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.

Министерство образования и науки Российской Федерации

_________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Энергомашиностроительное отделение

Кафедра Реакторы и Котельные Установки

ДИСЦИПЛИНА: КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИТЕМА: ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ОТ

НАРУЖНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

«_____»____________2013 г.

Санкт-Петербург

1 Механизмы образования отложений.

Наружные загрязнения возникают в процессе эксплуатации на экранных поверхностях нагрева, на ширмах топ­ки, в холодной воронке, первых рядах труб перегревателей котла, работающего на пылевидном твердом топливе. Эти отложения образуются при более высокой температуре газов, чем температура размягчения золы на выходе из топки, а также в высокотемпературных зонах топки при плохой аэродинамической организации топочного процесса. Обычно шлакование начинается в промежутках между экранными трубами, а также в застойных зонах и участках топ­ки. Если температура топочной среды в зоне образования шлаковых отложений ниже температуры начала деформации золы, то наружный слой шлака состоит из отвердевших частиц. При более высокой температуре наружный слой шлака может оплавляться, что способствует налипанию новых частиц и увеличению шлакования.

Рост шлаковых отложений может продолжаться неограниченно. Характерной формой шлаковых отложений является оплавленная, твердая, иногда стекловидная структура. В них также встречаются металлические включения, которые возникают при плавлении компонентов золы, содержащих оксиды металлов.

Значительно влияет на загрязняющие отложения скорость потока газов – повышение скорости дымовых газов и концентрации в них золы и уноса наблюдается в газовых коридорах, между стенками газохода и трубами, при большом расстоянии между трубами или змеевиками и т. п.

Загрязнение золой и сажей поверхностей нагрева ведет к повышению температуры

Загрязнение экранных труб и первых рядов кипятильных труб ведет к повышению температуры перегретого пара, температуры газов, шлакованию. Одностороннее шлакование и загрязнение золой газохода могут вызвать перекос температуры и скорости газов, что ухудшает работу и снижает надежность последующих поверхностей нагрева.

На экранных трубах в топочной камере и поверхностях нагрева в конвективных газоходах могут образовываться плотные отложения обычно при сжигании мазута. Причем сернистые мазуты при сжигании с высокими избытками воздуха дают, плотные отложения на трубах перегревателя и воздухопаронагревателя.

При сжигании мазутов с большим содержанием ванадия на трубах перегревателей, с температурой стенок 600–650ºС образуются плотные ванадиевые отложения.

Появление отложений сажи и уноса на хвостовых поверхностях нагрева может быть обнаружено по увеличению сопротивления (разность разрежений после газохода и перед ним).

Основной способ защиты от шлакования ширмовых и конвективных перегревателей – правильный выбор температуры газов перед поверхностями нагрева. Этого можно достигнуть выполнением топочной камеры такой высоты, при которой

обеспечивается охлаждение газов до необходимой температуры, выравниванием поля температур на выходе из топки, применением рециркуляции газов в верхней части, топочной камеры.

Средства защиты поверхностей нагрева от наружных отложений по характеру действия можно разделить на активные и профилактические. Активными средствами предусматривается влияние на качественные и количественные характеристики золошлаковых отложений, т. е. эти средства направлены на предотвращение образования отложений и снижение их механической прочности. К ним относятся различные присадки, снижающие интенсивность образования отложений или их прочность, способы сжигания топлив в топках котлов и т. п.

Формирование отложения на поверхностях нагрева – результат ряда сложных физико-химических процессов.

Отложения по температурной зоне образования подразделяются отложения на низкотемпературных и на высокотемпературных поверхностях нагрева. Первые – формируются в зоне умеренных и низких температур дымовых газов на поверхностях нагрева, имеющих сравнительно низкую температуру стенки (экономайзеры и "холодный" конец воздухоподогревателя). Вторые – образуются в зоне высоких температур стенки топочной камеры, на экономайзерах котлов с высокими параметрами пара, пароперегревателях, горячем конце воздухоподогревателя.

По характеру связи частиц и механической прочности слоя отложения подразделяются на сыпучие, связанные рыхлые, связанные прочные и сплавленные (шлаковые).

По минеральному и химическому составам различают щелочно–связанные, фосфатные, алюмосиликатные, сульфитные и отложения с большим содержанием железа. В зависимости от места нахождения по периметру омываемой газовым потоком трубы отложения делятся на лобовые, тыльные и отложения в зонах минимальной толщины пограничного слоя.

Спекшиеся отложения на лобовых поверхностях труб обычно образуют гребни, высота которых может достигать 200–250 мм.

На тыльной стороне высота отложений бывает меньше. При определенных условиях спекшиеся отложения могут перекрывать межтрубные пространства.

Образование отложений может быть связано не только с осаждением золы, но и с конденсацией на относительно холодных трубах поверхностей нагрева щелочных соединений или оксида кремния, сублимировавшихся из минеральной части топлива в процессе его горения. Температурные пределы и интенсивность конденсации паров щелочных соединений и оксида кремния на поверхностях нагрева зависят в основном от их парциального давления в продуктах сгорания.

В ряде случаев на формирование отложений большое влияние оказывают химические процессы, происходящие в слое отложений (образование сульфатосвязанных соединений и др.).

Рисунок 1. Зависимость коэффициента загрязнения поверхностей нагрева от скорости газов:

а – шахматные пучки труб; б – коридорные пучки труб

Существенно влияют на загрязнения труб их диаметр, шаг между трубами, а также порядок расположения – коридорный или шахматный. Уменьшение диаметра труб и продольного шага в трубных шахматных пучках значительно уменьшает загрязнение. В коридорных пучках труб загрязнения больше, чем в шахматных.

Рисунок 2. Загрязнение труб при шахтном расположении (по данным ВТИ):

а – восходящий поток; б – нисходящий поток; в – горизонтальный поток

2 Очистка поверхностей нагрева от образующихся золовых отложений методом обдувки.

Обдувка является основным и наиболее распространенным средством защиты поверхностей нагрева от шлакования и заноса золой. Несмотря на то, что обдувка должна носить профилактический характер, в процессе эксплуатации нередко появляется необходимость в удалении сформировавшихся отложений, что имеет место также на современных котлах. Исходя из этих соображений, необходимо обусловить два вида работы струи: золообдувку и расшлаковку. Первая относится к сыпучим, вторая - к прочным отложениям.

Энергия струи должна расщепить отложения на мелкие частицы и привести их в состояние витания, после чего поток топочных газов эвакуирует их за пределы агрегата.

Все известные в энергетической практике виды обдувки производят с помощью касательного, лобового или поперечного омывания.

Касательное омывание может производят либо вращающимся соплом, как это имеет место в приборе ОПР-5, либо при обдувке диагональных коридоров водяного экономайзера прибором ОПЭ. При касательном омывании струя как бы строгает слой отложений.Лобовое омывание характеризуется двумя признаками: перпендикулярностью между осью струи и слоем

шлакозоловых отложений и совмещением в одной плоскости осей струй и трубы. При лобовом воздействии на трубу струя как бы разрубает шлаковую оболочку вдоль оси трубы по ее образующей и стремится сбросить ее. В чистом виде этот способ не применяют ввиду значительной сложности его осуществления и опасности эрозионного износа обдуваемых труб.

