Классификация наружных отложений

В составе золы имеются в небольшом количестве легкоплавкие соединения с температурой плавления 700 – 850 о С. Это в основном хлориды и сульфаты щелочных металлов . В зоне высоких температур ядра факела они переходят в парообразное состояние и затем конденсируются на поверхности труб, так как температура чистой стенки всегда менее 700 о С.

Среднеплавкие компоненты золы с температурой плавления 900 – 1100 о С могут образовать первичный липкий слой на экранных трубах и ширмах, если в результате не налаженного топочного режима факел будет касаться стен топки, и вблизи экранных труб будет находиться высокотемпературная газовая среда.

Тугоплавкими компонентами золы являются, как правило, чистые окислы . Температура их плавления (1600 – 2800 о С) превышает максимальную температуру ядра факела, поэтому они проходят зону горения без изменения своего состояния, оставаясь твердыми. Ввиду малых размеров частиц эти компоненты в основном уносятся потоком газов и составляют летучую золу.

В зоне высоких температур газов (выше 700 – 800 о С) на поверхности чистой трубы вначале происходит конденсация из газового потока легкоплавких соединений и образуется первичный липкий слой на трубах. На него одновременно налипают твердые частицы золы. Затем он отвердевает и становиться плотным первоначальным слоем отложений, крепко сцепленным с поверхностью трубы. Температура наружной поверхности слоя повышается и конденсация прекращается.

Далее на шероховатую поверхность этого слоя набрасываются мелкие и твердые частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений. Таким образом, в этой области температур газов на поверхности труб чаще всего присутствуют два слоя отложений: плотный и сыпучий .

Сыпучие отложения распространены в зоне относительно низких температур газового потока (менее 600 – 700 о С), характерных для поверхности конвективной шахты.

Сыпучие отложения преимущественно образуются на тыльной стороне трубы по отношению к направлению газового потока, в образующейся сзади трубы вихревой зоне (рисунок 3.32). На лобовой стороне сыпучие отложения образуются лишь при малых скоростях потока (менее 5 – 6 м/с) или при наличии в потоке очень тонкой летучей золы.

Частицы золы, участвующие в образовании сыпучих отложений разделяют на три группы.

К первой группе относят самые мелкие фракции, так называемые безынерционные частицы, которые настолько малы, что двигаются по линиям тока газов, и поэтому вероятность их осаждения на трубах мала. Предельный размер частиц, относящихся к этой группе, составляет около 10 мкм.

Ко второй группе относятся крупные фракции размером свыше 30 мкм. Эти частицы обладают достаточно большой кинетической энергией и при контакте с сыпучими отложениями разрушают их.

Третью группу составляют фракции золы размером от 10 до 30 мкм. При обтекании газовым потоком трубы эти частицы преимущественно оседают на ее поверхности и образуют слой отложений. В результате размер слоя сыпучих отложений определяется динамическим равновесием процессов постоянного оседания средних фракций золы и разрушения осевшего слоя более крупными частицами.

Рисунок 3.32 – Загрязнение труб сыпучими отложениями при разных направлениях и скоростях движения газов

Одним из методов очистки поверхностей нагрева является использование динамического воздействия на слой отложений струи пара, воды или воздуха. Действенность струй определяется их дальнобойностью, в пределах которой струя сохраняет достаточный динамический напор для разрушения отложений. Наибольшей дальнобойностью и термическим эффектом воздействия на плотные отложения обладает водяная струя.

Аппараты этого типа находят применение для очистки экранов топочных камер. Однако обдувка водой требует строго расчета, чтобы исключить резкое переохлаждение металла после удаления отложений.

Для очистки радиационных поверхностей нагрева и конвективных перегревателей широкое распространение получили многосопловые выдвижные аппараты, работающие на насыщенном или перегретом паре с давлением около 4 МПа.

Для очистки ширм и коридорных трубных пакетов в области горизонтального газохода применяют вибро-очистку. Ее действие основано на том, что при колебании труб с большой частотой нарушается сцепление отложений с металлом. В этих целях используют вибраторы с водоохлажденными штангами, передающими воздействие на очищаемую поверхность.

Наиболее эффективным способом очистки конвективных поверхностей в опускной шахте парового котла от сыпучей золы является дробеочистка . В этом случае используют кинетическую энергию падающих чугунных дробинок диаметром 3 – 5 мм. Дробь подается вверх воздушным потоком и распределяется по всему сечению шахты. Расход дроби на очистку определяют исходя из оптимальной интенсивности «орошения» дробью – 150 – 200 кг/м 2 сечения конвективной шахты. Время очистки составляет обычно 20 – 60 с.

Обязательным условием успешного использования дробевой очистки является регулярность ее применения сразу после пуска котла в эксплуатацию при еще практически чистых поверхностях нагрева.

