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.

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 применяется паровая и пароводяная их обдувка, а также вибрационную очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений. Для конвективных поверхностей нагрева используют 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. Эффективность очистки поверхностей нагрева с помощью указанных устройств определяется коэффициентом изменения аэродинамического сопротивления газового тракта котла е = ∆р к /∆т и изменения его тепловой мощности ϕ = ∆Q/∆т, где ∆р к -увеличение сопротивления газового тракта котла, Па; ∆Q - уменьшение тепловой мощности котла, кВт; ∆т - период между очистками, ч. Увеличение коэффициентов е и ϕ указывает на необходимость уменьшения периода времени между очистками.

Паровая обдувка. Очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений может производиться за счет динамического воздействия струй воды, пара, пароводяной смеси или воздуха. Действенность струй определяется их дальнобойностью. Зависимость относительной скорости струи при данном давлении от относительного ее расстояния применительно к воздуху, пару, пароводяной смеси выражается формулой

где w 1 и w 2 - скорости на расстоянии I от сопла и на выходе из него; d 2 -выходной диаметр сопла.

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. Давление у обдуваемой поверхности, Па, определяется по формуле

где w 1 , v 1 - осевая скорость и удельный объем обдувочной среды на расстоянии l от сопла. При давлении пара 4 МПа перед обдувочным аппаратом давление струи на расстоянии примерно 3 м от сопла составляет более 2000 Па.

Для удаления отложений с поверхности нагрева давление струи должно составлять примерно 200-250 Па для рыхлых золовых отложений; 400-500 Па для уплотненных золовых отложений; 2000 Па для оплавленных шлаковых отложений. Расход обдувочного агенту для перегретого и насыщенного пара, кг/с,

где с=519 для перегретого пара, с=493 для насыщенного пара; µ = 0,95; d K -диаметр сопла в критическом сечении, м; р 1 - начальное давление, МПа; v" - начальный удельный объем пара, м 3 /кг.

Аппарат для паровой обдувки топочных экранов показан на рис. 25.6. В качестве обдувающего агента в этом устройстве и аппаратах аналогичной конструкции можно использовать пар при давлении до 4 МПа и температуре до 400 °С. Аппарат состоит из обдувочной трубы для подвода пара и механизма привода. Вначале обдувочной трубе сообщается поступательное движение. Когда сопловая головка вдвигается в топку , труба начинает вращаться. В это время открывается автоматически паровой клапан и пар поступает к двум диаметрально расположенным соплам. После окончания обдувки электродвигатель переключается на обратный ход и сопловая головка возвращается в исходное положение, что предохраняет ее от чрезмерного нагрева. Зона действия обдувочного аппарата до 2,5, а глубина захода в топку до 8 м. На стенках 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 котлов, работающих на твердом топливе, в качестве обдувочного агента применяется пар, а котлов, работающих на мазуте - щелочная вода. Вода хорошо промывает и нейтрализует сернокислотные соединения, имеющиеся в отложениях.

Пароводяная обдувка. Рабочим агентом обдувочного аппарата служит вода котла или питательная вода. Аппарат представляет собой 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. Большая 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 наружных поверхностей нагрева от загрязнений основана на том, что при колебании труб с большой частотой нарушается сцепление отложений с металлом поверхности нагрева. Наиболее эффективна вибрационная очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений свободно подвешенных вертикальных труб - ширм и пароперегревателей. Для вибрационной очистки преимущественно применяют электромагнитные вибраторы (рис. 25.7).

Трубы пароперегревателей и ширм прикрепляют 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 наружных поверхностей нагрева от загрязнений происходит в результате использования кинетической энергии падающих на очищаемые поверхности чугунных дробинок диаметром 3-5 мм. Схема устройства для дробеочистки показана на рис. 25.8. В верхней части конвективной шахты котла помещаются разбрасыватели, которые равномерно распределяют дробь по сечению газохода. При падении дробь сбивает 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 (рис. 25.8, а) или нагнетательной (рис. 25.8, б) схеме. При всасывающей 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.

Расход дроби через систему, кг/с, определяется по формуле

где g др = 100/200 кг/м 2 - удельный расход дроби на 1 м 2 сечения газохода; F г -площадь сечения газохода шахты в плане, м 2 ; n - количество пневмолиний; принимается, что одна пневмолиния обслуживает два разбрасывателя, каждый из которых обслуживает сечение по газоходу, равное 2,5X2,5 м; т - продолжительность периода очистки, с. Обычно т = 20/60 С.

