3. Динамические характеристики системы при изменении частоты. Лавина частоты

Изменение частоты (скорости) в переходном процессе можно определить аналитически. Предположим, что мощность, потребляемая нагрузкой, будет пропорциональна частоте:

где Р н0 - мощность нагрузки в первый момент после возмущения; b f - регули­рующий эффект нагрузки по частоте;
- относительное изменение частоты.

В переходном режиме мощность турбины под действием регулятора турбины изменяется на величину Р рег, которая определяется как

где T s - постоянная времени двигателя исполнительного механизма (серводвигателя).

Дифференциальное уравнение, характеризующее изменение частоты в системе, имеет вид

(3)

где

Введем обозначения: k 1 = P T ном /(σT s); k. 2 - 1\T S . Здесь σ - коэффициент неравномерности (статизм) регулятора скорости. Тогда вместо (1) запишем

Предположим, что в момент времени t - 0 изменяются мощности нагрузки. Уравнение движения записывается в операторной форме и решается. Затем находится зависимость изменения частоты от времени.

С помощью полученных выражений может быть проанализировано влияние регулирующего эффекта нагрузки.

Очевидно, что расчеты без учета регулирующего эффекта нагрузки будут давать завышенные отклонения частоты от установившегося значения. При этом надо иметь в виду, что реальные частот­ные характеристики суммарной нагрузки энергосистем могут иметь нелинейную зависимость от частоты. Однако для диапазона практически важных изменений величин ∆Р и ∆f ее с достаточной степенью точности можно считать линейной. Поэтому учет характеристик нагрузки в виде зависимости Рн = P H o(l + b f ∆f *) может считаться вполне приемлемым для практических расчетов изменений частоты в системах.

В установившемся режиме значение частоты

при b f = 0 отклонение частоты

Все сказанное относится не только к агрегату, но и ко всей системе в целом, если под σ понимать σ ∑ .

Эквивалентная механическая постоянная времени также зависит от режима системы или объединения. Так, в одной системе эта постоянная изменялась в тече­ние суток от 15 до 18 с зимой и от 13 до 15 с летом.

Выше предполагалось, что при набросе нагрузки турбина под действием регулятора изменяет свою мощность на Р рег. Однако это изменение невозможно, если вся мощность турбины уже использована, т. е. полностью открыт направляющий аппарат (полный впуск пара).

Изменение частоты ∆f* имеетэкспоненциальный характер, причем если нагрузка системы не будет зависеть от частоты (b f == 0), то режим установиться не сможет (∆f*
). Физически это означает, что при отсутствии регулирования (или саморегулирования) система не могла бы работать, так как появление малейшего небаланса ∆Р приводило бы к полному нарушению режима системы (рис. 15.6).

В зависимости от того, что понималось под T s и σ уравнения, описывающие изменение частоты могли характеризовать изменения частоты под действием только АРС (первичный регулятор) или АРЧ (вторичный регулятор).

Нужно, однако, отметить, что постоянные времени и коэффициенты статизма, входящие в уравнения и выбираемые из условий устойчивости и конструктивных соображений, лежат в определенных пределах. Обычно встречающиеся значения этих параметров таковы, что обусловливают появление одного отрицательного действительного и двух комплексных сопряженных корней характеристического уравнения А(р) = 0. При этом решение получается в виде двух составляющих, одна из которых затухает по экспоненциальному закону с постоянной времени, примерно соответствующей постоянной времени АРЧ. На эту составляющую накладывается другая, имеющая вид затухающей синусоиды с периодом и затуханием, примерно определяющимися параметрами АРС и инерционностью агрегата. Однако такое разделение имеет место только при постоянной времени АРЧ, значительно большей постоянных T s и Tj.

Было рассмотрено явление так называемой лавины напряжения, появляющейся при неблагоприятном сочетании характеристик, определяющих выработку генераторами реактивной мощности, с одной стороны, и потребление мощности нагрузкой - с другой.

Аналогичное явление может наблюдаться и в отношении изменений частоты. Ее небольшое начальное снижение может далее, как бы усиливаться и приобретать лавинообразный характер.

Причина этого явления заключается в снижении мощности, выдаваемой генераторами при снижении частоты. Это происходит при отсутствии резерва генерирующей мощности в системе в связи с тем, что механизмы собственных нужд тепловых станций снижают свою производительность со снижением частоты. Нарушение устойчивости может быть связано также с неправильным действием АРЧ, характеристики и параметры которых могут быть неблагоприятно выбраны в смысле устойчивости их параллельной работы. При учете влияния изменения частоты на работу генераторов характеристики мощности, генерируемой в системе, можно изобразить так, как это сделано на рис. 17.1.

