Реферат по теме выпускной работы
Процесс загрязнения
В процессе работы парогенератора возникает загрязнение внешних поверхностей нагрева. На экранах и ширмах топки, работающей на пылевидном твердом топливе, возможны отложения шлака. Эти отложения образуются при температуре газов на выходе из топки, более высокой, чем температура размягчения золы, а также в высокотемпературных зонах топки при неудовлетворительной аэродинамической организации топочного процесса в тех случаях, когда расплавленные частицы золы, не успевшие охладиться и затвердеть, выносятся потоком газов на стенки топок и трубы экранов [1]. Обычно шлакование начинается в промежутках между экранными трубами, а также в застойных зонах и участках топки [2].
Если температура топочной среды в зоне образования шлаковых отложений ниже температуры начала деформации золы tA, то наружный слой шлака состоит из отвердевших частиц. При повышении температуры наружный слой шлака может оплавляться, что способствует налипанию новых частиц и прогрессирующему шлакованию. При температуре окружающей среды выше точки начала жидкоплавкого состояния tC наружный слой шлака будет оплавляться и дальнейшего его нарастания не будет, так как шлак будет стекать со стенок топки. В таком режиме работают ошипованные экраны топок с жидким шлакоудалением.
Шлакование уменьшает тепловосприятие поверхностей нагрева, расположенных в топке, и повышает температуру продуктов сгорания на выходе из топки, что может привести к нарушению нормального гидроди- намического режима работы экранов и ширм. В области пароперегревателя, если температура газов ниже tA, имеют место уплотненные отложения твердых частиц золы [3]. Прочные отложения образуются при наличии в золе топлива свободной извести СаО, которая, соединяясь с SO3, образует сульфат кальция, связывающий между собой и поверхностью труб частицы золы.
В экономайзере образуются рыхлые сыпучие отложения мелких фракций золы, причем рост загрязняющего слоя сопровождается разрушением его более крупными частицами, в результате чего устанавливаются динамическое равновесие и устойчивое состояние загрязняющего слоя.
В зоне низких температур могут образовываться липкие связанные отложения. Переход от сыпучих к вязким отложениям в области низких температур, где может иметь место конденсация влаги, связан с тем, что в результате смачивания золы серной кислотой образуется гипс – вещество с вяжущими свойствами.
Отложения золы на конвективных поверхностях нагрева образуются в основном на кормовых поверхностях труб, а при малых скоростях потока - и на лобовых их поверхностях. Более крупные частицы золы оседают на лобовых поверхностях, более мелкие, огибая трубы и попадая в вихревую зону, оседают на кормовых поверхностях.
Количество отложений на конвективных поверхностях нагрева зависит от скорости потока продуктов сгорания, геометрических характеристик поверхности нагрева и физических свойств золы.
Существенно влияет на загрязняющие отложения скорость потока газов. Число соприкосновений с трубами мелких частиц увеличивается пропорционально скорости потока, а разрушающие действия крупных частиц растут пропорционально этой скорости в третьей степени. В итоге с увеличением скорости потока динамическое равновесие между процессами оседания золы и разрушения ее осевшего слоя наступает при меньших размерах потока.
Существенно влияют на загрязнение труб их диаметр, шаг между трубами, а также порядок их расположения — коридорный или шахматный. Уменьшение диаметра труб и продольного шага в шахматных пучках значительно снижает их загрязнение. Коридорные пучки труб подвержены загрязнению больше, чем шахматные.
Уменьшение размера частиц золы повышает загрязнение конвективных поверхностей нагрева. Однако частицы с размером менее 20 мк практически не оседают на трубах. Крупные частицы золы оказывают разрушающее влияние на слой отложений золы. Зольность топлива не влияет на толщину загрязнений. По достижении определенной толщины загрязнений зола больше не осаждается на загрязненных трубах. Толщина липких загрязнений в области низких температур зависит от зольности топлива и характеристик золы и прогрессирует во времени.
Вследствие загрязнения конвективных поверхностей нагрева ухудшаются условия теплопередачи и повышаются их аэродинамические сопротивления. В результате повышается температура уходящих газов, увеличиваются потери теплоты с уходящими газами и расход электроэнергии на тягу. Для нормальной и надежной работы котла поверхности нагрева необходимо поддерживать чистыми.
Процесс очистки
В процессе эксплуатации котла для очистки экранных поверхностей нагрева применяют паровую и пароводяную об-дувку, а также вибрационную очистку, а для конвективных поверхностей нагрева — паровую и пароводяную обдувку, вибрационную, дробевую и акустическую очистку или самооб-дувку [4].
Наибольшее распространение имеют паровая обдувка и дробевая очистка. Для ширм и вертикальных пароперегревателей наиболее эффективной является вибрационная очистка. Радикальным является применение самообдувающихся поверхностей нагрева с малым диаметром и шагом труб, при которых поверхности нагрева непрерывно поддерживаются чистыми.