При поперечном омывании, струя воздействует по нормалям к трубе. В отличие от предыдущего струя пересекает тело трубы и шлаковые отложения на ней по схеме перерубания бруса поперек волокон. Поперечное омывание, например, имеет место при сочетании

поступательного движения обдувочной струи с ее вращением.

Вследствие сложной конфигурации котельных пучков ни один из описанных видов омывания не существует изолированно. Но в каждом частном случае обдувки, как правило, тот или иной вид омывания преобладает над остальными .

При расширении пар снижает температуру (примерно до 100 °С). В топке же и газоходах температура значительно выше. В результате местного неравномерного охлаждения шлака струей в нем возникают температурные поля, а следовательно, и напряжения. В проточных отложениях появляются трещины.

Расщепление шлаковых отложений обдувочной струей происходит под воздействием трех факторов: термического, динамического и абразивного.

Специфической особенностью паровой обдувочной струи является присутствие влаги, доля которой может колебаться от 8 до 18 %.

Осаждаясь на поверхность шлака, капельки влаги мгновенно испаряются, поскольку вода в них нагрета до температуры насыщения, размер их мал, а тепловой напор шлака велик. В результате испарения капелек влаги происходит дополнительное охлаждение шлака, термические напряжения в нем еще более увеличиваются.

Поскольку воздушная струя на выходе из сопла всегда холоднее паровой по меньшей мере на 200 °С, то в рамках термического фактора воздушная обдувочная струя при прочих равных условиях эффективнее паровой. Даже при жидком шлаке, при резком охлаждении его обдувочной струей, шлаковая корка лишается пластических свойств, приобретает повышенную хрупкость.

Угол между направлением набегающей струи и омываемой поверхностью принято называть углом атаки. Наибольшей дальнобойностью обладает струя с углом атаки 90°. Ударная сила струи зависит от скорости вытекания угла атаки и расстояния.

Рисунок 3. Обдувочный прибор Ильмарине-ЦКТИ для обувки экранных поверхностей нагрева: 1 - электродвигатель; 2 - ручной привод; 3 - клапанный механизм;

4 - редуктор; 5 - сопловая головка.

Обдувочные приборы расставляют таким образом, чтобы зоны активного действия обдувочных струй покрывали все очаги шлакования и заноса золой. Кроме того следует помнить, что динамический напор должен быть достаточным для разрушения шлакового образования, но при этом не разрушить трубы. По данным разных исследований и наблюдений, верхний предел принимается в интервале 1000-1100 кг/м2 , нижний - в интервале 25-200 кг/м2 на расстоянии 1 мм от омываемой поверхности нагрева.

Обычно обдувочные аппараты питаются паром давления 22-30 кг/см2 .

Питание системы обдувки паром может быть осуществлено по автономной или групповой схеме. При автономной схеме система обдувки питается паром обдуваемого котла. Групповая же схема характеризуется наличием какого-либо постороннего источника питания, например отбора турбин, центрального пароструйного компрессора или специального парового котла низких параметров и небольшой производительности. Групповая схема более экономически выгодна, чем автономная.

3 Виброочистка поверхностей нагрева.

Виброочистка и встряхивание – две разновидности одного и того же способа защиты поверхности нагрева. Различаются они частотой и амплитудой колебания обдуваемого змеевика, а так же величиной прилагаемой силы. При виброочистке частота колебаний исчисляется тысячами, а при встряхивании – единицами или десятками периодов в минуту.

Достоинство данного метода в том, что он не требует внесения в газоход постороннего вещества (пара, воздуха, воды), а недостатком является ограниченность области применения (возможно использовать только для очистки эластичных трубных петель).

Возможны две формы вибрации змеевиков: соосная и поперечная. При соосной вибрации перемещения совпадают с плоскостью покоящегося змеевика (например, перемещение вертикальной ширмы вверх и вниз).

Поперечная вибрация заключается в попеременном отклонении змеевика в обе стороны от центрального положения покоя. Этот тип виброочистки получил более широкое распространение.

Рисунок 4. Устройство для вибрационной очистки поверхности нагрева:

1 - вибратор; 2 - тяга; 3 - уплотнение; 4 - поверхность нагрева.

Первый опыт виброочистки был проведён в СССР в 1949 году, частота колебаний была принята порядка 50 Гц. Сначала были опасения ухудшения структуры металла труб в результате виброочистки, однако после 2600 ч работы с виброочисткой, ухудшений свойств металла, по данным ВТИ, не наступило. Аналогичные данные были получены и в ГДР.

В связи с тем, что тяга постоянно должна находиться в газоходе, существует проблема её нагрева. Известно несколько конструкций штанг:

1. Массивная (сплошная) штанга. Прост в изготовлении, дёшев, но может применяться только до 600 °C

2. Полая трубчатая штанга с водяным охлаждением. Может применяться при любых

температурах. Изготовлена по принципу «труба в трубе». Охлаждающая вода 120

°C, в штанге она нагревается до 130…160 °C. Расход охлаждающей воды через одну штангу 1,5 т/ч.

3. Массивная штанга из жаропрочной стали. Массивна, громоздка и имеет высокую стоимость изготовления.

В России преимущественно применяют штанги с водяным охлаждением.

Для прохода тяги через обмуровку служит чугунная закладная втулка овальной формы, при этом большая ось вала установлена вертикально для обеспечения свободного перемещения штанги вниз на 35..40 мм. Вокруг штанги втулку заполняют асбестовой пушонкой, а снаружи прикрывают эластичным рукавом из асботкани.

Механическим приводом виброочистки служат:

Вибратор с электродвигателем;

Пневмоударный инструмент типа отбойного молотка;

Воздушный силовой цилиндр.

Применяют эксцентриковые вибраторы с короткозамкнутыми электродвигателями трехфазного тока мощностью 0,6-0,9 кВт на 288 об/мин. Виброочистку обычно осуществляют с частотой порядка 50 периодов в секунду при амплитуде колебаний от 0,2 до 1 мм на холодном котле и от 0,25 до 0,4 на работающем котле.

4 Дробеочистка “хвостовых” поверхностей нагрева.

Дробеочистка по сравнению с обдувкой обладает двумя важными пре-имуществами: практически неограниченной дальнобойностью дробевого потока и устранением (при регулярной дробеочистке) опасности завала поверхностей нагрева отложениями, удаляемыми с вышерасположенных узлов.

Российская ФедерацияРД

РД 34.27.104-92 Методические указания по применению средств наружной очистки поверхностей нагрева паровых котлов

установить закладку

установить закладку

РД 34.27.104-92

Группа Е 25

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СРЕДСТВ НАРУЖНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Дата введения 1993-07-01

РАЗРАБОТАНЫ Всероссийским теплотехническим научно-исследовательским институтом (ВТИ), Сибирским филиалом ВТИ (СибВТИ), Уральским филиалом ВТИ (УралВТИ)

ИСПОЛНИТЕЛИ М.Н.Майданик (ВТИ), В.В.Васильев (СибВТИ), В.Я.Лысков (УралВТИ)

УТВЕРЖДЕНЫ Управлением научно-технического развития Российской корпорации электроэнергетики и электрификации "Росэнерго" 8 декабря 1992 г.