Не стремясь к выявлению количественных соотношений, можно констатировать, что снижение частоты на ∆f приводит к деформации характеристики Р Г, благодаря чему точка 0 (рис. 17.1), в которой балансируются мощности генерации и нагрузки, оказывается неустойчивой, дальнейшее снижение частоты развивается лавинообразно и приводит к полному нарушению устойчивости системы.

Приведенные на рис. 17.1 характеристики строились в предположении постоянства напряжения (величина которого, например, поддерживается регулируемым синхронным компенсатором). В действительности одновременно со снижением частоты будет происходить и уменьшение напряжение. Уменьшение скорости вращения генераторов будет приводить к снижению их э. д. с.. Реактивная мощность у генераторов будет уменьшаться, а у нагрузки - увеличиваться.

Хотя в условиях сниженной частоты критическое напряжение (при котором наступает опрокидывание двигателей) уменьшается, все же при значительном снижении частоты могут создаваться условия для возникновения и развития лавины напряжения.

МЕРЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТИ (ЛАВИНЫ) ЧАСТОТЫ. АВТОМАТИЧЕСКАЯ РАЗГРУЗКА ПО ЧАСТОТЕ

Из приведенного анализа можно сделать следующие выводы. Снижение частоты в электрической системе в некоторых случаях приводит к уменьшению активной мощности, выдаваемой генераторами, что может привести к неустойчивости их режима (лавине частоты).

Понижение частоты вызывает уменьшение выдачи реактивной мощности и в то же время увеличение потребления реактивной мощности нагрузкой, что приводит к понижению напряжения в узлах нагрузки системы. При снижении частоты до 43-45 Гц напряжение может снизиться до критического значения, при котором возникает лавина напряжения. Лавина частоты и лавина напряжения вызывают массовое отключение потребителей от действия защиты и нарушение параллельной работы электрических станций. Ликвидация таких аварий и восстановление нормального режима системы могут длиться несколько часов.

Явления лавины частоты и лавины напряжения протекают в течение нескольких десятков секунд или даже секунд. В такое короткое время правильная оценка создавшегося положения и проведение необходимых мероприятий со стороны дежурного персонала в системе весьма затруднительны. Понижение частоты до опасных пределов практически может быть предотвращено в двух случаях: а) если в системе имеется достаточно большой вращающийся резерв; б) если с понижением частоты автоматически отключается некоторая часть нагрузки, т. е. производится так называемая автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Наиболее быстро дополнительную мощность можно получить, если вращающийся резерв составляют гидрогенераторы, однако инерционность регулирования гидротурбин позволяет выдать агрегатам резерва всю их мощность только через 15-20 с. Это не всегда может предотвратить аварию. Эффективность гидрогенераторного резерва значительно повышается при уменьшении времени регулирования путем выдергивания иглы катаракта, что практически, однако, не всегда используется. Резерв на тепловых электрических станциях может быть эффективен только при достаточной мощности котлов и оборудования агрегатов совершенными автоматическими устройствами. Запуск резервных агрегатов при понижении частоты во многих случаях не может предотвратить развития аварии, так как даже гидрогенераторам требуется несколько минут (не менее 1-2) для набора мощности. Эффективными в этом отношении могут быть резервные агрегаты со специальными газовыми или авиационными турбинами (обычно устанавливаются отработавшие свой срок на самолетах двигатели). Однако установка таких специальных агрегатов пока не получила широкого распространения. Суммарная мощность обычного вращающегося резерва, выбранного по условиям экономичности, как правило, составляет 10-20%, а часто оказывается и меньше. В часы максимума нагрузки системы вращающийся резерв может полностью отсутствовать. Однако при авариях, связанных с отключением генераторов и станции или с разделением системы на отдельные части, дефицит мощности может достигать 30% и более. Поэтому в такого рода аварийных условиях наиболее надежным решением является автоматическое отключение соответствующей части нагрузки. Эту задачу и выполняют устройства автоматической разгрузки по частоте (АЧР).

Роль АЧР особенно велика в энергетических системах небольшой и средней мощности с малым числом электрических станций и слабо развитыми электрическими сетями. По мере укрупнения энергетических систем относительная (а не абсолютная) величина возможного аварийного небаланса мощности снижается. Однако даже в мощных объединенных энергосистемах отказываться от АЧР было бы нецелесообразно. Так, если при объединении систем уменьшается вероятность глубокого понижения частоты во всей объединенной системе, то остается опасность возникновения подобных аварий при отделении каких-либо ее частей или более мелких систем, а также при разделении объединенной системы как несинхронно работающие части. Таким образом, в объединенных системах большое значение имеет местная разгрузка по частоте.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фото 2. Унифицированные узлы системы ГИО для котельного агрегата.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Литература

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.