Элемент колосниковой решетки и колосниковая решетка с жидкостным охлаждением

 

Элемент (1, 2) колосниковой решетки выполнен в приведенном примере из трех частей и состоит из среднего основного элемента (10) и двух боковых элементов (11, 12), прикрепленных к нему. Через основной элемент (10) проходят параллельные прямолинейные сверления, образующие прямолинейные участки (13) канала. Эти прямолинейные сверления соединены с участками (14) поворота потока в соответствующих боковых элементах (11, 12) с образованием общего потока. Подвод (15) для охлаждающей жидкости находится в задней зоне элемента колосниковой решетки, в то время как отвод (16) - в головной зоне (7) элемента колосниковой решетки. В отводе (16) для отвода предусмотрен датчик (17) температуры для контроля температуры охлаждающей жидкости. Головка (7) элемента колосниковой решетки у своего основания (8) имеет открытые вниз выемки (18), служащие в качестве отверстий для выхода первичного воздуха, подводимого снизу. Технический результат выражается в обеспечении охлаждения элемента колосниковой решетки. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к элементу колосниковой решетки с жидкостным охлаждением, содержащему по меньшей мере один канал, предназначенный для прохождения жидкости, с параллельными участками, а также с подводом и отводом для жидкости. Изобретение относится также к колосниковой решетке, составленной из таких элементов.

Элементы колосниковой решетки, состоящей из черепицеобразно располагаемых друг на друге и имеющих возможность перемещения друг относительно друга ступеней, которые составлены из одного или нескольких элементов колосниковой решетки, лежащих друг около друга, подвержены высоким, сильно колеблющимся термическим нагрузкам, высокому механическому износу и химическому воздействию. Износ элемента колосниковой решетки существенно зависит от термической нагрузки, вследствие чего в последнее время стали применяться элементы колосниковой решетки, охлаждаемые жидкостью, так как от жидкостного охлаждения ожидается лучшее охлаждение и более равномерное распределение температуры по элементу колосниковой решетки.

Из Европейского патента EP-A-0 621 449 известен пластинчатый элемент колосниковой решетки, выполненный из листовой стали в виде полого корпуса и имеющий подвод, а также отвод охлаждающей жидкости. В этом известном элементе колосниковой решетки в полом корпусе могут устанавливаться зубы для создания меандрообразного (извилистого) прохождения охлаждающей воды по элементу колосниковой решетки. Подвод и отвод расположены при этом в зоне неподвижного или приводного конца элемента колосниковой решетки. При такой конструкции элемента колосниковой решетки получаются очень большие поперечные сечения для протекающего потока и связанные с этим застойные зоны, кавитация потока и неравномерное распределение охлаждающей жидкости. Кроме того, через такие элементы колосниковой решетки очень плохо удаляется воздух, вследствие чего могут образовываться увеличенные скопления воздуха, которые значительно ухудшают охлаждение в этой зоне и поэтому приводят к перегреву элемента колосниковой решетки. Это является отрицательным, в частности, тогда, когда элементы расположены в колосниковой решетке с обратной перевалкой топлива, в которой головки элементов колосниковой решетки вследствие их наклонного положения в собранном виде находятся на более высоком месте, чем соответствующий неподвижный или приводной конец элемента колосниковой решетки. При таком положении в собраном виде воздух, имеющийся в элементе колосниковой решетки, собирается в головной зоне элемента, которая в принципе независимо от типа колосниковой решетки подвержена более высокой термической нагрузке, вследствие чего дополнительно к ухудшенному эффекту охлаждения, обусловленному воздушными пузырями, сильно увеличивается износ элемента колосниковой решетки. Кроме того, элементы колосниковой решетки, выполненные в виде полых корпусов из листовой стали, коробятся при неравномерном охлаждении и приводят тем самым к нарушениям в работе колосниковой решетки. Расположение подвода и отвода охлаждающей жидкости в задней зоне элемента колосниковой решетки, то есть вблизи неподвижного или приводного конца, приводит к неудовлетворительному определению температуры охлаждающего средства, так как места подвода и отвода находятся в более холодной зоне, и датчики температуры целесообразно располагать на отводе. Поэтому вышеупомянутые перегревы, вызываемые воздушными пузырями, в особенности головного участка, выявляются недостаточно точно.