Импульсная очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений основана на ударном воздействии волны газов. Импульсная очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений производится в камере, внутренняя полость которой сообщается с газоходами котла, в которых расположены конвективные поверхности нагрева. В камеру горения периодически подается смесь горючих газов с окислителем, которая воспламеняется искрой. При взрыве смеси в камере повышается давление и при образовании волн газов производится очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений.

Импульсная очистка основана на ударном воздействии волны газов. Устройство для импульсной очистки представляет собой камеру, внутренняя полость которой сообщается с газоходами котла, в которых расположены конвективные поверхности нагрева. В камеру сгорания периодически подается смесь горючих газов с окислителем, которая воспламеняется электроискрой.  

Импульсная очистка представляет собой камеру пульсирующего горения, внутренняя полость которой сообщается с теплообменнрй.  

Импульсная очистка, установленная на КУ-50 за мартеновскими печами Челябинского металлургического завода, обеспечила стабильную и длительную работу котлов. Импульсная очистка охладителя конвертерных газов ОКГ-100-ЗА, установленная на одном из охладителей Западно-Сибирского металлургического завода, значительно улучшила показатели работы охладителя и конвертера по сравнению с виброочисткой, примененной на двух других охладителях.  

Импульсная очистка обеспечивает стабильное аэродинамическое сопротивление и температуру дымовых газов за котлом. Импульсная очистка не оказывает разрушающего воздействия на конструктивные элементы котлов и обмуровку. При включении импульсной очистки котел работает нормально.  

Импульсная очистка основана на ударном воздействии волны газов. Устройство для импульсной очистки представляет собой камеру, внутренняя полость которой сообщается с газоходами котла, в которых расположены конвективные поверхности нагрева.  

Эффективная импульсная очистка внутренних поверхностей котлог-утилизаторов, осуществляемая на различных предприятиях черной металлургии и энергетики, позволила предположить возможность применения ударно-волнового воздействия для удаления отложений с внутренних поверхностей агрегатов и транспортных систем различных технологических линий химической промышленности.  

Системы импульсной очистки с ограниченным числом камер были реализованы на этом котле в 1977 г. Их эффективность оказалась достаточно высокой.  

Дробеочистка и импульсная очистка могут быть применены без реконструкции существующих креплений поверхностей нагрева.  

Была опробована импульсная очистка экономайзера двух типов - гладкотрубного и мембранного.  

Все системы импульсной очистки можно разделить на две группы по виду применяемого топлива: 1) газоимпульсную очистку, для которой применяются различные виды газообразных топлив (природный, коксовый, сжиженный водород и другие газы); 2) жидкостную импульсную очистку, для которой применяются бензин, дизельное топливо, реже - керосин.  

В системах импульсной очистки применяются стандартные приборы - расходомеры топлива и окислителя, манометры. Предусматривается система стандартных защит, обеспечивающих отключение подачи топлива при потере разрежения в газоходах котла, потере искры зажигания, отклонениях давления в линиях подачи топлива и воздуховодах.  

А.П. Погребняк, заведующий лабораторией, В.Л. Кокорев, главный конструктор проекта, А.Л. Кокорев, ведущий инженер, И.О. Моисеенко, инженер 1 категории, А.В. Гультяев, ведущий инженер, Н.Н. Ефимова, ведущий конструктор, ОАО «НПО ЦКТИ», г. Санкт-Петербург

Разработка импульсных средств очистки поверхностей нагрева была начата специалистами НПО ЦКТИ в 1976-1978 гг. в связи с тем, что длительный опыт эксплуатации котлов промышленной и коммунальной энергетики, котлов-утилизаторов и энерготехнологических аппаратов различных производств, оборудованных традиционными средствами очистки, показал их недостаточную эффективность и надежность, которая в значительной мере снижала экономичность работы агрегатов (уменьшение КПД на 2-3%).

С момента создания в НПО ЦКТИ первых промышленных устройств газоимпульсной очистки (ГИО) началось сотрудничество с ведущими котлостроительными заводами (Белэнергомаш, БиКЗ, ДКМ). Так, например, в 1986 г. ГИО ЦКТИ был оборудован головной образец котла-утилизатора РКЖ-25/40 производства Белгородского котлостроительного завода, установленного за печью плавки медных концентратов в жидкой ванне на Балхашском горно-металлургическом комбинате , что обеспечило эффективную очистку его радиационных и конвективных поверхностей нагрева . Применение ГИО ЦКТИ для очистки поверхностей нагрева котлов-утилизаторов производства БЗЭМ за печами кипящего слоя обжига колчедана в линии производства серной кислоты на ПО «Азот» города Мелеуз (КС-250 ВТКУ, КС-450ВТКУ) решило проблему охлаждения дымовых газов до уровня, позволяющего создать условия надежной работы электрофильтров .

