Большая энциклопедия нефти и газа. Устройство для ударно-импульсной очистки поверхностей котлов

Страница 4 из 10

Проектирование и схемы наружной очистки поверхностей нагрева котлов “ЗиОМАР”

Майданик Μ. Н., Щелоков В. И., Пухова Н. И.

Средства наружной очистки поверхностей нагрева	Топочные экраны	полурадиационные и конвективные поверхности (под давлением)	Воздухоподогреватели
Аппараты:
водяной обдувки
паровой обдувки Устройства:
паровой “пушечной” обдувки
газоимпульсной очистки
вибрационной очистки
звуковой очистки
Установки дробевой очистки

Шлакование и загрязнение поверхностей нагрева топочных камер и конвективных газоходов являются одной из основных проблем при проектировании и освоении пылеугольных котлов, сжигающих низкосортные бурые, каменные угли и лигниты. Только одними конструктивными и режимными мероприятиями в большинстве случаев не удается обеспечить длительную бесшлаковочную кампанию таких котлов, поэтому наряду с ними на котлах ЗиО широко применяется установка различных средств наружной очистки поверхностей нагрева.
Средства очистки в отечественной и зарубежной практике, в основном применяемые в качестве эксплуатационных, приведены далее.

Область применения

Устройства звуковой очистки не получили большого распространения как из-за ограниченных возможностей по удалению золовых отложений, так и экологических проблем. То же относится и к вибрационной очистке, которая требует специальных конструктивных решений для очищаемых поверхностей нагрева и может снижать их ресурс. Такие устройства могут оказаться необходимыми при сжигании топлива с высокой коррозионной активностью минеральной части, как например, у эстонских сланцев.
В качестве альтернативного решения предпочтительней применение устройств газоимпульсной очистки. Они имеют сравнительно простую конструкцию, но при образовании прочных связанных отложений обладают существенно меньшей эффективностью, чем аппараты паровой обдувки. Как показал опыт эксплуатации котла П-67 на Березовской ГРЭС-1, при сжигании березовского угля устройства газоимпульсной очистки поверхностей нагрева конвективной шахты оказались неэффективными.
Импульсные устройства очистки хорошо зарекомендовали себя при удалении сыпучих и рыхлых слабосвязанных золовых отложений, при этом они больше пригодны для сравнительно небольших котлов и для локальной очистки полурадиационных, конвективных поверхностей нагрева, включая регенеративные воздухоподогреватели. Применение их возможно на электростанциях с постоянным источником газоснабжения.
Установки дробевой очистки наиболее приспособлены для очистки трубчатых воздухоподогревателей, а также гладкотрубных экономайзеров со сравнительно тесными пучками труб. Они могут успешно применяться при условии проведения регулярного и постоянного техобслуживания на электростанциях со сравнительно высокой культурой эксплуатации. В то же время конструкции их требуют доработки. Наиболее современные технические решения (отработанные в свое время на заводе “Котлоочистка”) не были внедрены в промышленное производство.
Водяная и паровая обдувка являются наиболее универсальными в большинстве случаев для своей области применения и самыми эффективными методами очистки поверхностей нагрева. На котлах ЗиО они применяются в качестве основных средств очистки топочных экранов, полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева.

Водяная обдувка.