Из DE-C-44 00 992 известен колосник с жидкостным охлаждением, имеющий по меньшей мере один канал, отдельные участки которого проходят параллельно друг другу в продольном направлении колосника и соединены с участком для поворота потока в головной зоне колосника. Подвод и отвод к этому каналу и в этом известном колоснике находятся в задней зоне, то есть в зоне неподвижного и соответственно приводного конца, поэтому и здесь присутствуют в основном те же недостатки, как и в вышеназванном пластинчатом элементе колосниковой решетки. И в этом известном колоснике, имеющем канал преимущественно с прямоугольным поперечным сечением, изогнутый в головной части под острым углом для образования участка для поворота потока, надежно не исключаются кавитация потока или завихрения и скопления воздуха. Так как в задней части колосника наряду с подводом имеется также и отвод, недостаточно, как уже было сказано, не только регистрации температуры, но и удаления воздуха, то есть отвод из головной зоны образующихся воздушных пузырей является чрезвычайно затруднительным.

Задачей изобретения является такое выполнение элемента колосниковой решетки с жидкостным охлаждением вышеуказанного типа, чтобы обеспечить целенаправленное охлаждение элемента колосниковой решетки, адаптированное к имеющимся условиям, при незначительных конструктивных и технологических затратах.

Исходя из элемента колосниковой решетки вышеуказанного типа, эта задача решается согласно изобретению тем, что параллельные участки канала проходят поперечно к продольному направлению элемента колосниковой решетки и, значит, поперечно направлению перемещения сжигаемого материала, что отдельные участки канала проходят прямолинейно и имеют поперечное сечение, обуславливающее компактный, не имеющий кавитации и застойных зон поток.

Благодаря выполнению участков каналов поперечно к продольному направлению элемента колосниковой решетки в сочетании с узкими поперечными сечениями, исключается опасность скопления воздушных пузырей или паровых пузырьков, так как каждый участок канала лежит в плоскости одинаковой высоты, вследствие чего исключаются вышележащие полости, частично не продуваемые принудительно, в которых могут скапливаться воздушные пузыри, в то время как путем выбора узкого поперечного сечения получается компактный, не имеющий кавитации и застойных зон поток по всему поперечному сечению, который в случае образования воздушных пузырей приводит к лучшему их отводу, чем если бы в больших полостях имелось неоднородное протекание с застойными зонами. Число Рейнольдса с учетом необходимого отвода тепла составляет при этом более чем 10.000.

Согласно предпочтительной форме выполнения предусмотрено, что два прямолинейных участка канала соединены участком для поворота потока, и тем самым через них последовательно протекает жидкость, и что подвод жидкости предусмотрен в зоне неподвижного и соответственно приводного конца, а отвод жидкости - в головной зоне элемента колосниковой решетки. Благодаря расположению подвода жидкости на заднем, более холодном конце элемента колосниковой решетки и расположению отвода жидкости в головной зоне, то есть на более горячем конце элемента колосниковой решетки, происходит повышение температуры охлаждающего средства в соответствии с повышением температуры, происходящим в продольном направлении элемента колосниковой решетки таким образом, что нагревающаяся охлаждающая среда после достижения наиболее высокой температуры отводится от самого горячего места колосника, и тем самым создаются предпосылки для определения температуры элемента колосниковой решетки, соответствующей фактическим условиям. Существенное преимущество состоит в том, что при таком расположении подвода и отвода в сочетании с уже поясненным протеканием через поперечное сечение элемента колосниковой решетки в значительной мере выравнивается распределение температуры элемента в определенном месте поперечного сечения, то есть исключаются колебания температуры между обеими боковыми сторонами элемента колосниковой решетки. Это является предпочтительным, в частности, для таких элементов колосниковой решетки, которые проходят по всей ширине колосниковой решетки и поэтому имеют очень длинный путь протекания охлаждающей среды. В известном пластинчатом элементе колосниковой решетки, у которого на одной стороне расположен более холодный подвод, а на другой стороне - более горячий отвод, та краевая зона элемента колосниковой решетки, у которой имеется отвод, является более горячей, чем зона края и боковых сторон элемента колосниковой решетки, на которой расположен подвод. В случае очень широких элементов колосниковой решетки, выполненных в виде полых корпусов из листовой стали, это может привести к скручиванию элемента колосниковой решетки. Такие явления устраняются при конструктивном выполнении согласно изобретению.