Положительный опыт стал предпосылкой для выбора ГИО в качестве средства очистки при разработке НПО ЦКТИ проектов унифицированной серии котлов-утилизаторов для БЗЭМ, к выпуску которых было решено приступить в начале 90-х годов. .

ГИО также широко внедрялась взамен устройств дробевой очистки и паровой обдувки на котлах производства Бийского котлостроительного завода (котлы ДЕ, КЕ, ДКВР) и завода Дорогобужкотломаш (котлы КВ-ГМ, ПТВМ) . Было налажено промышленное производство экономайзеров, оборудованных устройствами ГИО на Кусинском машиностроительном заводе.

В 1986 г. ГИО ЦКТИ была принята в промышленное производство на заводе «Ильмарине» (г. Таллин), а в 1990 г. начались поставки заводских систем ГИО на объекты промышленной и коммунальной энергетики СССР . Однако, в 1991 г. эти поставки были прекращены, и многие котлостроительные заводы для комплектации своего оборудования начали выпуск устройств ГИО собственного производства, как правило, обладавшими рядом конструктивных недостатков.

Специалисты НПО ЦКТИ продолжали внедрять ГИО собственной разработки на котлах различного назначения, а с 1989 г. и на камерах конвекции нефтенагревательных печей. При этом шло совершенствование ГИО в направлении повышения их технического уровня, надежности и безопасности, в результате чего были созданы полностью автоматизированные системы ГИО.

Первые опытные и промышленные устройства ГИО были рассчитаны на практически полностью ручную схему управления исполнительными механизмами, что значительно затрудняло процесс их эксплуатации, вызывая необходимость частых настроек оборудования, требовало специальных навыков и дополнительной подготовки обслуживающего и эксплуатирующего персонала. Для устранения этих факторов были начаты разработки технических средств для автоматизации систем ГИО. Первая полностью автоматизированная система ГИО была внедрена в 1998 г. в рамках выполнения контракта с котлостроительной фирмой «AALBORG KEYSTONE» (Дания) на котле-утилизаторе, установленном за дизельгенераторами мощностью 30 МВт на электростанции Заводов Мертвого моря в Израиле (фото 1).

Фото 1. ГИО на котле-утилизаторе электростанции Заводов Мертвого моря (Израиль).

ГИО была установлена взамен ненадежных и малоэффективных устройств воздушной обдувки на пароперегревателе котла-утилизатора, работающего под наддувом до 3000 Па, что, в свою очередь, потребовало разработки конструктивных решений по защите узлов и трубопроводов ГИО от дымовых газов. При этом система ГИО устойчиво работала как в автоматическом (с пульта управления станции), так и в ручном режимах, выполняя все заданные программы на всех режимах работы котла во всем диапазоне давлений дымовых газов (от 0 до 3000 Па) без переналадки. Узлы аспирации, установленные на выхлопных соплах импульсных камер, обеспечивали надежную защиту камер и трубной системы ГИО от дымовых газов. ГИО обеспечила эффективную очистку поверхностей нагрева пароперегревателя, расположенных вне зоны шлакования и холодную расшлаковку пакетов пароперегревателя, находящихся в зоне шлакования .

В 1999 г. автоматизированной системой ГИО был оборудован котел OL-20 фирмы «Рафако» (Польша) с топкой для сжигания подсолнечной лузги, который был сдан в промышленную эксплуатацию на Запорожском МЖК.

В процессе внедрения ГИО на оборудовании отечественных и зарубежных предприятий котлостроения в период с 2000 по 2005 г. в ОАО «НПО ЦКТИ» были созданы системы с унифицированными узлами и комплексами автоматического управления (фото 2).

Фото 2. Унифицированные узлы системы ГИО для котельного агрегата.

В 2006 г. на нефтенагревательной печи ВДМ-1, проекта и поставки фирмы «Foster Wheeler» для завода «ЛУКОЙЛ – Нефтохим – Бургас» АД (Болгария), система ГИО была установлена взамен предусмотренной проектом печи системы очистки с использованием паровых обдувочных аппаратов (фото 3) и обеспечила эффективную очистку оребренных змеевиков камеры конвекции при значительном сокращении металлоемкости, габаритов и эксплуатационных затрат по сравнению с паровой обдувкой .