Для очистки топочных экранов в большинстве случаев используются аппараты водяной обдувки, которые являются наиболее эффективным средством удаления наружных отложений золы. Аппараты паровой обдувки устанавливаются в топочной камере в случае невозможности использования водяной обдувки по условиям надежности металла труб (в частности, для некоторых радиационных пароперегревателей, имеющих сравнительно высокую температуру металла труб). Паровая обдувка топочных экранов может также использоваться при сжигании углей с низкой склонностью к шлакованию.
В качестве устройств водяной обдувки экранов топочной камеры применяются два типа аппаратов:
дальнобойные аппараты, которые колебательным реверсивным движением сопла направляют струю через топку, осуществляя обдувку противоположной и боковых стен;
маловыдвижные аппараты, осуществляющие при выдвижении сопловой головки в топку обдувку “на себя”.
Аппараты могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом для повышения эффективности очистки и большей полноты охвата стен топки. Выбор типа и параметров аппаратов, схемы обдувки определяется конструкцией топочногорелочного устройства, размерами топки, интенсивностью и характером загрязнения. При проектировании схем очистки топочных камер используется специально разработанная компьютерная программа. Программа позволяет определять оптимальное расположение, число и тип аппаратов, конфигурацию и размеры зон обдувки отдельных аппаратов и общей очищаемой зоны топочной камеры, выбрать оптимальные параметры аппаратов и рабочего агента. При разработке программы обобщены результаты исследований очистки топочных экранов, проведенные в ВТИ, СибВТИ, ЗиО и других организациях, а также многолетний опыт эксплуатации аппаратов водяной и паровой обдувки на отечественных и зарубежных котлах.
Дальнобойные аппараты водяной обдувки обеспечивают эффект очистки преимущественно за счет термического воздействия на слой золовых отложений водяных струй. Они имеют большую площадь охвата стен топочной камеры, для очистки всей топки обычно необходима установка всего четырех - восьми аппаратов на котел. Эти аппараты удобно использовать для очистки холодных воронок и межгорелочных зон топки, они позволяют осуществлять очистку окон газозаборных шахт (со стороны топки) и амбразур горелок. Система водяной обдувки с аппаратами такого типа (конструкции завода “Котлоочистка”) была успешно применена ЗиО, в частности, на котлах П-64 энергоблоков 300 МВт ТЭС “Гацко” и “Углевик” (Югославия), сжигающих югославские лигниты.
В настоящее время такая же схема очистки топки спроектирована и поставляется ЗиО для котлов к энергоблокам 210 МВт ТЭС “Нейвели” (Индия), рассчитанных на сжигание низкосортных углей (лигниты). Котел имеет башенную компоновку с размерами топки в плане 13,3 х 13,3 м и высотой ее вертикальной части около 30 м. Для очистки топки предусмотрена установка восьми дальнобойных аппаратов, которые обеспечивает обдувку практически всей топочной камеры с достаточной эффективностью струи.
Для котлов с крупногабаритными топочными камерами эффективность очистки дальнобойными аппаратами снижается вследствие ограниченной дальнобойности водяных струй, в особенности в условиях работы топочных камер котлов. Кроме того, примененные отечественные дальнобойные аппараты обладают недостаточной надежностью, имеют ряд конструктивных недостатков, плохо приспособлены для локальной, выборочной очистки отдельных зон топочной камеры. В связи с этим в схемах очистки топочных камер котлов ЗиО начали широко применять маловыдвижные аппараты водяной обдувки. Эти аппараты обычно имеют радиус обдувки до 4 - 4,5 м и формируют струю с большим гидродинамическим воздействием на слой золовых отложений, чем у дальнобойных аппаратов.
Первые отечественные промышленные маловыдвижные аппараты были установлены на котлах П-67 Березовской ГРЭС-1. Испытания их показали, что аппараты такого типа могут обеспечить хорошую эффективность очистки для углей с очень высокой склонностью к шлакованию.
В последние годы маловыдвижные водяные аппараты устанавливаются в котлах ЗиО как для полной очистки топочных камер, так и для локальной очистки в зонах топки с наибольшей интенсивностью загрязнения. Схема очистки топки с использованием только маловыдвижных аппаратов реализована на котле П-78 энергоблока 500 МВт ТЭС “Иминь” (Китай), сжигающем бурый уголь. На этом котле установлено 82 маловыдвижных водяных аппарата, изготовленных на ЗиО. В настоящее время на системе водяной обдувки проводятся пусконаладочные работы. Аналогичная схема очистки топки запроектирована для реконструируемого котла П-50Р Каширской ГРЭС, где они должны заменить паровые обдувочные аппараты.
На котле ОР-210М ТЭС “Скавина” (Польша), сжигающем каменный уголь, реконструкцию которого осуществлял завод, было установлено шесть маловыдвижных водяных аппаратов типа SK-58-6E фирмы “Clyde- Bergemann” (Германия). Аппараты были применены для очистки зоны топки в районе верхнего яруса горелок и над горелками, где предполагалась наибольшая интенсивность загрязнения. В указанных зонах аппараты обеспечивали приемлемую эффективность очистки, но они не смогли справиться со шлакованием амбразур горелок, находящихся в зоне действия аппаратов. Последнее во многом объясняется тем, что водяная струя аппаратов, направляемая поперек горелок, сносится потоком пылегазовоздушной смеси. Это ограничивает возможности очистки маловыдвижными аппаратами горелочной зоны топок, в особенности для современных схем расположения горелочных устройств и стесненных компоновок пылегазовых воздухопроводов.
В рассматриваемом котле для очистки всей горелочной зоны топки предполагается установить дальнобойные аппараты водяной обдувки. Система водяной обдувки топки с установкой дальнобойных и маловыдвижных аппаратов водяной обдувки разработана для котла Еп-670-140 энергоблока 210 МВт ТЭС “Плевля” (Югославия), реконструкция которого (с переводом на сжигание широкой гаммы лигнитов и бурых углей) проводится на ЗиО. В системе на четырех ярусах по высоте топки предусмотрена установка восьми дальнобойных (на ярусах первом и четвертом) и 12 маловыдвижных аппаратов (на ярусах втором и третьем). На ярусах первом и четвертом на каждой стене топки установлен один дальнобойный аппарат, на втором ярусе - один маловыдвижной аппарат. На третьем ярусе на каждой стене топки установлено два маловыдвижных аппарата.
Применение дублирующих средств очистки диктуется необходимостью по условиям загрязнения топочных экранов интенсивной очистки локальных зон топки. В этом случае наиболее полно реализована практически вся технологическая схема системы водяной обдувки, комплектуемая общим щитом управления, с помощью которого осуществляется автоматическое и дистанционное управление работой всех обдувочных аппаратов и схемы подвода воды.
Требуемые параметры воды в системе обеспечиваются насосной установкой, оборудованной двумя насосами ЦНС-38-198. Во время обдувки снабжение аппаратов водой осуществляется от какого-либо одного насоса, другой находится в резерве.
На трубопроводе подвода воды к насосной установке установлены запорный клапан, фильтр для исключения попадания в насос и аппараты твердых частиц больших размеров, показывающий манометр для контроля давления воды в подводящем трубопроводе. На всасывающих и напорных трубопроводах насосной установки используются запорные клапаны и обратные клапаны для отключения насоса, находящегося в резерве, и предотвращения обратных токов воды.
На общем напорном трубопроводе насосной установки устанавливается регулирующий клапан, который используется для общего регулирования давления воды в системе (при наладке системы). Для автоматического управления и контроля работы системы далее по ходу воды устанавливаются запорный клапан с электроприводом, датчик давления воды и показывающий манометр.
Из напорного трубопровода насосной установки вода поступает в подъемный стояк и далее трубопроводами раздается по ярусам установки аппаратов. Трубопроводы подвода воды к аппаратам на отдельных ярусах закольцованы. От кольцевого трубопровода вода через трубопроводы подводится к каждому аппарату на ярусе (к запорному клапану аппарата).
На трубопроводах подвода воды к аппаратам (по ярусам) устанавливаются регулирующие клапаны и датчики давления. Регулирующие клапаны используются для регулирования давления перед аппаратами (при наладке системы), датчики давления - для контроля работы системы.
Подъемный стояк оборудуется линией дренажа, на котором устанавливается запорный клапан с электроприводом. Этот клапан используется для автоматического управления работой системы.