Однако также возможно, чтобы все участки канала имели общий подвод жидкости и общий отвод жидкости и, таким образом, параллельно обтекались жидкостью.

Предпочтительная форма выполнения состоит в том, что участки канала имеют круглое поперечное сечение диаметром от 5 до 25 мм.

При поперечных сечениях, отличающихся от круглого, предпочтительным является, если участки канала имеют узкое поперечное сечение от 20 до 500 мм².

Предпочтительная форма выполнения изобретения состоит в том, что элемент колосниковой решетки состоит из массивного прочного, пластинчатого основного элемента и узких, массивных, прочных боковых элементов, закрепленных по обе стороны, и что основной элемент имеет прямолинейные участки каналов, а боковые элементы - участки для поворота потока. Благодаря такому конструктивному выполнению основной элемент можно изготовить из массивной стальной пластины путем выполнения на ней соответствующих сквозных отверстий, причем боковые элементы, закрепленные на нем, имеют участки для поворота потока. При этом боковые элементы могут отливаться за одно целое или изготавливаться составными из двух частей из прокатной стали для того, чтобы получить участки для поворота потока, например, фрезерованием, что позволяет получить при изготовлении особенно гладкие внутренние стенки участков для поворота потока. В плане особенно компактного, не имеющего кавитации и застойных зон потока предпочтительным является, чтобы весь канал имел гладкую внутреннюю стенку, полученную чистовой обработкой, что можно осуществить путем изготовления прямолинейных участков канала сверлением, а участков для поворота потока фрезерованием.

Для того, чтобы учесть различное распределение температуры в продольном направлении элемента колосниковой решетки, то есть в направлении от неподвижного и соответственно приводного конца к головному концу, расстояния между участками канала в головной зоне могут быть наименьшими, а в направлении к неподвижному и соответственно приводному концу увеличиваться.

Если в следующей форме выполнения изобретения на выходе воздуха предусмотреть датчик температуры для регулирования температуры охлаждающего средства, то на основе того факта, что выход лежит в головной зоне, то есть в наиболее горячей зоне колосника, осуществляется особенно точное регулирование, так как благодаря такому выполнению может определяться самая высокая температура охлаждающей среды и колосника, что при расположении выхода на заднем конце элемента колосниковой решетки невозможно определить с такой точностью. Изменение давления охлаждающей среды в замкнутой системе является необходимым в диапазоне температуры кипения охлаждающего средства для того, чтобы предотвратить образование пузырьков пара. Расположение датчика температуры в зоне выхода имеет преимущество, заключающееся в том, что, например, требующийся подводящий трубопровод может быть проложен внутри трубопровода для отвода охлаждающей среды, благодаря чему этот подводящий трубопровод особенно хорошо защищен. Свободно расположенные подводящие трубопроводы с датчиками температуры на колосниках часто подвергаются опасности повреждения при таких тяжелых условиях работы.

На участках канала, проходящих поперечно к продольному направлению элемента колосниковой решетки, являющихся прямолинейными и вследствие этого не образующих петель в головной зоне, в последней могут быть предусмотрены отверстия для выхода первичного воздуха для сгорания, подводимого снизу топочной колосниковой решеткой, выполненной из элементов колосниковой решетки, ступенчатообразно уложенных друг на друге, без специальных мероприятий для образования таких отверстий для выхода воздуха.