Паровая обдувка. Очистка поверхностей нагрева от загрязнений может быть осуществлена за счет динамического воздействия струй воды, пара, пароводяной смеси или воздуха[5]. Действенность струй определяется их дальнобойностью[6].
Наибольшей дальнобойностью и термическим эффектом, способствующим растрескиванию шлака, обладает струя воды. Однако обдувка водой может вызвать переохлаждение труб экранов и повреждение их металла. Воздушная струя имеет резкое снижение скорости, создает небольшой динамический напор и эффективна только при давлении не менее 4 МПа.
Применение воздушной обдувки затруднено необходимостью установки компрессоров высокой производительности и давления.
Наиболее распространена обдувка с применением насыщенного и перегретого пара. Струя пара имеет небольшую дальнобойность, но при давлении более 3 МПа ее действие до-статочно эффективно [7]. При давлении пара 4 МПа перед обдувочным аппаратом динамический напор струи на расстоянии примерно 3 м от сопла составляет более 2000 Па.
Для удаления отложений с поверхности нагрева динамический напор струи должен составлять примерно 200—250 Па для рыхлых золовых отложений, 400—500 Па для уплотненных золовых отложений, 2000 Па для оплавленных шлаковых отложений.
Обдувочные аппараты. Конструктивная схема обдувочного аппарата приведена на рис. 1.
Рисунок 1 – Обдувочный аппарат
Где:
- 1, 5 – электродвигатели;
- 2 – обдувочная труба;
- 3, 6 – редуктора;
- 4 – каретка;
- 7 – монорельс;
- 8 – звездочка;
- 9 – бесконечная цепь;
- 10 – запорный клапан;
- 11 – тяга с клином;
- 12 – рычаг;
- 13 – неподвижный паропровод;
- 14 – стержень.
Обдувочный аппарат включает в себя:
- электродвигатель 1, укрепленный на каретке 4;
- редуктор 3, предназначенный для вращения обдувочной трубы 2;
- электродвигатель 5 и редуктор 6, укрепленные на монорельсе 7, предназначенные для поступательного движения обдувочной трубы 2;
- механизм поступательного перемещения обдувочной трубы, состоящий из каретки 4, которая перемещается по полкам монорельса 7, звездочек 8 и бесконечной цепи 9;
- запорный клапан 10, автоматически открывающий пар в обдувочную трубу после ее выхода на позицию обдувки; механизм, управляющий запорным клапаном 10 и состоящий из тяги с клином 11 и рычага 12.
Обдувочная труба соединена при помощи сальника с неподвижным паропроводом 13, подводящим к ней пар от запорного клапана. Двутавровый монорельс 7 несет на себе все указанные механизмы, а сам крепится к каркасу котла. При получении импульса от предыдущего обдувочного аппарата, закончившего свою работу, пускатель включает электродвигатели 1 и 5. При этом включается сигнальная лампа, расположенная на щите программного управления обдувкой. Каретка 4, перемещаясь по монорельсу, вводит обдувочную трубу 2 в газоход. Когда обдувочная труба выходит на позицию обдувки, стержень 14, воздействуя на рычаг, увлекает при помощи тяги клин 11, который через толкатель отжимает запорный паровой клапан, открывающий доступ пара в обдувочную трубу. Пар из обдувочной трубы выходит через сопла, обдувая поверхность нагрева.
При поступательно-вращательном движении трубы 2 обдувка производится по винтовой линии. После полного ввода обдувочной трубы внутрь газохода штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели электродвигателя 5, переключает прибор на обратный ход. При этом обдувка поверхности нагрева производится так же, как и при движении обдувочной трубы внутрь газохода.
До того, как сопловая головка будет выведена из газохода, стержень 14, воздействуя через рычаг 12 на клин 11, выведет его в исходное положение, и запорный паровой клапан под действием пружины закроется, прекратив доступ пара в обдувочную трубу.
С возвратом обдувочной трубы в исходное положение штифт, установленный на приводной цепи 9, воздействуя на концевые выключатели, отключает электродвигатели 1 и 5, и следующий по схеме прибор получает импульс на включение [8].
Зона действия обдувочного аппарата до 2,5 м, а глубина захода в топку до 8 м. На стенах топки обдувочные аппараты размещаются так, чтобы зона их действия охватывала всю поверхность экранов.
Обдувочные аппараты для конвективных поверхностей нагрева имеют многосопловую трубу, не выдвигаются из газохода и только вращаются. Число сопл, расположенных с двух сторон обдувочной трубы, соответствует числу труб в ряду обдуваемой поверхности нагрева [9].
Для регенеративных воздухоподогревателей применяются обдувочные аппараты с качающейся трубой. Пар или вода подводится к обдувочной трубе, и вытекающая из сопла струя очищает пластины воздухоподогревателя. Обдувочная труба поворачивается на определенный угол так, что струя попадает во все ячейки вращающегося ротора воздухоподогревателя. Для очистки регенеративного воздухоподогревателя парогенераторов, работающих на твердом топливе, в качестве обдувочного агента применяется пар, а парогенераторов, работающих на мазуте — щелочная вода. Вода хорошо промывает и нейтрализует сернокислотные соединения, имеющиеся в отложениях.