Начальник А.П.Берсенев

ВЗАМЕН МУ 34-70-123-86, МУ 34-70-145-86

Настоящие Методические указания распространяются на механизированные средства наружной очистки, предназначенные для профилактической очистки с газовой стороны поверхностей нагрева на работающих котлах, и устанавливают для них типы и область применения, методы их расчета, общие требования к наладке и эксплуатации.

С вводом в действие настоящих Методических указаний утрачивают силу МУ 34-70-123-86 "Методические указания по применению средств наружной очистки поверхностей нагрева паровых котлов", МУ 34-70-145-86 "Методические указания по расчету, проектированию и эксплуатации импульсных устройств очистки".

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Паровые котлы, сжигающие твердые и жидкие топлива, должны оборудоваться, как правило, комплексной системой очистки, включающей установку различных средств очистки отдельных поверхностей нагрева. Необходимость применения очистки той или иной поверхности нагрева определяется в каждом конкретном случае из условия обеспечения эксплуатационно чистого состояния поверхности и выдерживания при работе котлов требований действующих "Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей" .

1.2. В качестве основных эксплуатационных средств очистки рекомендуется использовать аппараты паровой, водяной обдувки и газоимпульсные устройства очистки, различное сочетание которых позволяет в большинстве случаев создать комплексную систему очистки котлов при сжигании любых видов топлива.

В дополнение или взамен указанных средств очистки, в случае невозможности или нецелесообразности их применения, можно рекомендовать также использование устройств стационарной паровой ("пушечной") обдувки, установок дробевой очистки и устройств акустической очистки.

1.3. Для очистки топочных экранов (испарительных и перегревательных радиационных поверхностей нагрева) котлов, сжигающих твердые топлива, следует, как правило, применять аппараты водяной обдувки. Аппараты паровой обдувки целесообразно использовать лишь для очистки тех зон топочной камеры, где температура металла стенок труб превышает допустимую по условиям надежности экранных труб при водяной обдувке.

1.4. Для очистки полурадиационных (ширмовых) и расположенных в поворотном газоходе конвективных поверхностей нагрева котлов, сжигающих твердые и жидкие топлива, следует использовать в основном аппараты паровой обдувки либо устройства газоимпульсной очистки. Последние рассчитаны на удаление сыпучих и рыхлых (слабосвязанных) золовых отложений. Для топлив, дающих плотные (связанные) отложения (как, например, канско-ачинские бурые угли), предпочтительней установка аппаратов паровой обдувки.

При сжигании твердых топлив для локальной очистки указанных поверхностей нагрева в зонах интенсивного загрязнения (в основном в местах, труднодоступных для аппаратов паровой обдувки) можно рекомендовать дополнительную установку устройств "пушечной" обдувки. Для периодической очистки может быть рассмотрено применение в опытном порядке и аппаратов водяной обдувки.

1.5. Для очистки конвективных поверхностей нагрева, расположенных в вертикальной шахте (пароперегревателей, водяных экономайзеров), на котлах, сжигающих большинство твердых топлив, предпочтительней установка аппаратов паровой обдувки либо устройств газоимпульсной очистки.

На котлах, сжигающих малозольные твердые топлива, дающие сыпучие и рыхлые отложения золы, газомазутных котлах возможно применение и установок дробевой очистки. Дробевую очистку следует также применять для трубчатых воздухоподогревателей. В качестве альтернативного решения (преимущественно для котлов малой и средней мощности) может рассматриваться применение устройств акустической очистки.

1.6. Регенеративные воздухоподогреватели (РВП) следует очищать аппаратами паровой обдувки или устройствами газоимпульсной очистки.

2. ТИПЫ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ

2.1. Аппараты водяной обдувки

2.1.1. Аппараты водяной обдувки могут применяться на котлах, сжигающих твердые топлива, для очистки испарительных и перегревательных радиационных поверхностей нагрева, выполненных в виде настенных и двусветных топочных экранов, с температурой металла в зоне водяной обдувки не более 520 °С при применении низколегированных сталей и не более 440 °С при применении малоуглеродистых сталей. Под последней понимается максимальная расчетная температура наружной поверхности экранных труб в зоне обдувки.

В зонах топочной камеры с более высокой температурой металла экранных труб, а также для полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева водяная обдувка может применяться только в опытном порядке.

2.1.2. В качестве обдувочного агента следует использовать техническую воду с температурой не более 60 °С и давлением 1-2 МПа.

маловыдвижные аппараты (с вводом сопловой головки в топку и ходом до 1 м), которые работают по схеме "на себя" и вращательно-поступательным движением сопла обеспечивают на топочном экране спиральный след струи;

дальнобойные аппараты (с невыдвигаемой в топку сопловой головкой), которые колебательным движением в горизонтальном направлении с одновременным вертикальным смещением сопла направляют струю воды через топку, обеспечивая зигзагообразный след струи на экране.

Дополнительно, для специальных применений, могут использоваться и глубоковыдвижные аппараты.

2.1.4. Для котлов с глубиной топок не более 15-17 м в большинстве случаев может быть рекомендована установка как маловыдвижных, так и дальнобойных аппаратов. Они могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом для повышения эффективности очистки и большей полноты охвата стен топки. В последнем случае установка маловыдвижных аппаратов наиболее целесообразна в зонах интенсивного шлакования экранов, в особенности при глубине топок свыше 10-12 м, а также в зонах, неохватываемых струями дальнобойных аппаратов.

В топках с гладкотрубными экранами при зазоре между экранными трубами более 4-5 мм по условиям надежности обмуровки предпочтительней установка маловыдвижных аппаратов.

В крупногабаритных топочных камерах следует в основном применять маловыдвижные аппараты. Дополнительная установка дальнобойных аппаратов может потребоваться в случае необходимости очистки скатов холодной воронки.

Глубоковыдвижные аппараты целесообразно использовать только для очистки зон топочных камер, труднодоступных для других типов аппаратов (в частности, для очистки узких секций, образованных двусветными экранами и ширмовыми "щеками"), а также при применении водяной обдувки для очистки трубных пучков.

2.1.5. Методы расчета и выбора схем установки аппаратов даны в РД 34.27.105-90 .

2.2. Аппараты паровой обдувки

2.2.1. Аппараты паровой обдувки могут применяться на котлах, сжигающих твердые и жидкие топлива, для очистки испарительных и перегревательных радиационных поверхностей нагрева, выполненных в виде настенных топочных экранов, полурадиационных (ширмовых) и конвективных поверхностей нагрева, РВП.

2.2.2. В качестве обдувочного агента следует использовать перегретый пар с температурой не менее 350 °С и давлением 1-4 МПа (в подводящих паропроводах).

для очистки топочных экранов - маловыдвижные аппараты (с ходом до 1 м) с вращательно-поступательным движением обдувочной трубы и регулированием давления пара по мере выдвижения сопловой головки, дающие спиральный след струи на топочном экране, а также аппараты, осуществляющие обдувку при вращении сопловой головки на постоянном расстоянии от топочного экрана;

для очистки ширмовых и конвективных поверхностей нагрева - глубоковыдвижные аппараты с вращательно-поступательным движением обдувочной трубы, дающие спиральный след струи в поперечных зазорах между трубами пучков;

для очистки РВП - аппараты с возвратно-поступательным перемещением многосопловой обдувочной трубы вдоль оси ротора либо с перемещением (поворотом) обдувочной трубы от центра ротора к периферии.