В последнее время находит распространение метод термоволновой очистки поверхностей нагрева конвективной шахты при помощи акустических низкочастотных волн, генерируемых в специальной импульсной камере взрывного горения.

Очистку вынесенных за пределы котла регенеративных воздухоподогревателей (РВП) осуществляют путем обдувки теплообменной набивки РВП перегретым паром (на 170 – 200 о С выше температуры насыщения), реже применяют обмывку водой (липкие отложения она удаляет, но увеличивает коррозию), а также применяют метод ударной волновой очистки и термический способ очистки . Последний основан на периодическом повышении температуры набивки до 250 – 300 о С за счет отключения подачи воздуха в аппарат РВП. При этом высушиваются липкие отложения и испаряется сконденсировавшаяся серная кислота.

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.

Министерство образования и науки Российской Федерации

_________________

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

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Энергомашиностроительное отделение

Кафедра Реакторы и Котельные Установки

ДИСЦИПЛИНА: КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИТЕМА: ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ОТ

НАРУЖНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

«_____»____________2013 г.

Санкт-Петербург

1 Механизмы образования отложений.

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

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

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

Загрязнение золой и сажей поверхностей нагрева ведет к повышению температуры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

а – шахматные пучки труб; б – коридорные пучки труб

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

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

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

2 Очистка поверхностей нагрева от образующихся золовых отложений методом обдувки.

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

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

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

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

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

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

поступательного движения обдувочной струи с ее вращением.

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

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

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

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

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

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

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

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

4 - редуктор; 5 - сопловая головка.

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

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

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

3 Виброочистка поверхностей нагрева.

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

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

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

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

Рисунок 4. Устройство для вибрационной очистки поверхности нагрева:

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

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

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

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

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

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

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

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

В России преимущественно применяют штанги с водяным охлаждением.

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

Механическим приводом виброочистки служат:

Вибратор с электродвигателем;

Пневмоударный инструмент типа отбойного молотка;

Воздушный силовой цилиндр.

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

4 Дробеочистка “хвостовых” поверхностей нагрева.

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

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. ,

Российская ФедерацияРД

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

установить закладку

установить закладку

РД 34.27.104-92

Группа Е 25

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СРЕДСТВ НАРУЖНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Дата введения 1993-07-01

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

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

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

Начальник А.П.Берсенев

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

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

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

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. ТИПЫ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ

2.1. Аппараты водяной обдувки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2. Аппараты паровой обдувки

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

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

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

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

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

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

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

2.3. Устройства газоимпульсной очистки

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

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

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

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

2.4. Устройства стационарной паровой ("пушечной") обдувки

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

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

2.5. Установки дробевой очистки

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

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

2.6. Устройства акустической очистки

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

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

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ УСТАНОВКИ АППАРАТОВ ПАРОВОЙ ОБДУВКИ

3.1. Условные обозначения

3.2. Глубоковыдвижные аппараты

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 1

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

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

3.2.4. Расчетный расход перегретого пара через аппарат находится как

Где поправочный коэффициент

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

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

Но в любом случае не менее 400 мм.

При установке аппаратов на газомазутных котлах =350 мм.

Указанные расстояния определяются с учетом прогиба и биения обдувочной трубы.

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

где поправочные коэффициенты

Коэффициент определяется из номограммы (черт.1).

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

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

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

при сжигании жидких топлив

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

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

для шахматных пучков труб

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

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

3.3. Маловыдвижные аппараты

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

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

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

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

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

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

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

3.4. Аппараты обдувки РВП

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

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

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

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

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

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

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ УСТРОЙСТВ ГАЗОИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ

4.1. Условные обозначения

4.2. Общие положения и конструктивные характеристики

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4.2.5. При выборе турбулизаторов необходимо руководствоваться выполнением следующих условий:

минимальное сопротивление потоку смеси и продуктам взрывного горения;

конструктивная простота и технологичность изготовления;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В качестве материалов при изготовлении выхлопных сопл используются следующие:

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

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

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

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

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

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

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

на корпусе глушителя;

на смесепроводе (труба условным диаметром 50 мм);

на форкамере.

4.3 Компоновка устройств и методы расчета

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

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

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

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

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

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

По выбранному значению , используя эмпирическую зависимость

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

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

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

Таблица 2

Расход стехиометрической смеси в ИК определяется по формуле:

периодичность импульсов как

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

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

Где =0,2 МПа.

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

5. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Приложение 1
Обязательное

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

пределы концентрации смеси, обеспечивающие устойчивый режим работы камер;

оптимальная концентрация смеси, при которой генерируется максимальная волновая энергия;

оптимальная периодичность импульсов во всем диапазоне расходов смеси;

оптимальные периодичность и длительность включения по условиям эффективности очистки.

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

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

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