Приспособление для чистки поверхностей нагрева производственных котлов. Большая энциклопедия нефти и газа

Разделение частей ЭЭС в точке сети, через которую в доаварийном режиме протекала значительная мощность, приводит к нарушению баланса активной мощности.

Если в части ЭЭС, получавшей мощность извне, резервы недостаточны, то возникает дефицит активной мощности, что приводит к снижению частоты. Глубокое снижение или значительное повышение частоты недопустимо по режимам работы электростанций.

В частности, для тепловых электростанций снижение частоты ниже 49.0 Гц недопустимо по режиму работы котлов, имеющих питательные электронасосы. Работа на пониженной частоте может привести к разрушению лопаточного аппарата паровых турбин. Если частота оказывается ниже значения, при которой производительность насосов, работающих на противодавлении (питающие насосы котлов) недостаточна, то нарушается работа котлоагрегатов и электростанция может быть остановлена. Частота в дефицитной части ЭЭС дополнительно снижается, что приводит к нарушению работы других и т.д., вплоть до полного останова всех генерирующих источников.

Таким образом, лавина частоты может вызвать тяжелую многочасовую энергетическую аварию на большой территории.

На атомных электростанциях без ограничения по времени допускается работа энергоблоков в составе энергосистемы при частоте от 49,0 до 50,4 Гц.

Предотвращение и ликвидация аварийных небалансов

активной мощности

В нормальных и расчетных аварийных условиях частота в энергосистеме поддерживается системой регулирования частоты, состоящей из подсистем первичного, вторичного и третичного регулирования.

^ Первичное регулирование частоты является основным средством ограничения отклонений частоты. Оно осуществляется регуляторами скорости генерирующих установок, которые инициируют быстрое изменение моментов турбин энергоблоков на электростанциях в зависимости от направления и величины отклонения скорости вращения турбин от заданной.

^ Вторичное регулирование частоты корректирует действие регуляторов скорости на электростанциях, выделенных для астатического регулирования и внешних перетоков в зоне регулирования. Оно обеспечивает, спустя некоторое время, восстановление частоты в энергосистеме, диапазонов первичного регулирования.

^ Третичное регулирование частоты восстанавливает возможности вторичного регулирования, оптимизирует распределение возникшего в зоне регулирования небаланса между электростанциями с использованием расчетов, основанных на измерениях, проводимых в режиме реального времени.

Ограничение электроснабжения потребителей, в том числе путем отключения их энергопринимающих установок, может применяться при возникновении аварийного режима с внезапно образовавшимся недостатком электрической мощности, вызвавшем снижение частоты электрического тока ниже 49,8 Гц:

• 
  после исчерпания резервов генерации;
• 
  незамедлительно, если частота снизится ниже 49,6 Гц.

Для скорейшего восстановления электроснабжения потребителей, энергопринимающие установки которых были отключены действием автоматической частотной разгрузки (АЧР), предусматривается автоматика их частотного повторного включения (ЧАПВ). Она подключает потребителей по мере восстановления частоты за счет ввода резервов генерирующих мощностей.

1. ^

   Лавины напряжения

Лавины напряжения, случающиеся также в электроэнергетических системах, связаны с нарушением баланса реактивной мощности, который определяется соотношением характеристик генерирующих источников и потребителей.

Различают несколько причин возникновения лавины напряжения.

Сопутствующая лавина пониженного напряжения

Возникает одновременно с лавиной частоты. Причины данной лавины напряжения могут быть следующие.

1. 
   Разделение ЭЭС на части, часто приводящее к дефициту реактивной мощности в отделившейся части, вследствие потери источников реактивной мощности и линий сверхвысокого напряжения (СВН).
2. 
   Изменение напряжения на выводах генератора из-за влияния изменения частоты на работу АРВ. Вследствие того, что измерительные органы АРВ ПД обладают индуктивностью, они реагируют на снижение частоты как на эквивалентное ему увеличение напряжения. В среднем, при снижении частоты на 1 % напряжение уменьшается на 1,4 %. АРВ СД напротив, воспринимают снижение частоты, как уменьшение напряжения. То есть реакции их противоположны и влияние изменения частоты на изменение напряжения зависит от удельного веса АРВ обоих типов.

Главная опасность сопутствующей лавины напряжения заключается в том, что при существенном снижении напряжения возможны отказы частотной автоматики и отказы отключения выключателей на подстанциях с оперативным переменным током.