Паровая обдувка.

В настоящее время для очистки полурадиационных и конвективных поверхностей в основном применяются аппараты паровой обдувки. В труднодоступных местах могут также дополнительно устанавливаться устройства паровой “пушечной” обдувки.

Обдувка трубных пучков осуществляется преимущественно глубоковыдвижными аппаратами с винтовым движением сопловой трубы. Для котлов мощных блоков требуемая глубина выдвижения обдувочной трубы достигает 10-12 м. В отдельных случаях (в основном по условиям компоновки и конструкции поверхностей нагрева) могут использоваться глубоковыдвижные аппараты маятникового типа, осуществляющие секторную обдувку, многосопловые винтовые - только с вращательным движением обдувочной трубы, которая постоянно находится в газоходе (при сравнительно невысокой температуре газов), и др.
При проектировании систем паровой обдувки для выбора параметров рабочего агента, типоразмеров и схем расположения аппаратов используются газодинамические расчеты сопл и динамических напоров струй, эффективных радиусов действия аппаратов. Программы расчета базируются на результатах экспериментальных исследований паровой обдувки, проведенных ВТИ и СибВТИ, в том числе по заказу завода.
В последние годы котлы ЗиО комплектуются аппаратами паровой обдувки фирмы “Clyde-Bergemann”. Глубоковыдвижные аппараты этой фирмы были, в частности, успешно применены на уже упомянутых котлах П-78 ТЭС “Иминь” и ОР-210М ТЭС “Скавина”.
Характерная технологическая схема паровой обдувки с различными типами паровых обдувочных аппаратов спроектирована для реконструируемого котла Еп-670-140 ТЭС “Плевля”. В системе паровой обдувки используются три типа аппаратов: для очистки пакетов пароперегревателей, расположенных в поворотном газоходе, 14 глубоковыдвижных аппаратов типа PS-SL, для очистки скатов поворотного газохода - шесть глубоковыдвижных маятниковых аппаратов типа RK-PL с ограниченным сектором обдувки и для очистки пакетов пароперегревателя, расположенных в конвективной шахте, семь винтовых аппаратов типа PS-SB, обдувочная труба которых постоянно находится в газоходе. В поворотном газоходе аппараты симметрично установлены на правой и левой боковых стенах (на разных отметках по высоте), в конвективной шахте - на одной стене шахты котла.
В качестве рабочего агента используется перегретый пар, подаваемый к аппаратам после редукционной установки с давлением 3-4 МПа. Следует отметить, что при подводе пара в систему из тракта промежуточного перегрева пара в технологическую схему дополнительно включается регулятор давления пара (для поддержания постоянного давления перед аппаратами при изменении нагрузки котла). Все аппараты оборудованы встроенным запорным дроссельным клапаном, настраиваемым так, чтобы при обдувке давление пара в обдувочной трубе аппаратов составляло 1,2 - 1,6 МПа. Требуемый динамический напор струи устанавливается при этом за счет выбора соответствующего диаметра сопл.
Подвод пара в систему (после редукционной установки) осуществляется по общему трубопроводу диаметром 133/113 мм с установленными на нем ручным запорным вентилем, запорным вентилем с электроприводом, который используется для автоматического управления системой, и манометром для контроля давления пара на входе в систему. Общий трубопровод оборудуется линией дренажа.
Из общего трубопровода пар раздается по двум трубопроводам диаметром 89/81 мм, подводящим пар сначала к аппаратам PS-SB, установленным в конвективной шахте, а затем к аппаратам PS-SL и RK-PL, расположенным на левой и правой боковых стенах. В конце подводящих трубопроводов устанавливаются контактные манометры и термометры, а также дренажные линии, которые используются для продувки и прогрева трубопроводов системы перед включением аппаратов. На дренажных линиях устанавливаются запорные вентили с электроприводом, байпасы с дроссельными шайбами и запорные вентили.
Манометры, термометры и дренажные вентили с электроприводом используются для автоматического управления работой системы. Байпасы (с дроссельной шайбой) трубопроводов дренажей необходимы для обеспечения при обдувке постоянного протока пара по трубопроводам подвода пара к аппаратам, чтобы исключить конденсацию пара в них. Запорный вентиль на общем трубопроводе и запорные вентили на дренажных трубопроводах используются при проведении ремонтных работ и в аварийных ситуациях.
Система паровой обдувки комплектуется общим щитом управления, с помощью которого осуществляется автоматическое и дистанционное управление работой всех обдувочных аппаратов и арматуры, прогревом и дренажом системы.
В настоящее время котлы ЗиО, предназначенные для сжигания шлакующего топлива, комплектуются комплексными системами очистки, включающими в себя в основном аппараты водяной и паровой обдувки, системы автоматического управления, системы подвода рабочего агента с запорно-регулирующей арматурой. В отдельных случаях они могут быть дополнены устройствами паровой “пушечной” обдувки, а также и другими средствами очистки.

А. П. Погребняк, заведующий лабораторией,
к.т.н. С.И. Воеводин, ведущий научный сотрудник,
В.Л. Кокорев, главный конструктор проекта,
А.Л. Кокорев, ведущий инженер,
ОАО «НПО ЦКТИ», г. Санкт-Петербург

В нынешних экономических условиях, когда большинство предприятий решают вопросы максимального повышения эффективности своего оборудования, в т.ч. и принадлежащих им котельных, с целью снижения себестоимости производимой продукции в условиях постоянно растущих цен на энергоносители, особое внимание уделяется нетрадиционным техническим решениям, позволяющим экономить топливо, повышать эффективность и долговечность работы оборудования.

Одним из основных направлений экономии различных видов жидкого и твердого топлива (мазут, дизтопливо, уголь, торф, сланец, древесные отходы и др.) является повышение эффективности работы паровых и водогрейных котлов, технологических агрегатов, сжигающих эти виды топлива, за счет предотвращения загрязнения их поверхностей нагрева золовыми отложениями.

