Опыт внедрения газо-импульсной очистки на энерготехнологических котлах и котлах промышленной и коммунальной энергетики. Очистка поверхностей нагрева от загрязнений

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 101. Обдувочный аппарат:

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

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

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

13 – неподвижный паропровод; 14 – стержень

Обдувочный аппарат включает в себя:

· электродвигатель 1, укрепленный на каретке 4;

· редуктор 3, предназначенный для вращения обдувочной трубы 2;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 102. Вибрационное устройство для очи­стки вертикальных труб:

а - вид сбоку; б - сопряжение виброштанги с обогреваемыми

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

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

штан­ги через обмуровку; 7 - труба

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

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

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

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.  

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.

Страница 4 из 10

Проектирование и схемы наружной очистки поверхностей нагрева котлов “ЗиОМАР”

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

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

Область применения

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

Водяная обдувка.

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

Паровая обдувка.

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

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

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

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

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

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

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

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

Виброочистка и ударная очистка вызывают механические повреждения очищаемых поверхностей нагрева.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[email protected]

| 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. ,