Фото 3. Элементы системы ГИО на печи ВДМ-1 «ЛУКОЙЛ – Нефтохим-Бургас» АД (Болгария).

Работы с зарубежными котлостроительными фирмами способствовали повышению технического уровня и надежности систем ГИО, что внесло свой вклад при внедрении ГИО ЦКТИ и для объектов в России.

С 2006 г. действует договор между ОАО «Дорогобужкотломаш» и ОАО «НПО ЦКТИ» на поставку технологических блоков для систем ГИО водогрейных котлов, выпускаемых заводом. В настоящее время осуществлена поставка около 40 технологических блоков. При этом импульсные камеры и трубопроводы производятся на заводе. Такая форма сотрудничества выгодна для обеих сторон.

С середины 2000-х г.г. возобновились поставки автоматизированных систем ГИО ЦКТИ на ведущие котлостроительные заводы России и стран СНГ. Для Белозерского энергомашиностроительного завода (Белоруссия) были разработаны проекты для серии головных образцов котлов Е-30-3,9-440ДФ, Е-20-3,9-440ДФ, Е-10-3,9-440ДФ, сжигающих торф и древесные отходы. ГИО котла Е-30-3,9-440ДФ была сдана в эксплуатацию на Белорусской ГРЭС-1 в марте 2013 г. В ближайшее время планируется поставка ГИО для котлов Е-20-3,9-440ДФ и Е-10-3,9-440ДФ. Для данных типов котлов был разработан новый комплекс управления коллекторной схемой с общим технологическим блоком и электромагнитными клапанами подачи газовоздушной смеси к нескольким группам импульсных камер. В мае 2013 года для вновь строящегося котла КВГМ-139,6-150, Новосибирской ТЭЦ-2 была выполнена поставка на Бийский котлостроительный завод. В настоящее время разработан проект и планируется поставка для ОАО «Сибэнергомаш» двух ГИО для котлов Е-100-1,6-535ГМН, работающих под наддувом 4000 Па, предназначенных для установки на ТЭЦ Ангарского нефтехимического комбината. Подача воздуха на аспирацию предусмотрена от котельного вентилятора.

В 2008 г. автоматизированная система ГИО была внедрена на двух водогрейных котлах КВГМ-100 котельной №1 ФГУП «Горно-химический комбинат» (г. Железногорск, Красноярский край), работающих на высокосернистом мазуте.

Предусмотренная проектом дробеочистка не эксплуатировалась ввиду ее низкой эффективности и надежности. До внедрения ГИО каждые два месяца котлы останавливали для проведения очистки вручную, методом водяной обмывки поверхностей нагрева по причине значительного роста температуры уходящих газов (более чем на 60° С) и сопротивления газового тракта, что приводило к невозможности работы котлов с нагрузкой выше 50% от номинала. Водяная обмывка в условиях отложений серы на элементах конвективных пакетов вызывала сернокислотную коррозию металла, что сокращало срок службы поверхностей нагрева примерно в два раза. Кроме того, возникала проблема нейтрализации кислой обмывочной воды.

При выполнении этой работы в рассечках конвективных пакетов каждого котла были установлены по шесть импульсных камер диаметром 325 мм, соединенных в три группы. Газовоздушная смесь была подведена к каждой группе камер от технологических блоков (по 3 шт. на каждом котле), выполняющих все необходимые функции в соответствии с алгоритмом работы. Управление системой ГИО осуществляется из блока управления, выполненного на основе промышленного контроллера и расположенного в помещении операторной. Очистка конвективных пакетов производится при последовательной работе импульсных камер по ходу дымовых газов.

В результате внедрения систем ГИО КПД на каждом котле увеличилось на 1-1,5%, а регулярное включение ГИО один раз в сутки обеспечивает содержание поверхностей нагрева в эксплуатационно-чистом состоянии и поддерживает температуры уходящих газов на уровне регламентных значений. Снижение сопротивления по тракту дымовых газов позволяет обеспечить работу котлов с номинальной нагрузкой. Отказ от водных обмывок существенно увеличивает срок службы поверхностей нагрева. Увеличилась выработка тепловой энергии за счет исключения останова котлов на проведение трудоемких ручных очисток. Эксплуатационные расходы на ГИО незначительны: один баллон с пропаном емкостью 50 л обеспечивает работу системы ГИО в течение трех недель, а потребляемая электрическая мощность не превышает 2 кВт при длительности цикла очистки 10-12 мин.