Длительный опыт эксплуатации паровых и водогрейных котлов, котлов-утилизаторов и других технологических агрегатов, оборудованных традиционными средствами очистки поверхностей нагрева, показали их недостаточную эффективность и надежность, что в значительной мере снижает экономичность работы (уменьшение КПД на 2-3%) и требует больших трудозатрат на производство ручной очистки. Кроме того, эти способы очистки обладают рядом других существенных недостатков, а именно:

Паровая обдувка, наряду со значительными энерго- и трудозатратами, способствует коррозионному и эрозионному износу поверхностей нагрева, особенно при сжигании высокосернистого топлива, что сокращает срок их службы в 1,5-2 раза; наличие влаги способствует затвердеванию отложений на трубах за счет сульфати-зации, следствием чего являются частые остановки котлоагрегатов для ручной очистки;

Дробеочистка является сложным и энергозатратным способом очистки, требующим значительных трудозатрат в процессе его применения и при ремонте используемого оборудования, и не обеспечивающим при этом эффективной и надежной очистки из-за больших потерь дроби, а также застревания дроби в трубной системе устройства очистки и в поверхностях нагрева;

Виброочистка и ударная очистка вызывают механические повреждения очищаемых поверхностей нагрева.

Этих недостатков лишены разработанные в ОАО «НПО ЦКТИ» на основе собственных исследований, системы газоимпульсной очистки (ГИО) с малогабаритными импульсными камерами, которые предназначены для очистки от отложений конвективных поверхностей нагрева промышленных котлоагрегатов (ДКВР, ДЕ, КВ-ГМ, ПТВМ, ГМ, БКЗ и др.), а также котлов коммунальной энергетики малой мощности (от 0,5 МВт и выше). Разработанные системы ГИО обладают различной степенью автоматизации, вплоть до полностью автоматизированных.

Принцип работы системы ГИО заключается в воздействии на отложения, образующиеся на поверхностях нагрева направленных ударных и акустических волн, генерируемых за счет взрывного горения ограниченного объема газовоздушной смеси (0,01-0,1 м3), осуществляемого в импульсной камере, размещаемой вне газохода котла. За счет истечения из импульсной камеры со сверхзвуковой скоростью продуктов сгорания происходит комплексное волновое и термогазодинамическое воздействие на наружные отложения, теплообменные и ограждающие поверхности.

В качестве рабочих компонентов в системе используются: природный газ, топливный или баллонный газ (пропан) и воздух от собственного вентилятора.

Основными конструктивными элементами системы ГИО являются: импульсные камеры, сопловые блоки, коллекторы, технологический блок, блок зажигания и управления (БЗУ), комплекс управления системой (автоматизированный вариант).

Импульсная камера (фото 1) предназначена для организации процесса взрывного горения и представляет собой цилиндрическую емкость диаметром 159-325 мм (в зависимости от характеристик очищаемой поверхности и вида топлива) и высотой не более 1 м. Импульсная камера соединяется с газоходом котла при помощи соплового блока, который предназначен для ввода продуктов взрыва газовоздушной смеси в газоход котла и направления создаваемых ударных волн на поверхность нагрева.

Технологический блок ГИО имеет габариты 250x1300 мм (фото 2) и устанавливается непосредственно около котла и выполняет все технологические функции в соответствии с алгоритмом работы системы очистки. Технологический блок включает в себя вентилятор, узел подготовки и зажигания смеси, газовую линию с арматурой и манометром.

Управление элементами технологического блока осуществляется при помощи БЗУ (фото 3), который соединен кабелем с электросетью и имеет разъемы для соединения с запальником, вентилятором и электромагнитным клапаном. БЗУ задает количество импульсов и интервал между ними.

В автоматизированном варианте ГИО комплекс управления состоит из блока управления и одного или нескольких исполнительных блоков, которые выполняют функции БЗУ. При этом запуск системы в работу осуществляется «от кнопки», а остановка и приведение в исходное состояние всех элементов системы происходит автоматически.

Периодичность очистки - от нескольких раз в сутки для котлов, работающих на твердом топливе (уголь, сланец, торф и т.п.), до одного раза в неделю при работе на природном газе. Продолжительность цикла очистки - 10-15 мин, расход газа (пропана) на цикл очистки - 0,5-2,5 кг.

Работа ГИО не оказывает вредных воздействий на обслуживающий персонал и конструктивные элементы котла.

Генерируемые импульсными камерами ударные волны распространяются во все точки газохода котла, что обеспечивает равномерную очистку поверхностей нагрева. ГИО может использоваться для очистки поверхностей нагрева, работающих в среде как нейтральных, так и агрессивных газов (SO2, HF и др.).

Система ГИО надежна в работе и проста в управлении и обслуживании, в промежутках между ревизиями котлов не требует профилактических ремонтов. Ее можно устанавливать не только на сооружаемых котлах, но и на котлах, находящихся в эксплуатации. Время простоя котла для монтажа ГИО составляет 5-10 сут. и зависит от количества монтируемых импульсных камер.

Применение ГИО кроме экономии электроэнергии за счет улучшения аэродинамики газохода и сокращения затрат за счет исключения ручной очистки, позволяет значительно повысить эффективность работы конвективных поверхностей нагрева котлов (см. таблицу). КПД паровых и водогрейных котлов, работающих на жидком и твердом топливе, за счет применения ГИО повышается на 1,5-2%, что позволяет достичь значения близкого к расчетному.

Применение ГИО на котлах различных типов дает экономический эффект, позволяющий окупать затраты на внедрение только за счет экономии топлива, в срок от полугода до года.