Дополнительно для очистки различных конвективных поверхностей нагрева могут быть применены глубоковыдвижные аппараты только с поступательным движением обдувочной трубы и многосопловой головкой, осуществляющие "веерную" обдувку, а также аппараты "грабельного" типа с возвратно-поступательным перемещением траверсных многосопловых головок.

2.2.4. Методы расчета и выбора схем установки аппаратов даны в разделе 3.

2.3. Устройства газоимпульсной очистки

2.3.1. Газоимпульсные устройства очистки могут применяться на котлах, сжигающих твердые и жидкие топлива, для очистки полурадиационных (ширмовых) и конвективных поверхностей нагрева, РВП.

2.3.2. В качестве рабочих агентов следует использовать горючие газы, включая электролизный водород, давлением 0,02-0,15 МПа и воздух давлением 0,002-0,6 МПа (в подводящих трубопроводах).

2.3.3. Для применения в энергетических котлах рекомендуется использовать устройства со стационарными импульсными камерами и постоянным источником газоснабжения по техническим документациям УралВТИ, завода "Котлоочистка" и НПО ЦКТИ.

2.3.4. Методы расчета и выбора схем установки аппаратов даны в разделе 4.

2.4. Устройства стационарной паровой ("пушечной") обдувки

2.4.1. Устройства "пушечной" обдувки могут применяться на котлах, сжигающих твердые топлива, для очистки полурадиационных (ширмовых) и конвективных поверхностей нагрева.

2.4.2. Для применения на энергетических котлах следует использовать устройства по технической документации завода "Котлоочистка", в качестве обдувочного агента - перегретый пар с температурой не ниже 450 °С и давлением 4-10 МПа.

2.5. Установки дробевой очистки

2.5.1. Установки дробевой очистки могут применяться на котлах, сжигающих жидкие и твердые топлива, для очистки конвективных поверхностей нагрева, включая трубчатые воздухоподогреватели, расположенные в вертикальных шахтах с опускным движением газов.

2.5.2. Для применения в энергетических котлах рекомендуются установки с пневмотранспортом дроби по технической документации завода "Котлоочистка", использующие в качестве очищающего агента металлическую дробь эквивалентным диаметром 4-6 мм, для транспорта дроби - воздух давлением 0,03-0,1 МПа.

2.6. Устройства акустической очистки

2.6.1. Устройства акустической очистки могут быть рекомендованы для опытно-промышленного применения на котлах, сжигающих жидкие топлива и каменные угли, для очистки конвективных поверхностей нагрева, включая трубчатые воздухоподогреватели, расположенные в вертикальных шахтах.

2.6.2. Для применения в энергетических котлах рекомендуются устройства по технической документации НПО ЦКТИ, работающие на перегретом паре давлением 0,4-0,5 МПа с основной генерируемой частотой звука 30-130 Гц.

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ УСТАНОВКИ АППАРАТОВ ПАРОВОЙ ОБДУВКИ

3.1. Условные обозначения

3.2. Глубоковыдвижные аппараты

3.2.1. Для эффективного применения аппаратов паровой обдувки следует выдерживать следующие условия:

при сжигании твердых топлив температура газов на входе в обдуваемые поверхности должна превышать температуру начала шлакования;

ширина поперечного зазора между трубами во всех случаях должна составлять не менее 55-60 мм, при этом для твердых топлив, дающих плотные отложения, и расположении поверхности в зоне температур газов свыше 800 °С значения рекомендуется принимать не менее 110-120 мм.

Примечание. Указания раздела 3.2 относятся в основном к глубоковыдвижным аппаратам с вращательно-поступательным движением обдувочной трубы, устанавливаемым для очистки гладкотрубных и мембранных ширмовых и конвективных поверхностей нагрева. По аппаратам другого типа достаточного опыта их применения в отечественной практике нет.

3.2.2. В качестве обдувочного агента следует использовать перегретый пар с рабочим давлением перед соплами (за клапаном аппарата) в основном в диапазоне 1,2-2,0 МПа. Для малозольных твердых топлив, дающих золы невысокой абразивности, давление пара может быть повышено до 2,5-3,0 МПа.

Температура пара должна приниматься не ниже 350 °С при давлении пара менее 2,0 МПа. При давлении свыше 2,5 МПа температуру пара следует принимать не менее 400 °С.

3.2.3. При сжигании твердых топлив диаметры сопл рекомендуется принимать в соответствии с табл.1 в зависимости от комплекса

Где коэффициент абразивности золы принимается по "Нормам теплового расчета котельных агрегатов".

Таблица 1

Примечание. Диаметры сопл указаны для диапазона рабочего давления 2,0-1,2 МПа.

При установке аппаратов на газомазутных котлах =22-28 мм.

3.2.4. Расчетный расход перегретого пара через аппарат находится как

Где поправочный коэффициент

3.2.5. Аппараты устанавливаются в рассечке между обдуваемыми пакетами поверхностей нагрева, как правило, для очистки пакета с двух сторон в направлении и против движения газов.

3.2.6. При сжигании твердых топлив минимальное расстояние от оси сопловой головки до оси первого ряда труб обдуваемой поверхности рекомендуется принимать свыше значения

Но в любом случае не менее 400 мм.

При установке аппаратов на газомазутных котлах =350 мм.

Указанные расстояния определяются с учетом прогиба и биения обдувочной трубы.

3.2.7. Расстояние от оси аппарата до последнего ряда обдуваемых труб в пучке не должно превышать значения

где поправочные коэффициенты

Коэффициент определяется из номограммы (черт.1).

При определении поправочного коэффициента значения минимально эффективного динамического напора принимаются в зависимости от средней температуры газов:

для твердых топлив, дающих плотные (связанные) отложения золы (как, например, бурые угли Канско-Ачинского бассейна),

для твердых топлив, дающих в основном рыхлые (слабосвязанные) золовые отложения (для большинства каменных углей),

при сжигании жидких топлив

При образовании на трубах сыпучих золовых отложений =2-3 кПа.

При определении поправочного коэффициента под величиной понимается число рядов труб, вдоль которых распространяется струя аппарата. При этом для коридорных пучков труб

для шахматных пучков труб

3.2.8. Эффективная ширина струи (на входе в трубный пучок) рассчитывается как

Где поправочные коэффициенты , определяются из выражений (6), (7).

3.3. Маловыдвижные аппараты

3.3.1. Маловыдвижные аппараты следует применять для очистки по схеме "на себя" настенных топочных экранов, расположенных в вертикальной плоскости.

3.3.2. В качестве обдувочного агента следует использовать перегретый пар с рабочим давлением перед соплами (за клапаном аппарата) в основном в диапазоне 1,5-2,0 МПа. Для аппаратов со спиральным следом струи на экране давление пара (при максимальном вылете сопла) может быть повышено до 2,5-3,0 МПа.

При давлении пара до 2,0 МПа температура пара должна приниматься не менее 350 °С, при давлении свыше 2,5 МПа - не менее 400 °С.

3.3.4. Расчетный радиус действия аппаратов с постоянным вылетом сопловой головки во время обдувки находится как

Для аппаратов со спиральным следом струи на экране расчетный радиус обдувки принимается как наименьший из двух значений:

В формулах (11), (12) поправочные коэффициенты определяются из выражений (6), (7) и номограммы (черт.2).