Пароводяная обдувка. Рабочим агентом обдувочного аппарата служит вода парогенератора или питательная вода.
Аппарат представляет собою сопла, установленные между трубами экранов. Вода в сопла подается под давлением, и в результате падения давления при прохождении через сопла из нее образуется пароводяная струя, направленная на противоположно расположенные участки экранов, фестонов, ширм. Высокая плотность пароводяной смеси и наличие недоиспарившейся в струе воды оказывают эффективное разрушающее действие на отложения шлака, который удаляется в нижнюю часть топки.
Вибрационная очистка. Вибрационная очистка основана на том, что пpи колебании труб с большой частотой нарушается сцепление отложений с металлом поверхности нагрева.
Наиболее эффективна вибрационная очистка свободно подвешенных вертикальных труб, ширм и пароперегревателей. Для вибрационной очистки преимущественно применяют электромагнитные вибраторы (рис. 2).
Трубы пароперегревателей и ширм прикрепляются к тяге, которая выходит за пределы обмуровки и соединяется с вибратором. Тяга охлаждается водой, и место ее прохода через обмуровку уплотнено. Электромагнитный вибратор состоит из корпуса с якорем и каркаса с сердечником, закрепленных пружинами. Вибрация очищаемых труб осуществляется за счет ударов по тяге с частотой 3000 ударов в минуту, амплитуда колебаний 0,3—0,4 мм.
Дробеочистка. Дробеочистка применяется для очистки конвективных поверхностей нагрева при наличии на них уплотненных и связанных отложений. Очистка происходит в результате использования кинетической энергии падающих на очищаемые поверхности чугунных дробинок диаметром 3—5 мм. В верхней части конвективной шахты парогенератора помещаются разбрасыватели, которые равномерно распределяют дробь по сечению газохода. При падении дробь сбивает.
Рисунок 2 – Вибрационное устройство для очистки вертикальных труб
Где:
а — вид сбоку;
б — сопряжение виброштанги с обогреваемыми трубами, вид сверху;
1 — вибратор;
2 — плита;
3 — трос;
4 — противовес;
5 — виброштанга;
6 — уплотнение прохода штанги через обмуровку;
7 — труба.
Oсевшую на трубах золу, а затем вместе с ней собирается в бункерах, расположенных под шахтой. Из бункеров дробь вместе с золой попадает в сборный бункер, из которого питатель подает их в трубопровод, где масса золы с дробью подхватывается воздухом и выносится в дробеуловитель, из которого дробь по рукавам вновь подается в разбрасыватели, а воздух вместе с частицами золы направляется в циклон, где происходит их разделение. Из циклона воздух сбрасывается в газоход перед дымососом, а зола, осевшая в циклоне, удаляется в систему золоудаления котельной установки.
Транспорт дроби осуществляется по всасывающей или нагнетательной схеме. При всасываемой схеме разрежение в системе создается паровым эжектором или вакуум-насосом. При нагнетательной схеме транспортирующий воздух подается в инжектор от компрессора. Для транспорта дроби необходима скорость воздуха 40 – 50 м/с.
В последнее время дробеочистка практически не используется. Это связано с деформацией поверхностей нагрева и относительно низкой эффективностью.
Список литературы
- Гаврилов А.Ф., Малкин Б.М., Загрязнение и очистка поверхностей нагрева котельных установок / А.Ф. Гаврилов, Б.М. Малкин // М.: Энергия – 1980 г., 328 с.
- Загрязнение поверхностей нагрева [Электронный ресурс] - https://infopedia.su/18xe121.html
- Попова Е. С. Влияние загрязнений на работу поверхностей нагрева при сжигании твердого топлива на примере плоской стенки / Е. С. Попова ; науч. рук. А. Ю. Долгих // Интеллектуальные энергосистемы : труды IV Международного молодёжного форума, 10-14 октября 2016 г., г. Томск : в 3 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2016. — Т. 1. — [С. 213-216].
- Технологии очистки паровых котлов [Электронный ресурс] - https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3232
- Эксплуатация энергетических блоков - очистка поверхностей нагрева котлов от наружных загрязнений [Электронный ресурс] - https://leg.co.ua/arhiv/generaciya/ekspluataciya-energeticheskih-blokov-31.html
- Очистка и пассивация теплоэнергетического оборудования ТЭС [Электронный ресурс] - https://studopedia.ru/9_39738_glava-.html
- ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК [Электронный ресурс] - https://foraenergy.ru/4-3-23-poverxnosti-nagreva-kotelnyx-ustanovok/
- ВНУТРЕННЯЯ ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ КОТЛОВ [Электронный ресурс] - https://msd.com.ua/remont-parovyx-kotlov/vnutrennyaya-ochistka-poverxnostej-kotlov/
- Виды химических очисток оборудования ТЭС и АЭС [Электронный ресурс] - https://tesiaes.ru/?p=10402