В настоящее время разработана и внедряется также малогабаритная передвижная система ГИО для малых котлов предприятий коммунальной энергетики.

kokorev089@yandex.ru

| скачать бесплатно Опыт внедрения газо-импульсной очистки на энерготехнологических котлах и котлах промышленной и коммунальной энергетики , Погребняк А. П., Воеводин С.И., Кокорев В.Л., Кокорев А.Л. ,

На трубах поверхностей нагрева могут оседать также частицы в твердом состоянии, загрязняя их наружную поверхность как с лобовой, так и с тыльной стороны. Эти загрязнения могут иметь рыхлую структуру или прочно связываться с материалом труб, образуя трудноудалимые отложения.

Отложения на трубах уменьшают коэффициент теплопередачи (так как отложения имеют низкую теплопроводность и действуют подобно тепловой изоляции) и снижают эффективность отдачи теплоты, вызывая рост температуры уходящих газов. Подобно шлакованию, загрязнение поверхностей нагрева ведет к увеличению сопротивления газового трак та и ограничению тяги.

Рыхлые отложения образуются преимущественно с тыльной стороны труб. Для их уменьшения применяют шахматную компоновку тесно расположенных труб.

Связанные сыпучие отложения появляются при сжигании некоторых видов топлива, содержащих значительное количество соединений щелочноземельных (Са, Мg) или щелочных металлов (сланцы, фрезерный торф, угли Канско-Ачинского бассейна и некоторые другие), а также при сжигании мазутов. Они могут образоваться в результате сульфатизации, например, оксида Са:

СаО + SO 3 ® CaSO 4

Протекание этой реакции замедляется при снижении содержания свободной СаО и О 2 , что достигается сжиганием топлива при высоких температурах (например, при ЖШУ) и при работе с малыми избытками воздуха. Уменьшение образования связанных сульфатных отложений достигается также при снижении в зоне температуры газа менее 800 – 850 о С.

Для удаления отложений золы используются также различные способы очистки: обдувка паром или сжатым воздухом, вибрационный, дробевый, импульсный и др.

Вибрационный способ очистки преимущественно применяется для очистки ширмовых и конвективных пароперегревателей. Удаление отложений происходит под действием поперечных или продольных колебаний очищаемых труб, вызываемых специально устанавливаемыми вибраторами электромоторного (например С-788) или пневматического типа (ВПН-69).

На (см.рис.38) показан один из типов устройства виброочистки ширмового перегревателя с поперечными колебаниями труб. Возбуждаемые вибратором 3 колебания передаются виброштангам 2 и от них змеевикам труб 1. Виброштангу, как правило, приваривают к крайней трубе с помощью полуцилиндрических накладок. Аналогичным образом соединяются остальные трубы между собой и с крайней трубой. Виброочистка с продольным колебанием труб применяется преимущественно для вертикальных змеевиковых поверхностей нагрева, подвешенных (на пружинных подвесах) к каркасу котла.

Рис. 38. Установка виброочистки ширм:

1- трубы шары

2- виброштанга

3- вибратор.

Электромоторные вибраторы не позволяют поднять частоту колебаний выше 50 Гц , что оказывается недостаточным для разрушения связанных прочных отложений, образующихся на трубах при сжигании углей канско-ачинских, сланцев, фрезторфа и др. В этом случае целесообразно использовать пневматические генераторы колебаний (например ВПН-69), обеспечивающие достижение более высокого уровня (до 1500 Гц ) и широкого диапазона изменения частоты колебаний. Применение мембранных змеевиковых поверхностей значительно упрощает использование вибрационного метода очистки.

Дробевая очистка используется против прочносвязанных с трубами плотных отложений, удаление которых с помощью описанных выше методов не обеспечивается. На очищаемую поверхность равномерно разбрасываются с некоторой высоты стальные шарики (дробь) небольшого размера. При своем падении в результате удара о поверхность дробь разрушает отложения на трубах как с лобовой стороны, так и с тыльной (при отскоке от нижележащих труб) и с небольшой частью золы выпадает в нижнюю часть конвективной шахты. Эта зола может отсеиваться от дроби в специальных сепараторах, дробь же накапливается в бункерах, которые могут располагаться как под газоходом, в котором расположены очищаемые поверхности, так и над ним.

Основные элементы дробеочистки с нижним расположением бункеров показаны на (см.рис.39) .

Рис. 39. Принципиальная схема дробеочистки:

1 – бункер дроби

2 – сопло

3 – входное устройство

4 – дробепровод

5 – дробеуловитель

6 – тарельчатый питатель

7 – входной трубопровод

8 – разбрасыватель дроби

9 – дробь

10 – очищаемая поверхность

11 – воздуходувка

При включении установки дробь из бункера 1 сжатым воздухом (из сопла 2 ) подается во входное устройство 3 дробепровода 4 (или в инжектор - в установках под давлением). Транспортируемая воздухом дробь отделяется в дробеуловителях 5 , из которых с помощью тарельчатых питателей 6 распределяется по отдельным трубопроводам 7 разбрасывающих устройств 8.

Дробевые установки с пневмотранспортом дроби работают под давлением или разрежением. В первом случае воздух из воздуходувки 11 нагнетается через устройство 3 в линию подъема дроби 4 .

В качестве разбрасывающих устройств могут при меняться обращенные вверх полусферические разбрасыватели 8 , на которые из трубопровода 7 с определенной высоты падает дробь 9 и, отскакивая под различными углами, распределяется по очищаемой поверхности. Расположение подводящих трубопроводов и отражателей в зоне высоких температур требует применения водяного охлаждения.

Наряду с полусферическими отражателями достаточно эффективное применение нашли пневматические разбрасыватели с боковым (на стенах) забросом дроби по разгонным соплам.

Ввиду более высокой скорости удара дроби о поверхность труб их износ при пневматическом разбросе с боковым подводом выше, чем при разбросе с использованием полусферических отражателей.