Значения минимально эффективного динамического напора принимаются в зависимости от шлакующих свойств топлива:

3.4. Аппараты обдувки РВП

3.4.1. Обдувочные аппараты следует устанавливать в газовых патрубках РВП, как правило, для очистки набивки с двух сторон в направлении и против движения газов.

Минимальное расстояние от выходного среза сопл до обдуваемой поверхности =150-200 мм.

Примечание. Для эффективного применения аппаратов паровой обдувки следует выдерживать следующие условия:

температурный режим набивки должен исключать интенсивное образование низкотемпературных (влажных) золовых отложений;

при расширении в сопле обдувочный агент должен оставаться в области перегретого пара.

3.4.2. В качестве обдувочного агента следует использовать перегретый пар с рабочим давлением перед соплами (за клапаном аппарата) в диапазоне 0,5-1,5 МПа и температурой не менее 350-400 °С.

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ УСТРОЙСТВ ГАЗОИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ

4.1. Условные обозначения

4.2. Общие положения и конструктивные характеристики

4.2.1. Устройства газоимпульсной очистки (ГИО) представляют собой генераторы импульсных волн умеренной интенсивности. Генерация волн сжатия осуществляется за счет взрывного (дефлаграционного) горения газовоздушных смесей в камерах и истечения продуктов взрыва. Удаление золовых отложений с поверхностей нагрева устройствами ГИО осуществляется разрушающим действием волн сжатия и динамическим напором импульсной струи продуктов взрыва. Импульсный характер процесса ГИО вызывает также вибрацию очищаемых поверхностей, способствующую разрушению и удалению отложений.

4.2.2. Устройство ГИО (стационарного типа) состоит из импульсной камеры (ИК), трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры, средств контроля и управления. ИК состоит из следующих основных узлов и элементов (черт.3):

ударной трубы 1, в которой происходит взрывное горение основного объема газовоздушной смеси;

форкамеры 2 (с турбулизатором), предназначенной для ускорения процесса взрывного горения в начальной стадии;

узла подготовки и зажигания смеси 4, состоящего из глушителя и смесителя.

ИК комплектуется запальником 5, предназначенным для периодического поджигания смеси, и блоком питания 6 запальника.

4.2.3. Ударная труба выполняется из труб наружным диаметром 219-426 мм с толщиной стенки не менее 10 мм (уточняется прочностным расчетом на импульсное давление 3,5 МПа при температуре стенки 300 °С в соответствии с ОСТ 108.031.08-85*, ОСТ 108.031.09-85*).

* На территории Российской Федерации действует , здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Длина ударных труб обычно составляет 10-50 в зависимости от волновой мощности . Значения рекомендуются принимать в зависимости от площади очищаемых поверхностей в следующих диапазонах:

В зависимости от выбираемой и размеров объектов очистки ударные трубы выполняются одно- или многосопловыми (2-4 сопла). Разветвления ударной трубы на несколько сопл осуществляется применением плавных переходов (с углом не более 60°), суммарная площадь сечения сопл должна равняться площади сечения основной ударной трубы.

4.2.4. Корпус форкамеры выполняется из труб, аналогичных ударной трубе или на 1-2 типоразмера больше. Длина форкамеры составляет 1,5-2 в зависимости от выбранного турбулизатора.

Форкамера одним концом соединяется сваркой с ударной трубой непосредственно или через конусный переход с углом не более 90°. Другой конец закрывается днищем (толщиной примерно 15 мм) с ребрами жесткости или диффузорным переходом на диаметр примерно 50 мм для подачи в камеру смеси. В нижней части форкамеры устанавливается дренажный патрубок с условным диаметром около 50 мм.

4.2.5. При выборе турбулизаторов необходимо руководствоваться выполнением следующих условий:

минимальное сопротивление потоку смеси и продуктам взрывного горения;

конструктивная простота и технологичность изготовления;

максимально развитая турбулизирующая поверхность. Этим требованиям в наибольшей мере соответствуют следующие конструкции турбулизаторов (черт.4):

штыревой (а) - в котором штыри диаметром =20-30 мм расположены в плоскости винтовой поверхности, проходят через ось по диаметру форкамеры и привариваются к последнему; зазор между штырями =1-3 мм, количество штырей в одном витке - 12-36 шт., высота турбулизатора ;

диафрагменный (б) - изготавливаемый из листа толщиной S примерно 15 мм с расположенными в шахматном порядке отверстиями с =8-15 мм; живое сечение отверстий составляет 30% сечения ударной трубы, диафрагма приваривается на расстоянии ;

шнековый (в) - который содержит 1-3 витка () при шаге витка и выполняется из листа толщиной не менее 10 мм сваркой к трубе форкамеры;

турбулизатор с перегородками (г) - в котором сегменты выполняются из листа толщиной примерно 10 мм и крепятся к форкамере на сварке; рекомендуется устанавливать 3-8 перегородок с шагом ;

турбулизатор с пристенной спиралью (д) - изготавливаемый из прутка с =20-40 мм с шагом витка =50-150 мм; высота спирали ;

турбулизатор в виде перфорированной трубы с шнековым завихрителем (е) - в котором перфорации диаметром 8-15 мм выполняются в трубе диаметром 70-120 мм, шнек выполняется из листа толщиной около 10 мм с шагом ; количество витков - 3-4 шт.

кофузорные с углом 30-60° - для очистки поверхностей, расположенных на расстоянии более 3-4 мм от выхлопных сопл; они выполняются круглой, эллиптической или овальной формы, выходное сечение их должно быть уменьшено на 10-15% по отношению к сечению элемента ударной трубы;

диффузорные с углом 30-60° - для очистки поверхностей, расположенных на небольших расстояниях от выхлопных сопл (менее 3 м);

цилиндрические - которые по направленности излучения волн сжатия занимают промежуточное положение среди указанных выше;

щелевые - для очистки РВП, трубчатых воздухоподогревателей и других низкотемпературных поверхностей нагрева.

Щелевые сопла на РВП устанавливаются на минимально возможном по условиям компоновки расстоянии до очищаемых пакетов. Размеры щелевого сопла принимают в следующих пределах: ширина щелей - 50-80 мм, длина - 300-500 мм, ширина перемычек между щелями - 50-60 мм, радиус закругления щелей - 10-20 мм, длина щелевого сопла принимается равной радиусу ротора РВП. Суммарная площадь всех щелей должна в 2-3 раза превышать площадь сечения сопловой трубы.

4.2.7. Выхлопные сопла всех конструкций выполняются из труб диаметром 219-325 мм с толщиной стенки не менее 8 мм. Зазор между экранными трубами и выхлопными соплами должен составлять не менее 20 мм, выход среза сопла в газоход - 20-50 мм. В местах прохода через ограждения сопла устанавливаются во втулках с сальниковыми уплотнениями.

В качестве материалов при изготовлении выхлопных сопл используются следующие:

при температуре дымовых газов менее 500 °С - стали марки 10, 20, 2сп, 4сп;

при температуре газов 500-850 °С - стали марки Х12Н10Т, 0X18H10T;

при температуре газов свыше 850 °С - стали марки 20Х20Н14С2, 20Х2Н20С2.

