Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройству для ударно-импульсной очистки поверхностей нагрева котлов от зольных отложений и может быть использовано в любом технологическом процессе, где есть необходимость в генераторе ударных волн. Изобретение направлено на создание генератора ударных волн с улучшенными технико-эксплуатационными характеристиками, в том числе на повышение надежности и эффективности в работе. Устройство для ударно-импульсной очистки котлов включает ударную трубу, камеру взрыва и затвор для ввода взрывчатого вещества и его инициирования. Камера взрыва выполнена из двухслойного цилиндра, сопряженного при помощи резьбового соединения с ударной трубой и затвором, в котором установлены механизм подрыва и устройства, блокирующие подрыв во время перезарядки и любой нештатной ситуации, включая ошибку оператора. Блокиратор выполнен в виде пластины с отверстием, подвижно закрепленной внутри затвора с помощью упругого элемента и фиксатора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к средствам очистки поверхностей нагрева энергетических и водогрейных котельных агрегатов от наружных рыхлых отложений. Устройство также может быть использовано в технологических установках металлургической, химической и других отраслях промышленности. Известно устройство для очистки поверхностей нагрева котлов, содержащее камеру сгорания с выхлопным соплом и взрывную камеру, расположенную смежно с камерой сгорания коаксиально выхлопному соплу. Во взрывной камере установлена перегородка, образующая со смежной стенкой топливную камеру, к которой подсоединен патрубок подачи топлива. Стенка и перегородка выполнены перфорированными. Все устройство заключено в герметичный кожух, к которому подведены патрубки для подачи воздуха. Полость кожуха соединена с камерой сгорания воздушными соплами, а с взрывной камерой - посредством отверстий, расположенных в зоне перегородки . Недостатком данного устройства являются его низкие эксплуатационные качества. Очень трудно обеспечить условия, в которых режим горения топлива в одной камере приводил бы к взрыву этого топлива в другой камере и обеспечивал стабильность и повторяемость процесса. Другой недостаток данного устройства - отсутствие мобильности, ввиду того, что данное устройство жестко подсоединено к топливной системе и к самому котлу. При этом не исключается возможность самопроизвольного затекания горючей смеси и взрыва ее внутри газоходов котла. Накопление золы и других твердых частиц в ударных трубах устройства в перерывах между рабочими циклами отрицательно сказываются на его эффективности, так как в период пуска эти частицы с большой скоростью "выстреливают" на обрабатываемую поверхность, вызывая ее постепенный износ. Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому по совокупности признаков является устройство для очистки поверхностей нагрева от зольных отложений, содержащее камеру сгорания с гнездом для порохового заряда, ударную трубу, затвор для ввода взрывчатого вещества и устройство инициирования, состоящее из последовательно расположенных электромагнита, иглы и капсюля . К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится отсутствие в этом устройстве конструктивных элементов и технико-эксплуатационных характеристик, обеспечивающих безопасность при проведении работ поп очистке поверхности нагрева котла. Так, в нем не исключен самопроизвольный подрыв взрывчатого вещества при недозакрытом затворе и во время перезарядки. В данном устройстве также не исключена случайность взрыва при подаче ложного сигнала на электромагнит во всех режимах его работы. Перечисленные недостатки идут вразрез с общепринятыми требованиями, являющимися необходимым условием для безопасного проведения работ. К недостатку следует также отнести то, что в данном устройстве не предусмотрена смена ударной трубы при переходе от одной конструкции котла к другой. Изобретение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков путем изменения конструкции устройства и улучшения его технико-эксплуатационных характеристик при высокой эффективности и надежности в работе. Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении изобретения, заключающегося в существенном улучшении конструкции устройства и выполнении всех необходимых требований по технике безопасности. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство для ударно-импульсной очистки поверхностей нагрева котлов, включающее ударную трубу, камеру взрыва, затвор ввода взрывчатого вещества и механизм подрыва, состоящий из капсюля, бойка и электромагнита с блоком управления, выполнено конструктивно новым способом. Так, его камера взрыва выполнена из двух соосных цилиндров, вставленных друг в друга с натягом, при этом внешний цилиндр сопряжен при помощи резьбовых соединений с ударной трубой и затвором и заключен в свою очередь в полую обечайку. Внутри затвора в данном устройстве установлено механическое предохранительное устройство, обеспечивающее автоматическое стопорение после каждого выстрела и блокиратор, препятствующий перемещению бойка затвора во время его открытия и перезарядки. К тому же в резьбовом соединении со стороны затвора на сопрягаемых поверхностях выполнены продольные пазы, обеспечивающие прямолинейный вход затвора внутрь внешнего цилиндра камеры взрыва. Технический результат достигается также тем, что вышеупомянутая обечайка данного устройства, охватывающая внешний цилиндр камеры взрыва, жестко скреплена с затвором и на ней установлены ручки и выполнены направляющие пазы для перемещения и фиксации затвора относительно камеры взрыва. При этом на поверхности внешнего цилиндра камеры взрыва установлены ограничители перемещения полой обечайки, а в последней выполнены окна для ввода взрывчатого вещества в камеру взрыва. Технический результат достигается также тем, что вышеупомянутый блокиратор устройства выполнен в виде прямоугольной пластины со сквозным отверстием в ее плоскости, которая подвижно закреплена в пазу затвора перпендикулярно его оси при помощи упругого элемента и фиксатора. При этом, боек механизма подрыва выполнен из двух цилиндров, диаметр меньшего из которых меньше диаметра отверстия пластины блокиратора. Изложенная выше совокупность признаков обеспечивает достижение указанного технического результата, чем обуславливается причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом и существенность признаков формулы изобретения. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск информации по патентным и научно-техническим источникам, и изучение источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет утверждать, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а сравнение с прототипом, наиболее приближающимся к заявляемому, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявляемом объекте в плане технического результата, которые изложены в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровень" заявитель провел сопоставительный анализ известных решений с целью выявления признаков заявляемого изобретения, результаты которого показывают, что заявляемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.е. соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. На фиг. 1 представлено устройство для ударно-импульсной очистки поверхностей котлов, продольный разрез; На фиг. 2 показано поперечное сечение устройства по А-А на фиг. 1 (условно увеличено). Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Заявленное устройство для ударно-импульсной очистки поверхностей нагрева котлов содержит: ударную трубу (фиг. 1), выполненную в виде быстросъемного ствола, камеру взрыва 2, затвор 3 для ввода взрывчатого вещества 4 в камеру взрыва 2, капсюль 5, боек 6 для пробития капсюля 5, электромагнит 7 для запуска бойка 6, соосные цилиндры 8, 9 камеры взрыва 2 с резьбовыми соединениями 10, 11, обечайку 12, предохранитель 13, блокиратор-пластину 14 со сквозным отверстием 15, упругий элемент 16, фиксатор 17, ручки 18; при этом на цилиндре 9 камеры взрыва 2 установлены упоры 19, а в полой обечайке 12 выполнены направляющие пазы 20 и окно 21 (фиг. 2). В резьбовом соединении 11 (фиг. 1), соединяющем камеру 2 с затвором 3, на поверхности затвора 3 (фиг. 2) и на поверхности цилиндра 9 выполнены соответственно продольные пазы 22, 23, обеспечивающие поступательное перемещение затвора 3 до соприкосновения с камерой взрыва 2. Следует отметить, что предохранитель 13 (фиг. 1) в данном устройстве может быть выполнен известным способом и поэтому на чертеже представлен условно. Однако непременным условием его конструктивного исполнения является то, что предохранитель 13 четко улавливает боек 6 после отскока от камеры взрыва 2 и надежно фиксирует его в исходном положении до подачи сигнала на запуск электромагнита 7. Работа устройства осуществляется следующим образом. После снятия устройства с предохранителя 13 (фиг. 1) подается напряжение на электромагнит 7, который выталкивает боек 6. Ускорясь, боек 6 производит удар по капсюлю 5, в результате чего взрывчатое вещество 4 взрывается, образуя повышенное давление в камере взрыва 2. Образовавшаяся ударная волна посредством ударной трубы 1 направляется на обрабатываемую поверхность котла (механизм крепления устройства к котлу условно не показан). После многократного отражения от поверхностей нагрева котла она постепенно затухает. При этом боек 6 под действием пружины возвращается в свое первоначальное положение и фиксируется предохранителем 13. После нажатия стопора (на чертеже условно не показан) на ручке 18 оператор поворачивает затвор 3 вокруг его оси до соприкосновения упора 19 с направляющими пазами 20 и отводит затвор 3 в его крайнее открытое положение. При этом освободившийся фиксатор 17 под действием упругого элемента 16 перемещается вместе с пластиной 14 в свое верхнее положение. Отверстие 15 пластины 14 смещается и перекрывает канал, по которому боек 6 движется к капсюлю 5. После повторного ввода взрывчатого вещества 4 в камеру взрыва 2, обечайка 12 вновь поступательно перемещается до соприкосновения с камерой взрыва 2 и поворачивается вокруг своей оси до упора. Причем фиксатор 17 с помощью резьбового соединения вновь утапливается в свое нижнее положение, открывая отверстие 15 для бойка 6. На этом подготовка к очередному пуску заканчивается и весь цикл вновь повторяется при снятии устройства с предохранителя. Такая двойная защита обеспечивает полную гарантию от любой случайности, в том числе и от небрежности оператора. Так, например, устройство не сработает, если во время открытия или закрытия затвора оператор случайно подает сигнал на электромагнит. Оно также не сработает при не полностью закрытом затворе и при неснятом предохранителе. Предлагаемая конструкция устройства отвечает всем требованиям, которые предъявляет служба безопасности при производстве взрывных работ. Устройств не требует ни специальных приборов, ни дорогостоящих материалов для своей реализации и весьма просто в изготовлении. А его мобильность и простота монтажа на котельный агрегат позволяет существенно снизить затраты на его наладку и во время всего периода его эксплуатации. Таким образом, вышеприведенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании данного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использовании в промышленности, а именно при ударно-импульсной очистке поверхности нагрева котлов с помощью устройства новой конструкции с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеуказанных в заявке способа и известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Источники информации: 1. Авторское свидетельство N 1499084 СССР, МКИ 4 F 28 G 7/00, 1989. 2. Патент N 2031312 РФ МКИ 6 F 28 G 11/00, 1995.
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.
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.
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,
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.
| 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. ,