В системах импульсной очистки используют камеры импульсного горения, в которых создаются периодически выбрасываемые с большой энергией потоки продуктов сгорания. С помощью возникающих в импульсной камере и передаваемых в газоходы волновых колебаний происходит разрушение отложений и очистка труб.

При интенсивном загрязнении труб прочными связанными отложениями применяют комплексную очистку, включающую различные способы.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для очистки поверхностей нагрева жаротрубных и газотрубных котлов и других теплообменных аппаратов от золовых отложений. Устройство включает камеру сгорания с выхлопными соплами, рассредоточенными вдоль ее продольной оси, патрубки подвода топлива и воздуха, смеситель, соединенный со смесепроводом, часть которого, расположенная внутри камеры сгорания, перфорирована на участках между выхлопными соплами, источник зажигания, блок управления, связанный линией управления с источником зажигания. На газовой камере котла установлены сообщающиеся с ее объемом направляющие ударные штуцера, соединенные посредством волноводов с выхлопными соплами и направленные на загрязненные внутренние поверхности труб котла, выходящие через трубную доску в объем газовой камеры котла, причем блок управления дополнительно соединен линиями управления с электромагнитным клапаном на патрубке подвода топлива и с электромагнитным клапаном на патрубке подвода воздуха. Техническое решение позволяет осуществлять эффективную очистку трубных пучков поверхностей нагрева за счет рационального распределения и доставки энергии ударных волн системой волноводов к ударным штуцерам и точного направления ударных направляющих штуцеров на загрязненные поверхности нагрева. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2504724

Изобретение относится к области теплоэнергетики, к технике очистки поверхностей нагрева жаротрубных и газотрубных котлов и других теплообменных аппаратов от золовых отложений и может быть использовано в устройствах различных отраслей народного хозяйства.

Известно устройство для очистки поверхностей нагрева, содержащее камеру сгорания с выхлопным соплом, смеситель с патрубками для подвода газа и воздуха, запальную камеру с периодически действующим запальником, пламепровод, соединяющий запальную камеру с камерой сгорания, при этом камера сгорания заглушена с обоих концов, а выхлопное сопло размещено параллельно продольной оси с образованием в камере сгорания двух отсеков, сообщенных с ним (SU 1580962, МПК: F28G 1/16, опубликовано 09.02.1988).

Недостатком известного устройства является невозможность равномерного распределения энергии ударного импульса по трубной доске и по трубам трубного пучка котла, выходящим через трубную доску в газовую камеру котла.

Известно устройство для импульсной очистки осадительных поверхностей электрофильтров, содержащее камеру сгорания, закрытую с обеих сторон, с выхлопными соплами и патрубками подвода топлива и воздуха, смеситель, источник зажигания и смесепровод, часть которого расположена внутри камеры сгорания, при этом выхлопные сопла расположены внутри камеры сгорания и рассредоточены вдоль ее продольной оси, а смесепровод внутри камеры сгорания перфорирован на участках, расположенных между выхлопными соплами (RU № 2027140 МПК: F28G 7/00, опубликован 20.01.1995.

Это известное устройство является наиболее близким в заявляемому и принято за прототип.

Недостатками известного устройства для импульсной очистки поверхностей нагрева является то, что оно не обеспечивает эффективную очистку поверхностей нагрева жаротрубных и газотрубных котлов из-за отсутствия конструктивных элементов для рационального распределения и точного направления ударно-волнового воздействия на внутритрубные отложения в трубных пучках и на трубных досках. В известном устройстве выхлопные сопла однонаправленные, что делает невозможным рациональное распределение ударных импульсов по поверхности нагрева трубного пучка. Известное устройство не автоматизировано, что снижает его технический уровень.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Заявляемое техническое решение позволяет осуществлять эффективную очистку трубных пучков поверхностей нагрева и трубных досок жаротрубных и газотрубных котлов за счет рационального распределения и доставки энергии ударных волн системой волноводов к ударным штуцерам и точного направления ударных направляющих штуцеров на загрязненные поверхности нагрева.

Предложено устройство для импульсной очистки поверхностей нагрева жаротрубных и газотрубных котлов, включающее камеру сгорания, закрытую с обеих сторон, с выхлопными соплами, расположенными внутри камеры сгорания и рассредоточенными вдоль ее продольной оси, патрубки подвода топлива и воздуха, смеситель, соединенный со смесепроводом, часть которого, расположенная внутри камеры сгорания, перфорирована на участках между выхлопными соплами, источник зажигания, а также блок управления, связанный линией управления с источником зажигания, при этом на газовой камере котла установлены сообщающиеся с ее объемом направляющие ударные штуцера, соединенные посредством волноводов с выхлопными соплами и направленными на загрязненные внутренние поверхности труб котла, выходящие через трубную доску в объем газовой камеры котла, причем блок управления дополнительно соединен линиями управления с электромагнитным клапаном на патрубке подвода топлива и с электромагнитным клапаном на патрубке подвода воздуха.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Устройство включает камеру сгорания 1, закрытую с обеих сторон, с выхлопными соплами 2, расположенными внутри камеры сгорания 1 и рассредоточенными вдоль ее продольной оси, патрубки подвода топлива 3 и воздуха 4, смеситель 5, соединенный со смесепроводом 6. Часть смесепровода 6, расположенная внутри камеры сгорания 1, перфорирована на участках между выхлопными соплами 2. Источник зажигания 7 соединен со смесепроводом 6. Блок управления 8 связан линией управления с источником зажигания 7. На газовой камере котла 9 установлены сообщающиеся с ее объемом направляющие ударные штуцера 10, соединенные посредством волноводов 11 с выхлопными соплами 2. Ударные штуцера 10 направлены на загрязненные внутренние поверхности труб котла 12, выходящие через трубную доску 13 в объем газовой камеры котла 9. Блок управления 8 дополнительно соединен линиями управления с электромагнитным клапаном 14 на патрубке подвода топлива 3 и с электромагнитным клапаном 15 на патрубке подвода воздуха 4.