Длина части сопла, выполняемой из указанных материалов, составляет 200-400 мм.

в виде перфорированной газовой трубы (условным диаметром 12-20 мм) с диаметром отверстий 1-2 мм, расположенной в подводящем воздуховоде (условным диаметром 50 мм) перпендикулярно или соосно;

в виде воздуховодной трубы (условным диаметром 50 мм), перфорированной отверстиями диаметром 1-2 мм в 2-3 ряда, которые закрыты коробом; в короб подводится газ.

Смесители размещают перед глушителем. Глушитель выполняется в виде емкости из трубы диаметром 219 мм, длиной 200-300 мм с двумя перфорированными (отверстиями диаметром 3-5 мм) внутри патрубками (условным диаметром 50 мм). Для повышения запирающего эффекта полость глушителя набивается стружкой цветных или нержавеющих металлов или кольцами Рашига.

на корпусе глушителя;

на смесепроводе (труба условным диаметром 50 мм);

на форкамере.

4.3 Компоновка устройств и методы расчета

4.3.1. При выборе мест установки выхлопных сопл следует руководствоваться следующими общими рекомендациями:

направлять сопла в зоны наибольшей интенсивности загрязнения перпендикулярно очищаемым трубам (для использования вибрационного эффекта очистки) по потоку дымовых газов или перпендикулярно ему;

щелевые сопла на РВП устанавливать по радиусу РВП в газовом патрубке против потока на минимальном расстоянии от очищаемых пакетов (для подсушки отложений продуктами взрыва);

для очистки фестонов и ширм сопла размещать с фронта топки и на боковых стенах котлов между ширмами (за фестонами) по 1-3 шт. с шагом по высоте 2-3,5 м;

для очистки конвективных пакетов, расположены вверху конвективной шахты, сопла располагать в потолочных трубах, направляя их вниз с шагом 2,5-4 м по фронту котла; для очистки последующих пакетов сопла размещать в стенах конвективной шахты в межпакетных пространствах с шагом 2,5-4 м.

В зависимости от объекта очистки выбирается тип ИК по и проводится предварительная компоновка устройств (с использованием указаний п.п.4.2.3-4.2.5, 4.3.1).

По выбранному значению , используя эмпирическую зависимость

Проводится построение волновых полей каждого устройства и определяются зоны, в которых уровень давления в волнах сжатия составляет не менее 150 дВ. Зоны, ограниченные изобарой с указанным значением давления, являются зоной эффективной очистки.

Из построенных компоновок выбирается оптимальная схема, обеспечивающая требуемые условия очистки поверхностей нагрева. По ней и проводят конструирование основных узлов ИК и корректировку компоновки. При этом объем ИК определяют по формуле:

Где коэффициенты =0,05; =0,5 м/с, значение рекомендуется принимать в диапазоне 0,6-2 м/с. Значения и выбираются в зависимости от конструкции турбулизатора по табл.2.

Таблица 2

Расход стехиометрической смеси в ИК определяется по формуле:

периодичность импульсов как

4.3.3. Поверочный расчет на прочность производится для всех элементов ИК в соответствии с ОСТ 108.031.08-85, ОСТ 108.031.09-85 на действие статической и циклической нагрузок от максимально возможного давления, равного 3,5 МПа.

4.3.4. Выбор материала и расчет опор и креплений ИК к котлу следует производить в соответствии с ГОСТ 14911-82 , ГОСТ 16127-79. При этом необходимо учитывать массу камер, реактивную силу при импульсном выхлопе из сопл и тепловое расширение конструкции камер при максимальном прогреве до 300 °С. Импульсную реактивную силу рекомендуется определять по формуле:

Где =0,2 МПа.

При расчете неподвижных опор следует вводить поправочный коэффициент, равный 1,5.

5. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

5.1. Наладку и эксплуатацию средств очистки проводят согласно инструкции по эксплуатации предприятия-изготовителя (разработчика) с учетом требований и рекомендаций данного раздела.

5.2. Наладка средств очистки проводится перед пуском их в работу (на остановленном котле) и в процессе эксплуатации на работающем котле. Она должна выполняться после монтажа, ремонта или реконструкции средств очистки, а также при изменении вида и качества топлива либо других условий эксплуатации, приводящих к изменению характера и интенсивности загрязнения очищаемых поверхностей нагрева.

5.3. Наладка на работающем котле осуществляется сразу после пуска котла в работу со средствами очистки с обязательным предварительным удалением золовых отложений на очищаемых поверхностях нагрева. При наладке устанавливают режим и порядок включения отдельных средств очистки.

В каждом конкретном случае режим очистки определяют из условий получения наибольшего эффекта очистки при обеспечении надежной работы металла очищаемых поверхностей нагрева. Рекомендации по режимам очистки аппаратами паровой обдувки и устройствами газоимпульсной очистки приведены в обязательных приложениях 1 и 2.

5.4. Установленный в период наладки режим очистки корректируется в процессе эксплуатации исходя в основном из результатов визуального контроля за состоянием экранов, изменения сопротивления и температур газового тракта, тепловой эффективности поверхностей нагрева, надежности работы систем шлакоудаления и золоулавливания, а также результатов контроля за состоянием металла очищаемых поверхностей нагрева.

5.5. При комплексной или комбинированной очистке наладка и выбор режима очистки всех средств очистки должны проводиться одновременно.

5.6. При наладке и эксплуатации средств очистки обязателен контроль за состоянием металла очищаемых поверхностей нагрева.

5.7. Средства очистки должны включаться регулярно с режимами очистки, определенными при наладке, а также непосредственно перед остановом котла. Средства очистки разных типов включают, как правило, последовательно. Порядок включения средств очистки - как правило, по ходу газов.

5.8. Средства очистки, а также системы дистанционного и автоматического контроля ими должны находиться в постоянной готовности к действию. Не допускается включение средств очистки при неисправной системе защит.

Приложение 1
Обязательное

1. Режим очистки устанавливают при наладке и эксплуатации в основном по следующим параметрам: давлению пара перед соплами аппаратов, периодичности включения аппаратов, количеству одновременно включаемых аппаратов.

Давление пара в основном определяет эффект разовой очистки, периодичность включения аппаратов в большей степени зависит от темпа загрязнения поверхности.

Примечание. Аналогичный изменению давления эффект очистки может быть также получен за счет варьирования диаметра сопл в аппарате. При этом повышение давления пара, например, в 1,5 раза эквивалентно по интенсивности воздействия струи увеличению диаметра сопла примерно в 1,2 раза.

2. Давление пара перед соплами глубоковыдвижных аппаратов (при очистке ширмовых и конвективных поверхностей нагрева) рекомендуется принимать: 2,0-1,6 МПа при соплах диаметром 12-20 мм, 1,6-1,2 МПа при соплах большего диаметра. При сжигании малозольных топлив с золой невысокой абразивности давление пара может быть повышено в 1,3-1,5 раза.

Для маловыдвижных аппаратов (при очистке топочных экранов) обычный диапазон давлений пара составляет 2,0-1,5 МПа при соплах диаметром 16-22 мм (в аппаратах со спиральным следом струи и регулируемым давлением максимальные значения могут быть выше в 1,3-1,5 раза).