Продолжается сотрудничество и с зарубежными заказчиками. Так, в августе 2013 г. закончены работы по проектированию системы ГИО для котла-утилизатора К-35/2,0-130, предназначенного для установки за блоком регенерации катализатора в линии каталитического крекинга завода «ЛУКОЙЛ – Нефтохим-Бургас» АД (Болгария). Котел-утилизатор должен работать под наддувом до 10000 Па, что потребовало при разработке проекта предусмотреть защиту узлов и трубопроводов ГИО от проникновения в них дымовых газов за счет постоянной подачи воздуха от собственного вентилятора ГИО в узлы аспирации, расположенные между импульсными камерами и газоходом котла, в связи с чем были приняты новые конструктивные и схемные решения по совершенствованию комплекса управления для применения в конкретных условиях эксплуатации. В настоящее время ведутся работы по изготовлению и комплектации системы ГИО, сертификации ее на соответствие требованиям Директивы Европейского Союза 97/23/EC с целью получения международного сертификата и права нанесения СЕ маркировки. Ввод в эксплуатацию намечен в апреле 2014 г.

Наряду с совершенствованием и внедрением систем ГИО, специалисты НПО ЦКТИ продолжили работы по исследованию и разработке систем пневмоимпульсной очистки (ПИО), начало которым было положено около 35 лет назад . Широкое применение системы пневмоимпульсной очистки получили в странах Западной Европы и США . В последние годы некоторые фирмы вышли на отечественный рынок. Началом возобновления российских работ в этой области стала разработка ОАО «НПО ЦКТИ» технического проекта системы ПИО в опытно-промышленном варианте для котлов КВ-Р-8-115 ОАО «Ковровкотломаш». При разработке этого проекта был использован ряд новых технических решений, повышающих надежность, эффективность, простоту эксплуатации системы ПИО, расширяющих сферу ее применения .

Литература

1. Погребняк А.П., Вальдман А.М. Опыт освоения котлов-утилизаторов для печей плавки цветных металлов // Труды ЦКТИ. 1989. Вып. 250.

2. Гдалевский И.Я., Гришин В.И., Погребняк А.П., Вальдман А.М. Опыт промышленного внедрения газоимпульсной очистки на водогрейных, паровых котлах и котлах-утилизаторах // Труды ЦКТИ. 1989. Вып. 248.

3. Изотов Ю. П., Голубов Е. А., Кочеров М. М. Повышение эффективности работы поверхностей нагрева котлов-утилизаторов для печей обжига колчедана в кипящем слое.

4. Котлы утилизаторы и котлы энерготехнологические: Отраслевой каталог. М., 1990.

5. Романов В.Ф., Погребняк А.П., Воеводин С.И., Яковлев В.И., Кокорев В.Л. Результаты освоения автоматизированных систем газоимпульсной очистки (ГИО) конструкции ЦКТИ на котлах промышленной и коммунальной энергетики и на технологических печах нефтеперерабатывающих заводов // Труды ЦКТИ. 2002. Вып. 287.

6. Аппараты и устройства очистки поверхностей нагрева: Отраслевой каталог. М., 1987.

7. Погребняк А. П., Кокорев В. Л., Воеводин С. И., Кокорев А. Л., Гультяев А. В. Ефимова Н. Н. Результаты внедрения автоматизированных систем ГИО ЦКТИ на нефтенагревательных печах, котлах-утилизаторах и водогрейных котлах // Труды ЦКТИ. 2009. Выпуск 298.

8. А. с. № 611101 СССР Устройство для импульсной очистки поверхностей нагрева парогенераторов от наружных отложений / Погребняк и др., 1978.

9. Погребняк А.П., Кокорев В.Л., Воеводин С.И., Кокорев А.Л., Семенова С.А. Устройства импульсной и акустической очистки теплообменных и технологических поверхностей. Создание, освоение и перспективы // Труды ЦКТИ. 2009. Вып. 298.

10. Пат. 123509 РФ. Устройство для импульсной очистки поверхностей нагрева от наружных отложений / Погребняк А.П., Кокорев В.Л., Кокорев А.Л., Моисеенко И.О. Опубл. 27.12.2012. Бюл. № 36.