Устройство работает следующим образом. После нажатия на блоке управления 8 кнопки «Пуск» открывается электромагнитный клапан 14 на патрубке подвода топлива 3 и электромагнитный клапан 15 на патрубке подвода воздуха 4 к смесителю 5. Топливовоздушная смесь по смесепроводу 6 из смесителя 5 поступает в камеру сгорания 1. После заполнения камеры сгорания 1 топливовоздушной смесью, автоматически подается напряжение на периодически действующий источник зажигания 7, который воспламеняет топливовоздушную смесь и, пламя по смесепроводу 6 поступает в камеру сгорания 1, вызывая в ней взрывное горение смеси. Из камеры сгорания 1 продукты взрывного горения выбрасываются через выхлопные сопла 2 и генерируют ударно-акустические волны, которые по волноводам 11 распределяются по ударным направляющим штуцерам 10 на газовой камере котла 9 и направляются на трубную доску 13 и внутритрубные загрязненные поверхности нагрева котла 12. При этом за счет рационального распределения и доставки энергии ударных волн системы волноводов к ударным штуцерам 10 и точного направления ударных распределительных штуцеров 10 на загрязненные поверхности нагрева 12, достигается эффективная очистка трубной доски 13 и трубного пучка котла от внутритрубных загрязнений. После выполнения заданного программой цикла очистки, из блока управления 8 подаются команды на закрытие электромагнитных клапанов топлива 3 и воздуха 4 и прекращение работы источника зажигания 7.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для импульсной очистки поверхностей нагрева жаротрубных и газотрубных котлов, включающее камеру сгорания, закрытую с обеих сторон, с выхлопными соплами, расположенными внутри камеры сгорания и рассредоточенными вдоль ее продольной оси, патрубки подвода топлива и воздуха, смеситель, соединенный со смесепроводом, часть которого, расположенная внутри камеры сгорания, перфорирована на участках между выхлопными соплами, источник зажигания, а также блок управления, связанный линией управления с источником зажигания, отличающееся тем, что на газовой камере котла установлены сообщающиеся с ее объемом направляющие ударные штуцера, соединенные посредством волноводов с выхлопными соплами и направленные на загрязненные внутренние поверхности труб котла, выходящие через трубную доску в объем газовой камеры котла, при этом блок управления дополнительно соединен линиями управления с электромагнитным клапаном на патрубке подвода топлива и с электромагнитным клапаном на патрубке подвода воздуха.

В процессе эксплуатации котла для очистки экранных поверхностей нагрева применяют паровую и пароводяную об­дувку, а также вибрационную очистку, а для конвективных поверхностей нагрева - паро­вую и пароводяную обдувку, вибрационную, дробевую и акустическую очистку или самооб­дувку.

Наибольшее распространение имеют паровая обдувка и дробевая очистка. Для ширм и вертикальных пароперегревателей наиболее эффективной является вибрацион­ная очистка. Радикальным является приме­нение самообдувающихся поверхностей на­грева с малым диаметром и шагом труб, при которых поверхности нагрева непрерывно поддерживаются чистыми.

Паровая обдувка. Очистка по­верхностей нагрева от загрязнений может быть осуществлена за счет динамического воздействия струй воды, пара, пароводяной смеси или воздуха. Действенность струй определяется их дальнобойностью.

Наибольшей дальнобойностью и термическим эффектом, способствующим растрескиванию шлака, обладает струя воды. Однако обдувка водой может вызвать переохлаждение труб экранов и повреждение их металла. Воздушная струя имеет резкое снижение скорости, создает небольшой динамический напор и эффективна только при давлении не менее 4 МПа.

Применение воздушной обдувки затруднено необходимостью установки компрессоров высокой производительности и давления.

Наиболее распространена обдувка с применением насыщенного и перегретого пара. Струя пара имеет небольшую дальнобойность, но при давлении более 3 МПа ее действие до­статочно эффективно. При давлении пара 4 МПа перед обдувочным аппаратом динамический напор струи на расстоянии примерно 3 м от сопла состав­ляет более 2000 Па.

Для удаления отложений с поверхности нагрева динамический напор струи должен составлять примерно 200-250 Па для рыхлых золовых отложений, 400-500 Па для уплот­ненных золовых отложений, 2000 Па для оплавленных шлаковых отложений.

Обдувочные аппараты. Конструктивная схема обдувочного аппарата приведена на рис. 101.

Рис. 101. Обдувочный аппарат:

1, 5 – электродвигатели; 2 – обдувочная труба; 3, 6 – редуктора;

4 – каретка; 7 – монорельс; 8 – звездочка; 9 – бесконечная цепь;

10 – запорный клапан; 11 – тяга с клином; 12 – рычаг;

13 – неподвижный паропровод; 14 – стержень

Обдувочный аппарат включает в себя:

· электродвигатель 1, укрепленный на каретке 4;

· редуктор 3, предназначенный для вращения обдувочной трубы 2;

· электродвигатель 5 и редуктор 6, укрепленные на монорельсе 7, предназначенные для поступательного движения обдувочной трубы 2;

· механизм поступательного перемещения обдувочной трубы, состоящий из каретки 4, которая перемещается по полкам монорельса 7, звездочек 8 и бесконечной цепи 9;

· запорный клапан 10, автоматически открывающий пар в обдувочную трубу после ее выхода на позицию обдувки; механизм, управляющий запорным клапаном 10 и состоящий из тяги с клином 11 и рычага 12.