3. Периодичность включения аппаратов при очистке топочных экранов принимают обычно 1-3 раза в сутки, ширмовых и конвективных поверхностей нагрева - 1 раз в сутки.

4. Давление пара и периодичность включения аппаратов уточняют в процессе наладки и эксплуатации по показателям, указанным в п.5.4, при этом следует учитывать следующее:

повышение давления пара, равно как и уменьшение длительности межобдувочного периода, может приводить к усилению износа труб, в особенности при сжигании многозольных топлив с абразивной золой;

при паровой обдувке трудно добиться эксплуатационно чистого состояния очищаемых поверхностей нагрева. Достижимый эффект очистки заключается в основном в удалении золовых отложений из поперечных зазоров между трубами (газовых каналов) и устранении больших их наростов, что позволяет поддерживать в эксплуатации стабильный уровень загрязнения, аэродинамического сопротивления тепловой эффективности поверхностей нагрева;

при образовании плотных слоев первичных отложений золы, шлаковых наростов и влажных низкотемпературных золовых отложений паровая обдувка становится малоэффективной.

5. Количество одновременно включаемых аппаратов принимают обычно 2-4 и уточняют по условиям выдерживания давления перед аппаратами и устойчивости ведения режима котла. Аппараты включают в противофазе.

6. Перед проведением обдувки должно быть выполнено тщательное дренирование паропроводов от скопившегося конденсата. Порядок включения аппаратов также должен предусматривать исключение возможности скапливания конденсата перед неотработавшими аппаратами.

пределы концентрации смеси, обеспечивающие устойчивый режим работы камер;

оптимальная концентрация смеси, при которой генерируется максимальная волновая энергия;

оптимальная периодичность импульсов во всем диапазоне расходов смеси;

оптимальные периодичность и длительность включения по условиям эффективности очистки.

2. Первоначальное включение устройств ГИО в работу необходимо осуществлять при минимальных расходах смеси и максимальной частоте импульсов (=2-4 с).

Повышение волновой мощности устройств ГИО следует производить после прогрева камер в течение 3-5 мин плавным без срыва режима поочередным увеличением расхода воздуха и газа. При этом, фиксируя давление в волнах сжатия в котле или на площадке обслуживания импульсным шумомером, зарегистрировать по манометрам давление воздуха и газа, при которых генерируется максимальная волновая мощность. Аналогично определяется оптимальная периодичность импульсов.

3. В период пуско-наладочных работ рекомендуется устройства ГИО включать в работу регулярно не реже одного раза сутки на 15-30 мин. В дальнейшем в зависимости от эффективности очистки корректируются и устанавливаются необходимые периодичность включения и длительность работы устройств ГИО.

Как уже отмечалось неоднократно, работа котла на твердом топливе сопровождается такими нежелательными явлениями, как шлакованием и загрязнением поверхностей нагрева. При высоких температурах частицы золы могут переходить в расплавленное или размягченное состояние. Часть частиц соударяется с трубами экранов или поверхностей нагрева и может налипать на них, накапливаясь в большом количестве.

Шлакование - это процесс интенсивного налипания на поверхности труб и обмуровки частиц золы, находящихся в расплавленном или размягченном состоянии. Образующиеся значительные наросты время от времени отслаиваются от труб и выпадают в нижнюю часть топки. При падении шлаковых наростов возможна деформация или даже разрушение трубной системы и обмуровки топки, а также шлакоудаляющих устройств. Прн высоких температурах упавшие глыбы шлака могут расплавиться и многотонными монолитами заполнить нижнюю часть топки. Подобное зашлаковывание топки требует останова котла и проведения расшлаковочных работ.

Шлакованию подвержены также трубы поверхностей нагрева, расположенные на выходе из топки. В этом случае рост шлаковых отложений приводит к забиванию проходов между трубами и к частичному или полному перекрытию сечения для прохода газов. Частичное перекрытие приводит к возрастанию сопротивления поверхностей нагрева и увеличению мощности дымососов. Если мощности дымососов недостаточно для вывода продуктов сгорания из зашлакованного котла, то необходимо снизить его нагрузку.

Расшлаковывание топки и очистка поверхностей нагрева - длительный и трудоемкий процесс, требующий привлечения значительных людских и материальных ресурсов. На трубах поверхностей нагрева могут оседать также частицы в твердом состоянии, загрязняя их наружную поверхность как с лобовой, так и с тыльной сторон. Эти загрязнения могут образовывать рыхлые или трудноудалимые отложения. Отложения на трубах уменьшают коэффициент теплопередачи (отложения имеют низкую теплопроводность и являются своего рода тепловой изоляцией) и эффективность отдачи теплоты. В результате этого температура уходящих газов возрастает.

Подобно шлакованию, загрязнения поверхностей нагрева котла приводят к увеличению сопротивления его газового тракта и ограничению тяги. При проектировании котельной установки предусматриваются специальные устройства и мероприятия по контролю за состоянием поверхностей нагрева и очистки их от шлака и загрязнений. На остановленных котлах используют преимущественно механические способы очистки с применением различных скребков и водяную обмывку. Регулярно используемый в эксплуатации способ - очистка поверхностей нагрева при помощи паровой или пневматической обдувки, водяной (термоциклической) обмывки, дробе- и виброочистки, а также импульсную очистки.

Обдувка труб 2 топочных экранов или поверхностей нагрева происходит в результате динамического и термического воздействия на слой шлака или загрязнения струи пара или воздуха, вытекающего из сопл 3, расположенных на вращающихся насадках (рис. 92). По отношению к оси насадки сопла расположены под углом 90°, обеспечивающим движение струй вдоль поверхности обдуваемых труб экранов или поверхностей нагрева. При обдувке насадки перемещают вглубь газохода по оси отверстия, выполненного в обмуровке 1, обдувая все змеевики. Для обдувки используется пар давлением 1,3-4 МПа с температурой 450 ’С или сжатый воздух.

В зависимости от назначения и зоны установки применяют обдувочные аппараты невыдвижного (ОН), маловыдвижного (ОМ) и глубоковыдвижного типа (ОГ). Аппараты невыдвижного типа (рис. 93, а) устанавливают в зоне относительно невысокой температуры газов (до 700 °С). Труба I насадки с соплами 2 свободно подвешивается с помощью хомутов 3 к трубам 4 обдуваемой поверхности. При обдувке труба 1 начинает вращаться и одновременно в нее подается пар или сжатый воздух. Корпус аппарата с помощью фланцевых соединений 6 крепится неподвижно к раме 5 каркаса котла. Длина насадки и расстояние между соплами зависят от соответствующих размеров обдуваемой поверхности нагрева.

Очистка поверхностей нагрева с помощью обдвочных аппаратов маловыдвижного типа (рис. 93, б) применяется преимущественно для наружной очистки экранов топки (ОМ-0,35). Обдувку проводят в следующем порядке. Насадка 1 с соплами 2 через резьбовое соединение шпинделя получает от электродвигателя вращательное и поступательное движение. Преобразование вращательного движения в поступательное достигается с помощью направляющей планки с храповым механизмом (закрыт кожухом 7). При полном вводе насадки в топку (ход 350 мм) приводом 8 открывается клапан 9 и обдувочный агент поступает в насадок и сопла. Для обеспечения эффективной обдувки аппараты устанавливают таким образом, чтобы в рабочем положении сопла отстояли от труб на 50-90 мм. По окончании обдувки клапан 9 закрывается лпч |,и насадка выводится из топки.