Лавина пониженного напряжения нагрузочного узла

Причины данной лавины напряжения следующие.

1. 
   Аварийное уменьшение пропускной способности сети из-за отключения части питающих ЛЭП. На приемной стороне оставшихся в работе линий напряжение может снизиться до значений, недостаточных для осуществления технологических процессов.
2. 
   Преждевременный съем форсировки возбуждения генератора, связанный с неполным использованием их перегрузочного резерва.

Лавина повышения напряжения

Возникает при резком увеличении нерегулируемой составляющей генерируемой реактивной мощности. Это связано с избыточной зарядной мощностью сети сверхвысокого напряжения в условиях понижения потребления реактивной мощности.

Предотвращение и ликвидация недопустимых отклонений

напряжения

Обеспечение резервов реактивной мощности. При планировании режимов работы энергосистемы для обеспечения требуемого уровня напряжения в сети должно быть предусмотрено достаточное число генераторов, синхронных компенсаторов, батарей конденсаторов, реакторов, связанных с сетью на напряжении класса 220 кВ и выше, которые могут участвовать в выработке или потреблении реактивной мощности.

На всех электростанциях должно быть предусмотрено автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности.

Если напряжение в узлах сети снижается до или ниже аварийного предела, установленного стандартами организации, допускается использование перегрузочной способности генераторов и компенсаторов. При этом напряжение в других узлах сети не должно превышать максимально допустимых значений для оборудования.

При работе с пониженным напряжением и возникновении тенденции снижения напряжения со скоростью 5 кВ за 5 минут принимаются меры по ограничению энергопотребления.

Если после принятых мер напряжение остается ниже аварийно-допустимого значения, отключают очередями энергопринимающие установки потребителей в том узле, где произошло снижение напряжения.

В случае снижения напряжения ниже установленных минимально допустимых значений, на основе опроса оперативного персонала, показаний устройств телеизмерений и телесигнализации определяют причины снижения напряжения и, в зависимости от их характера, принимают следующие меры:

1. 
   отключают шунтирующие реакторы;
2. 
   включают батареи статических конденсаторов;
3. 
   
4. 
   снижают перетоки мощности по линиям электропередачи;
5. 
   увеличивают загрузку СК и генераторов по реактивной мощности вплоть до уровня предельных аварийных перегрузок. При этом предусматриваются меры, предотвращающие возможное отключение генераторов защитой от перегрузки по току ротора.

В случае повышения напряжения сверх допустимых значений определяют причины повышения напряжения и, в зависимости от их характера, принимают следующие меры по его снижению:

1. 
   путем отключения батарей статических конденсаторов;
2. 
   включают шунтирующие реакторы;
3. 
   изменяют коэффициенты трансформации трансформаторов, оснащенных устройствами РПН;
4. 
   вывода в резерв линий электропередачи в районе повышенного напряжения (только выключателями), дающих наибольший эффект снижения напряжения, определяемый по стоку реактивной мощности с контролем напряжения и перетоков мощности по внутренним и внешним связям;
5. 
   снижения загрузки по реактивной мощности генераторов электростанций и СК, работающий в режиме ее выдачи, перевода в режим потребления реактивной мощности.

При одностороннем отключении линии электропередачи и повышении напряжения сверх допустимого значения эта линия включается в транзит, а при отсутствии такой возможности – с нее снимается напряжение.

Наибольшими рабочими напряжениями для объектов разных номинальных напряжений являются:

7,2 для 6 кВ; 12 для 10 кВ; 40,5 для 35 кВ; 126,0 для 110 кВ; 252,0 для 220 кВ; 363,0 для 330 кВ; 525,0 для 500 кВ; 787,0 для 750 кВ; 1200,0 для 1150 кВ .

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.

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 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.

Страница 4 из 10

Проектирование и схемы наружной очистки поверхностей нагрева котлов “ЗиОМАР”

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

Средства наружной очистки поверхностей нагрева	Топочные экраны	полурадиационные и конвективные поверхности (под давлением)	Воздухоподогреватели
Аппараты:
водяной обдувки
паровой обдувки Устройства:
паровой “пушечной” обдувки
газоимпульсной очистки
вибрационной очистки
звуковой очистки
Установки дробевой очистки

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.