкодне випадання продуктів згоряння твердого палива через канали колосникової решітки 3, у встановлений об'єм, пристосований для накопичення продуктів згоряння твердого палива. Таким чином, при спалюванні твердого палива на поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1, не відбувається зашлаковування каналів 3, більш, ніж це відбувається в існуючих конструкціях колосникових решіток. При виконанні способу, що заявляється, використовуючи додаткові деталі колосникової решітки 2, забезпечують перемішування більш нагрітого повітря з менш нагрітим повітрям. Для цього використовують додаткові деталі відповідної форми, поперечний переріз котрих вказаний на фіг. 7. Тверде паливо має нерівномірну температуру згоряння, і як наслідок, нерівномірне нагрівання деталей колосникової решітки. До того ж температура на поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки 1 завжди буде більшою у її центральній частині, ніж на периферійних частинах. Перемішування більш нагрітого повітря з менш нагрітим повітрям відбувається наступним чином. Потік більш нагрітого повітря має більшу швидкість руху вгору, ніж потік менш нагрітого повітря. В потоці більш нагрітого повітря атмосферний тиск менше, ніж в потоці менш нагрітого повітря, і це обумовлює перетікання менш нагрітого повітря в потік більш нагрітого повітря. На фіг. 7 напрямки руху повітря у горизонтальній площині вказані суцільними стрілками. Рух повітря у горизонтальному напрямку також робить більш рівномірним розподіл повітря у зоні згоряння твердого палива. Таким чином додатково збільшують температуру згоряння твердого палива та, як наслідок, збільшують калорійність згоряння твердого палива. Також, використовуючи додаткові деталі колосникової решітки 2, забезпечують збільшення горизонтальної складової середньої швидкості руху повітря, що надходить в зону згоряння твердого палива. Для цього використовують додаткові деталі відповідної форми, поперечний переріз котрих вказаний на фіг. 8. Повітря більше нагрівається у центральній частині колосникової решітки. Збільшуючись в об'ємі, нагріте повітря перетікає у периферійні частини колосникової решітки. Напрямки руху повітря у горизонтальній площині на фіг. 8 вказані суцільними стрілками. Таким чином утворюють вихровий потік повітря у зону згоряння твердого палива. Це додатково робить більш рівномірним розподіл повітря у зоні згоряння твердого палива. І це додатково збільшує температуру згоряння твердого палива, та, як наслідок, збільшує калорійність згоряння твердого палива. Таким чином, спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки дозволяє збільшити температуру згоряння твердого палива, та, як наслідок, дозволяє збільшити калорійність згоряння твердого палива. При цьому, використання способу не потребує майже ніякого ускладнення пристроїв, пристосованих для спалювання твердого палива. Приклад конкретного виконання Спосіб був випробуваний в лабораторних умовах в твердопаливному водогрійному побутовому котлі та в побутовій твердопаливній плиті при спалюванні вугілля та дров. В процесі випробовування способу були використані всі вказані в описі конструкції колосникових решіток. Колосникові решітки були виготовлені зі сталі, шляхом зварювання металу. Максимальна економія твердого палива складала 15-20 відсотків. Джерела інформації: 1. Патент на винахід РФ № 2312273 С1, F23H 3/00, опублікований 10.12.2007 р. 2. Патент на винахід РФ № 2388967 С2, F23H 1/00, опублікований 10.05.2010 р. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 Спосіб спалювання твердого палива за допомогою колосникової решітки, котрий включає подавання твердого палива на верхню поверхню паливоутримуючої деталі колосникової 3 UA 108796 C2 5 10 решітки, подавання повітря в зону згоряння твердого палива, через простір, в котрому розташовані додаткові деталі колосникової решітки, котрі нероз'ємно з'єднані з паливоутримуючою деталлю, та через канали паливоутримуючої деталі колосникової решітки, і подальше спалювання твердого палива у встановленому об'ємі пристрою, пристосованому для спалювання твердого палива, на поверхні паливоутримуючої деталі колосникової решітки, який відрізняється тим, що повітря, котре подають у зону згоряння твердого палива, нагрівають, використовуючи додаткові деталі колосникової решітки, котрі передають свою теплову енергію повітрю, котре подають в зону згоряння твердого палива, і які, в свою чергу, нагрівають шляхом передавання теплової енергії від паливоутримуючої деталі колосникової решітки, котра отримує теплову енергію від згоряння твердого палива, а також повітря, котре подають в зону згоряння твердого палива, нагрівають, за допомогою самої паливоутримуючої деталі колосникової решітки, при цьому забезпечують безперешкодне випадання продуктів згоряння твердого палива через канали колосникової решітки, у встановлений об'єм, пристосований для накопичення продуктів згоряння твердого палива. 4 UA 108796 C2 5 UA 108796 C2 6 UA 108796 C2 7 UA 108796 C2 8 UA 108796 C2 9 UA 108796 C2 10 UA 108796 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11