Количество обдувочных аппаратов, устанавливаемых в топке, выбирают из условия, что радиус действия одиночной обдувочной струи составляет около 3 м. Для очистки фестонов, ширмовых и конвективных пароперегревателей, расположенных в зоне температур газов 700-1000 °С, применяют глубоковыдвижные обдувочные аппараты (рис. 93, в). По принципу действия аппарата они подобны только что рассмотренному типу. Отличие состоит лишь в длине трубы - насадки 1 и ее хода, а также в применении раздельного привода для вращательного и поступательного движения.

При включении аппарата обдувочная труба 1 с соплами 2 приводится в поступательное движение, обеспечиваемое электродвигателем через редуктор 10 и цепную передачу 11. Вращательное движение труба получает от электродвигателя с редуктором 10. При подходе сопл к первым трубам открывается клапан 9 и выходящий из сопл пар начинает обдувать трубы поверхности нагрева. Обдувочный аппарат с помощью специальных передвижных опор 12 крепится к несущей балке (опирается или подвешивается). Совмещением на одной несущей балке двух обдувочных аппаратов (подвесного и опорного) с поступательным движением в противоположных направлениях обеспечивается возможность обдувки сразу двух котлов, т. е. получается аппарат двустороннего действия (типа ОГД).

Очистка поверхностей нагрева при помощи водяной обмывки используется при очистке экранов котлов, работающих на сильношлакующих топливах (сланцы, фрезерный торф, канско-ачинские и другие угли). Разрушение отложений в этом случае достигается в основном под действием внутренних напряжений, возникающих в слое отложений, при периодическом их охлаждении водяными струями, истекающими из сопловых насадков 2 головки 1 (рис. 94, а). Наибольшая интенсивность охлаждения наружного слоя отложений имеет место в первые 0,1 с воздействия водяной струи. Исходя из этого выбирается частота вращения сопловой головки. За цикл обдувки сопловая головка совершает 4-7 оборотов. Сопла располагают обычно в два ряда, на противоположных образующих сопловой головки. Этим обеспечивается равномерное охлаждающее действие струй (различного диаметра) на всей орошаемой водой площади очищаемых прилегающих экранов и необходимое чередование процессов охлаждения и нагрева при вращении головки, в результате чего повышается эффективность очистки.

Обмывку противолежащей и боковых стен производят аппаратом (рис. 94, б), содержащим установленное в шаровом шарнире 3 сопло, в которое подается вода из рукава 4. Сопло совершает подъемно-спускное и горизонтальное движение с помощью привода 5, соединенного с электродвигателем, размещенным на опорной плите 6. Водяная обмывка более эффективна по сравнению с паровой и пневматической обдувками, ее использование не приводит к сильному золовому износу очищаемых труб, так как скорости истечения воды из сопл невысоки. В то же время следует иметь в виду, что при водяной обмывке необходима система защиты, прерывающая подачу воды в аппарат, так как при длительном охлаждении отдельных труб экранов водой вследствие снижения их тепловосприятия может произойти нарушение циркуляции. При водяной обмывке повышается вероятность разрыва экранных труб, испытывающих циклические тепловые нагрузки.

Очистка поверхностей нагрева вибрационным способом применяют преимущественно для очистки ширмовых и конвективных перегревателей. Удаление отложений происходит под действием поперечных или продольных колебаний очищаемых труб, вызываемых специально устанавливаемыми вибраторами электрического (например, С-788) или пневматического типа (ВПН-69).

На рис. 95, а показана схема устройства виброочистки ширмового перегревателя с поперечными колебаниями труб. Возбуждаемые вибратором 3 колебания передаются виброштангами 2, соединенными непосредственно с вибратором 3 (рис. 95, а) или через опорную раму 4 (рис. 95, б) и от них змеевикам труб I. Виброштангу1, как правило, приваривают к крайней трубе с помощью полуцилиндрических накладок. Аналогичным образом остальные трубы соединяют между собой и с крайней трубой. Виброочистку с продольным колебанием труб чаще используют для вертикальных змеевиковых поверхностей нагрева, подвешенных (на пружинных подвесках) к каркасу котла (рис. 95, б).

Электрические вибраторы не позволяют повысить частоту колебаний выше 50 Гц, что оказывается недостаточным для разрушения связанных прочных отложений, образующихся на трубах при сжигании канско-ачинских углей, сланцев, фрезерного торфа и др. В этом случае целесообразнее пневматические генераторы колебаний, например ВПН-69. Они обеспечивают частоту колебаний до 1500 Гц и более широкий диапазон ее изменения. Применение мембранных змеевиковых поверхностей значительно упрощает использование вибрационного способа очистки.

Дробевая очистка поверхностей нагрева используется при сжигании мазута и топлив с большим содержанием в золе соединений щелочных (К, Na) и щелочно-земельных (Са, Mg) металлов. На трубах появляются прочносвязанные плотные отложения, удаление которых описанными выше способами невозможно. В случае дробевой очистки на очищаемую поверхность с некоторой высоты падают стальные шарики (дробь) небольшого размера. При падении и соударении с поверхностью дробь разрушает отложения на трубах как с лобовой стороны, так и с тыльной (при отскоке от нижележащих труб) и вместе с небольшой частью золы выпадает в нижней части конвективной шахты. Золу отделяют от дроби в специальных сепараторах, дробь накапливается в бункерах как под очищаемым газоходом, так и над ним.

Основные элементы дробеочистки с нижним расположением бункеров показаны на рис. 96. При включении установки дробь из бункера 1 питателем 2 подается во входное устройство дробепровода 4 (или в инжектор в установках под давлением). Наиболее распространенным способом подъема дроби является пневмотранспорт. Транспортируемая воздухом дробь отделяется в дробеуловителях 5, из которых с помощью тарельчатых питателей 6 распределяется по отдельным разбрасывающим устройствам 7. Дробевые установки с пневмотранспортом дроби работают под разрежением или под давлением. В первом случае воздуходувная машина или эжектор соединены всасывающим патрубком с линией сброса, а во втором воздух из воздуходувки нагнетается через инжектор 3 в линию 4 подъема дроби.

Из трубопровода 1 на полусферические разбрасыватели 2 (рис. 97, а) с определенной высоты падает дробь. Она отскакивает под различными углами и распределяется по очищаемой поверхности. Расположение подводящих трубопроводов и отражателей в зоне высоких температур требуют применения водяного охлаждения. Наряду с полусферическими отражателями применяют пневматические разбрасыватели (рис. 97, б). Их устанавливают на стенах газохода. Дробь из трубы 1 разбрасывается сжатым воздухом или паром, поступающим по подводящему каналу 4 в разгонный участок 3 разбрасывающего устройства. Для увеличения площади обработки изменяют давление воздуха (пара). Одним разбрасывателем могут быть обработаны 13-16 м 2 площади при.ширине 3 м. Следует отметить, что удар дроби с поверхностью труб при пневматическом разбрасывании сильнее, чем при использовании полусферических отражателей. В случае интенсивного загрязнения поверхностей нагрева можно комбинировать различные способы очистки.