Колосниковая решетка для топочных устройств с чередующимися, неподвижными и подвижными ступенями, расположенными друг за другом в направлении перемещения сжигаемого материала, накладывающимися друг на друга черепицеобразно, которые составлены из отдельных, проходящих по всей ширине колосника или из нескольких лежащих друг около друга элементов, отличается тем, что каждая ступень колосниковой решетки снабжена индивидуальным регулируемым циркуляционным контуром для охлаждающей жидкости. В том случае, если каждая ступень колосниковой решетки составлена из нескольких элементов колосниковой решетки, охлаждающая жидкость может подаваться в них либо по последовательной, либо по параллельной схеме.

Особенно благоприятная возможность регулирования температуры охлаждающей жидкости и, значит, элемента колосниковой решетки получается за счет того, что при нескольких элементах колосниковой решетки одной ступени каждый элемент снабжен индивидуальным регулируемым циркуляционным контуром для охлаждающей жидкости.

Для уменьшения конструктивных и в особенности технологических затрат на регулирование предусмотрено, что по меньшей мере две ступени колосниковой решетки, расположенные друг за другом, имеют один индивидуальный регулируемый циркуляционный контур для охлаждающей жидкости.

Ниже изобретение поясняется с помощью примера выполнения и чертежа, на котором в аксонометрическом изображении представлены два элемента колосниковой решетки, согласно изобретению лежащих друг на друге черепицеобразно.

Как следует из чертежа, колосниковая решетка состоит из нескольких, черепицеобразно лежащих друг на друге элементов 1 и 2, из которых элементы 1 колосниковой решетки имеют возможность перемещаться возвратно-поступательно в направлении двойной стрелки 3, а элементы 2 колосниковой решетки расположены неподвижно. Элементы 1 колосниковой решетки снабжены приводным устройством 4, создающим необходимый ход. Каждый элемент колосниковой решетки имеет неподвижный и соответственно приводной конец 5, навешенный на держатель 6, причем этот держатель 6 в случае приводных элементов жестко соединен с приводным устройством 4. Кроме того, каждый элемент колосниковой решетки имеет головной конец 7 и заднюю сторону 9.

В примере выполнения, показанном на чертеже, каждый элемент 1 или 2 колосниковой решетки выполнен состоящим из трех частей и имеет основной элемент 10 и два боковых элемента 11 и 12. Основной элемент 10 состоит из массивной, прочной пластины, в которой поперечно к продольному направлению, то есть поперечно к направлению перемещения сжигаемого материала выполнены проходящие параллельно друг другу прямолинейные сверления 13, образующие прямолинейные участки канала для охлаждающей жидкости. В боковых элементах 11 и 12 выполнены участки 14 для поворота потока, причем каждый участок 14 принадлежит к двум соседним участкам 13 канала. Первый участок для поворота потока, лежащий в задней части колосниковой решетки, соединен с подводом 15, а последний участок для поворота, лежащий в головной зоне, соединен с отводом 16. Таким образом, жидкость поступает через подвод 15, протекает по отдельным участкам канала последовательно от заднего - к переднему, соответственно параллельно поверхности элемента колосниковой решетки и поперечно к продольному направлению элемента до тех пор, пока она снова не выйдет через выход 16 в головной зоне. При этом в соответствии с распределением температуры в продольном направлении элемента колосниковой решетки, то есть от неподвижного и соответственно приводного конца 5, если смотреть в направлении головного конца 7, отрезки между отдельными прямолинейными участками 13 канала выбираются по-разному, причем участки канала в головной зоне располагаются значительно плотнее друг возле друга, чем в задней зоне элемента колосниковой решетки. Это распределение предусмотрено для того, чтобы учесть более высокую термическую нагрузку элемента колосниковой решетки в головной зоне. Позицией 17 обозначен датчик температуры для определения температуры охлаждающего средства в отводе 16. Позицией 18 обозначены отверстия для выхода воздуха, которые выполнены в виде выемок, открытых вниз, у основания каждого элемента для того, чтобы можно было подвести первичный воздух на сгорание к сжигаемому материалу, лежащему на элементах колосниковой решетки. Эти отверстия для выхода воздуха прочищаются от застрявших частиц с помощью прочищающих выступов 19, предусмотренных в зоне задней стороны 9 элемента колосниковой решетки при установке наибольшего хода.