Обдувочная труба соединена при помощи сальника с неподвижным паропроводом 13, подводящим к ней пар от запорного клапана. Двутавровый монорельс 7 несет на себе все указанные механизмы, а сам крепится к каркасу котла. При получении импульса от предыдущего обдувочного аппарата, закончившего свою работу, пускатель включает электродвигатели 1 и 5. При этом включается сигнальная лампа, расположенная на щите программного управления обдувкой. Каретка 4, перемещаясь по монорельсу, вводит обдувочную трубу 2 в газоход. Когда обдувочная труба выходит на позицию обдувки, стержень 14, воздействуя на рычаг, увлекает при помощи тяги клин 11, который через толкатель отжимает запорный паровой клапан, открывающий доступ пара в обдувочную трубу. Пар из обдувочной трубы выходит через сопла, обдувая поверхность нагрева.

При поступательно-вращательном движении трубы 2 обдувка производится по винтовой линии. После полного ввода обдувочной трубы внутрь газохода штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели электродвигателя 5, переключает прибор на обратный ход. При этом обдувка поверхности нагрева производится так же, как и при движении обдувочной трубы внутрь газохода.

До того как сопловая головка будет выведена из газохода, стержень 14, воздействуя через рычаг 12 на клин 11, выведет его в исходное положение, и запорный паровой клапан под действием пружины закроется, прекратив доступ пара в обдувочную трубу.

С возвратом обдувочной трубы в исходное положение штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели, отключает электродвигатели 1 и 5, и следующий по схеме прибор получает импульс на включение.

Зона действия обдувочного аппарата до 2,5 м, а глубина захода в топку до 8 м. На стенах топки обдувочные аппараты размещаются так, чтобы зона их действия охватывала всю поверхность экранов.

Обдувочные аппараты для конвективных поверхностей нагрева имеют многосопловую трубу, не выдвигаются из газохода и только вращаются. Число сопл, расположенных с двух сторон обдувочной трубы, соответствует числу труб в ряду обдуваемой поверхности нагрева.

Для регенеративных воздухоподогрева­телей применяются обдувочные аппараты с качающейся трубой. Пар или вода подводит­ся к обдувочной трубе, и вытекающая из сопла струя очищает пластины воздухоподо­гревателя. Обдувочная труба поворачивается на определенный угол так, что струя попадает во все ячейки вращающегося ротора воздухо­подогревателя. Для очистки регенеративного воздухоподогревателя парогенераторов, ра­ботающих на твердом топливе, в качестве обдувочного агента применяется пар, а паро­генераторов, работающих на мазуте - щелоч­ная вода. Вода хорошо промывает и нейтра­лизует сернокислотные соединения, имею­щиеся в отложениях.

Пароводяная обдувка. Рабо­чим агентом обдувочного аппарата служит вода парогенератора или питательная вода.

Аппарат представляет собою сопла, установленные между трубами экранов. Вода в сопла подается под давлением, и в результате падения давления при прохождении через сопла из нее образуется пароводяная струя, направленная на противоположно расположенные участки экранов, фестонов, ширм. Высокая плотность пароводяной смеси и наличие недоиспарившейся в струе воды оказывают эффективное разрушающее действие на отложения шлака, который удаляется в нижнюю часть топки.

Вибрационная очистка. Вибрационная очистка основана на том, что пpи колебании труб с большой частотой нарушается сцепление отложений с металлом поверхности нагрева. Наиболее эффективна вибрационная очистка свободно подвешенных вертикальных труб, ширм и пароперегрева­телей. Для вибрационной очистки преимуще­ственно применяют электромагнитные вибра­торы (рис. 102).

Трубы пароперегревателей и ширм прикрепляются к тяге, которая выходит за пределы обмуровки и соединяется с вибра­тором. Тяга охлаждается водой, и место ее прохода через обмуровку уплотнено. Электро­магнитный вибратор состоит из корпуса с яко­рем и каркаса с сердечником, закрепленных пружинами. Вибрация очищаемых труб осуществляется за счет ударов по тяге с частотой 3000 ударов в минуту, амплитуда колебаний 0,3-0,4 мм.

Дробеочистка. Дробеочистка при­меняется для очистки конвективных поверх­ностей нагрева при наличии на них уплотнен­ных и связанных отложений. Очистка проис­ходит в результате использования кинетиче­ской энергии падающих на очищаемые поверх­ности чугунных дробинок диаметром 3-5 мм. В верхней части конвективной шахты парогенератора помещаются разбра­сыватели, которые равномерно распределяют дробь по сечению газохода. При падении дробь сбивает

Рис. 102. Вибрационное устройство для очи­стки вертикальных труб:

а - вид сбоку; б - сопряжение виброштанги с обогреваемыми

трубами, вид сверху; 1 - виб­ратор; 2 - плита; 3 - трос;

4 - противовес; 5 - виброштанга; 6 - уплотнение прохода

штан­ги через обмуровку; 7 - труба

осевшую на трубах золу, а за­тем вместе с ней собирается в бункерах, расположенных под шахтой. Из бункеров дробь вместе с золой попадает в сборный бункер, из которого питатель подает их в трубопровод, где масса золы с дробью подхватывается воздухом и выносится в дробеуловитель, из которого дробь по рукавам вновь подается в разбрасыватели, а воздух вместе с части­цами золы направляется в циклон, где про­исходит их разделение. Из циклона воздух сбрасывается в газоход перед дымососом, а зола, осевшая в циклоне, удаляется в систе­му золоудаления котельной установ­ки.

Транспорт дроби осуществляется по вса­сывающей или нагнетательной схеме. При всасываемой схеме разрежение в системе создается паровым эжектором или вакуум-насосом. При нагне­тательной схеме транспортирующий воздух подается в инжектор от компрессора. Для транспорта дроби необходима скорость воз­духа 40 – 50 м/с.

В последнее время дробеочистка практически не используется. Это связано с деформацией поверхностей нагрева и относительно низкой эффективностью.