На чертеже боковые элементы 11 и 12 показаны в разобранном виде, рядом с основным элементом 10. В готовом для работы виде элемента колосниковой решетки эти боковые элементы жестко связаны с основным элементом 10, что может осуществляться, например, с помощью винтов, не показанных на чертеже. Для достижения максимально гладкой внутренней поверхности участков 14 поворота потока боковые элементы 11 и 12 могут быть изготовлены в виде отдельных деталей, чтобы можно было выполнить участки 14 поворота потока, например, фрезерованием.

Формула изобретения

1. Элемент колосниковой решетки с жидкостным охлаждением, содержащий по меньшей мере один канал, предназначенный для прохождения жидкости, с параллельными участками, а также с подводом и отводом для жидкости, отличающийся тем, что параллельные участки (13) канала проходят поперечно продольному направлению элемента колосниковой решетки и, тем самым, поперечно направлению перемещения сжигаемого материала, участки (13) канала проходят прямолинейно и имеют поперечное сечение, обуславливающее получение компактного, не имеющего кавитации и застойных зон, потока.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что каждые два прямолинейных участка (13) канала соединены участком (14) для поворота потока и поэтому последовательно обтекаются жидкостью, предусмотрен подвод (15) для жидкости в зоне неподвижного и соответственно приводного конца (5) и отвод (16) для жидкости в головной зоне (7) элемента (1, 2).

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что все участки (13) канала имеют общий подвод для жидкости и общий отвод для жидкости и поэтому имеют параллельное протекание жидкости.

4. Элемент по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что участки (13) канала имеют круглое поперечное сечение с диаметром 5 - 25 мм.

5. Элемент колосниковой решетки по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что участки (13) канала имеют узкое поперечное сечение 20 - 500 мм².

6. Элемент по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что он состоит из массивного, прочного, пластинчатого основного элемента (10) и узких, массивных, прочных боковых элементов (11, 12), закрепленных с обеих сторон, основной элемент (10) имеет прямолинейные участки (13) канала, а боковые элементы (11, 12) имеют участки (14) для поворота потока.

7. Элемент по одному из пп.4 - 6, отличающийся тем, что прямолинейные участки (13) канала образованы сквозными сверлениями в основном элементе (10).

8. Элемент по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что канал имеет гладкую внутреннюю стенку, полученную чистовой обработкой.

9. Элемент по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что расстояния между участками (13) канала в головной зоне (7) являются наименьшими и увеличиваются в направлении к неподвижному и соответственно приводному концу (5).

10. Элемент по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что в отводе (16) предусмотрен датчик (17) температуры для регулирования температуры охлаждающего средства путем изменения скорости протекания и/или давления охлаждающего средства.

11. Элемент по одному из пп.1 - 10, отличающийся тем, что в головной зоне (7) предусмотрены отверстия (18) для выхода первичного воздуха для сгорания, подводимого снизу колосниковой решетки, образованной из элементов (1, 2), расположенных ступенчатообразно друг на друге.

12. Колосниковая решетка для топочных устройств, содержащая расположенные друг за другом, черепицеобразно накладывающиеся друг на друга, а также чередующиеся друг с другом подвижные и неподвижные ступени колосниковой решетки, которые собраны из отдельных, проходящих по всей ширине колосниковой решетки или из нескольких лежащих друг около друга элементов колосниковой решетки, отличающаяся тем, что каждая ступень колосниковой решетки снабжена индивидуальным регулируемым циркуляционным контуром охлаждающей жидкости.

13. Колосниковая решетка по п.12, отличающаяся тем, что в случае нескольких элементов (1 или 2) в одной ступени колосниковой решетки каждый элемент колосниковой решетки снабжен индивидуальным регулируемым циркуляционным контуром охлаждающей жидкости.

14. Колосниковая решетка по п.12, отличающаяся тем, что по меньшей мере двум расположенным друг за другом ступеням колосниковой решетки соответствует собственный циркуляционный контур охлаждающей жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1